Simulation von Gehäusestreben

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dommii
Hat sich gelöscht

#1 erstellt: 11. Mrz 2013, 18:34

Hallo Forum,

da es immer wieder zu Sinn und Unsinn von Gehäusestreben diverse Streitereien gibt habe ich mir mal die Arbeit gemacht dazu ein paar Simulationen zu erstellen. Für diese wird eine Wandstärke von 18mm angenommen, Verstrebungen sind 50x18, das Material ist (FEM-typisch) homogene Birke:

Das Gehäuse misst 50x50x50cm und wird mit einer Modalsimulation über die ersten 20 Moden in einem Bereich zwischen 1Hz und 2kHz abgeklopft. Unverstrebt findet sich die ersten Mode bei 410,65Hz:

Dabei erkennt man allerdings auch direkt das Problem der von mir verwendeten Simulation, man kann die Anregung nicht beeinflussen, es werden nur Eigenfrequenzen analysiert. Das sieht man daran das sich die Seitenwände nach außen und Deckel und Boden nach innen verwinden. Im Falle der Anregung durch einen Lautsprecher würden sich alle Wände in die gleiche Richtung verformen und dadurch die Mode bedämpft.

Das Problem der Eigenmoden für unsere Anwendung wird bei der Simulation inklusive Versteifungskreuz noch deutlicher, die erste Mode sieht dann so aus:

Das diese Anregung umöglich stattfinden kann sollte klar sein, also habe ich mich auf die Suche nach der ersten relevanten Mode gemacht. Die 3. mit 593,58Hz ist die Schwingung der Rückwand welche sich auch auf das Versteifungskreuz auswirkt:

Um dieser zu begegnen habe ich ein weiteres Kreuz auf der Rückwand angebracht. Die erste relevante Mode lag dann bei 741,13Hz und kommt wieder von der Rückwand. Dieses mal überträgt sie sich allerdings stärker auf das ganze Gehäuse:

Um das ganze dann noch in realistische Größenordnungen zu setzen habe ich zusätzlich noch statische Simulationen mit einem definierten Druck von 630Pa (150dB) auf die Gehäusewände gemacht. Da dafür fixierte Bezugspunkte verlangt werden habe ich auf die Unterseite in den Ecken runde Füße mit 60x10mm und einem Abstand von 60mm vom Mittelpunkt zu den Kanten angebracht und deren Unterseite fixiert. Die Simulationsergebnisse sehen dann so aus:

Wie man der Skala entnehmen kann geht die maximale Verschiebung der Wände von 0,007746mm über 0,004257mm auf 0,001908mm zurück. Allerdings ist diese Simulation wie schon gesagt rein statisch, die modal bedingten punktuellen Erhöhungen sind nicht berücksichtig. Trotzdem sollte man so vorallem das die Übertragung der Mode beim Doppelkreuz anders bewerten, die quantitative Schwingneigung ist deutlich reduziert.

Ich lasse die Ergebnisse einfach mal unkommentiert, also Feuer frei...

EDIT: Falscher Screenshot und entsprechend auch falsche Zahl bei der statischen Drucksimulation des Gehäuses mit dem doppelten Kreuz.

[Beitrag von dommii am 11. Mrz 2013, 19:01 bearbeitet]

Wave_Guider
Inventar

#2 erstellt: 11. Mrz 2013, 22:02

dommii schrieb:

(...) da es immer wieder zu Sinn und Unsinn von Gehäusestreben diverse Streitereien gibt (...)

Hi, also

die Zunft der Einspur-Verkehrsraudis kannte da jedenfalls nie einen Zweifel,

"watt mudd, datt mudd*":

Grüße von
Thomas

* northgerman für sinngemäß: "unerläßlich"

dommii
Hat sich gelöscht

#3 erstellt: 11. Mrz 2013, 23:49

Schade das so wenige Antworten kamen, ich habe gerade zum Vergleich noch Ringversteifungen simuliert:

Kreuz plus Ring simuliert sich so:

[Beitrag von dommii am 11. Mrz 2013, 23:50 bearbeitet]

Dark_Omen
Stammgast

#4 erstellt: 12. Mrz 2013, 00:58

dommii (Beitrag #1) schrieb:

Hallo Zusammen,

die Amplitude der Verschiebung kann man mit einer Modalanalyse nicht berechnen. Diese leifert nur die Eigenform und die Eigenfrequenz. Somit kann man keine Aussage über die maximale Verschiebung der Wände mache. Die FE-Rechnung liefert hier nur "Phatasiewerte".

Grüße Johannes

PS. Quelle wird nachgereicht

Wave_Guider
Inventar

#5 erstellt: 12. Mrz 2013, 01:03

Hi dommii,

ja: die viiiele Arbeit und kein Schwein hat´s gesehen

Und selbst wenn, und wenn man versucht sich einzufinden in die eingeschränkte Denkweise des Programmes, so scheint immer noch kein Ansatz gegeben darüber zu diskutieren - die entsprechende Langeweile scheint derzeit nicht gegeben.

Ja, worüber denn auch diskutieren?

- Die Simmulation trifft nicht zu, ist nicht relevant. Das ist ja auch im Vorfeld angemerkt.
- die bunten Ergebnisse könnten also höchsten im Kreis von FEMlern eine Sprechstunde auslösen,
- z.B. wie man sowas genauer simmulieren könnte, wenn es theoretisch denn ginge
- und wenn man noch die Relation zum Nutzschall aufzeigen könnte.

Wie man (vibrationsarme) Gehäuse baut, darüber gibt es ja bereits diverse Untersuchungen:

- keine davon brauchte ein FEM.
- geschweige denn,
- ein FEM hätte Pate für das "beste" Ergebnis gestanden.

So würde ich mir eine Untersuchung der Wirkung von Verstrebungen im erweiterten Kontext vorstellen, so würde ich das jedenfalls machen

Grüße sendet
Thomas

Dark_Omen
Stammgast

#6 erstellt: 12. Mrz 2013, 01:16

Hallo,

ich sage nicht, dass FEM sinnlos ist. Das Verhalten der Streben wäre problemlos simulierbar. Nur eine Modalanalyse ist für die Verschiebungen halt nicht geeigent. Mit einer Frequenzganganalyse sollte es funktionieren.

Edit:

Wave_Guider (Beitrag #5) schrieb:

- keine davon brauchte ein FEM.
- geschweige denn,
- ein FEM hätte Pate für das "beste" Ergebnis gestanden.

Lautsprecher sind halt relativ einfach, sodass man mit ein paar Versuchen auch zum Ziel kommt. In jeden Bereich der Technik gibt es FE-Simulationen, warum sollte des grad bei Lautsprechern nicht funktionieren?

Grüße Johannes

[Beitrag von Dark_Omen am 12. Mrz 2013, 01:25 bearbeitet]

dommii
Hat sich gelöscht

#7 erstellt: 12. Mrz 2013, 01:22

@Dark Omen: Du zitierst den Absatz in dem genau das selbe steht. Kombiniert man die Verringerung der Beigung bei gleicher Druckeinwirkung mit den vorher ermittelten Moden kann man daraus ableiten welche Maßnahme wo Vorteile und wo Nachteile hat.

@Thomas: Dann lies mal quer wie viele die Ringversteifungs- oder Matrixsau durchs Dorf treiben oder behaupten das eine Strebe in der Mitte grundsätzlich immer die Eigenfrequenz halbiert. Genauso wie der Versteifungswahn bis zum Matrix-Irrsinn bei Subwoofern bei denen dann mindestens alle 15cm eine Ebene der Matrix hin muss. Relevanz haben die Simulationen natürlich, man muss sich nur reindenken.

Ich weiß nicht genau, wie deine Messungen entstanden sind, der Vorteil der Modalanalyse liegt aber darin das man nicht nur nachmisst sondern genau sieht was passiert.

Dark_Omen
Stammgast

#8 erstellt: 12. Mrz 2013, 01:33

Nein kann man auch nicht, die Moden sind normiert, es sind immer Phatasiewerte. Die Werte sind auch untereinander nicht vergleichbar. (Unser Prof. hätte letztes Semester fast einen Kommilitonen aus der Vorlesung geworfen, der bei einer Präsentation die Amplituden der Modalanalysen vergleichen wollte.).

Leider finde ich auf die schnelle keine öffentliche Quelle.

dommii
Hat sich gelöscht

#9 erstellt: 12. Mrz 2013, 01:43

Die Simulationsergebnisse zeigen das Modalverhalten mit normierten Werten wie auch den statischen Fall bei Druckeinwirkung (630Pa/150dB) auf die Innenwände, also genau das was schon im ersten Post steht. Setzt man nun die Verschiebung aus der statischen Anregung gedanklich in Bezug zur Modalanalyse wird ein Schuh draus.

Dark_Omen
Stammgast

#10 erstellt: 12. Mrz 2013, 01:49

Wer lesen kann ist klar im Vorteil. Jetzt hab ich's auch kapiert, tut mir leid. (Als Ausrede muss die Uhrzeit her halten...)

dommii
Hat sich gelöscht

#11 erstellt: 12. Mrz 2013, 02:06

Keine Ursache!

Wave_Guider
Inventar

#12 erstellt: 12. Mrz 2013, 02:15

dommii schrieb:

Ich weiß nicht genau, wie deine Messungen entstanden sind,

oh sorry, ich dachte das sei bekannt.

Also es sind Messungen per Körperschallsensor an Gehäusen gleicher relativ kleiner Größe,
aber mit unterschiedlichen Maßnahmen zur Vibrationsbedämpfung.

Die Kurven im Bild oben sind jeweils Mittelungen aus 8 Messpunkten.

der Vorteil der Modalanalyse liegt aber darin das man nicht nur nachmisst sondern genau sieht was passiert

´... das würde ich genau umgekehrt sehen:

- das man genau sieht was passiert, weil man am realen Objekt mißt.
- Und das incl. aller Einflüsse von Kleberdicken, real wirkender Dämmwollmenge, Schallgeschwindigkeit, Lage der Stehenden Wellen, usw..

@Thomas: Dann lies mal quer wie viele die Ringversteifungs- oder Matrixsau durchs Dorf treiben oder behaupten das eine Strebe in der Mitte grundsätzlich immer die Eigenfrequenz halbiert.

...hmm... das las ich anders.

Also das man irgendwelche Vibrationsfrequenzen durch Versteifungen in einen höheren Bereich verschieben würde oder könnte. (Also: von "Halbierung der Eigenfrequenz" habe ich jedenfalls nie was gehört).

Jedenfalls:

die Vibrationen von Gehäusewänden scheinen auch bei Verstrebungen, weiterhin der Anregungsfrequenz durch real gegebene Stehende Wellen zu folgen.

Die Peaks verschieben sich wohl etwas (zu gering tieferer Frequenz).
Aber wichtig: die Amplitute wird durch die Versteifung teilweise kleiner. Und das ist ja das, was gewünscht ist.

(Obige Kurven ohne Dämmwollfüllung. Dämmwolle verringert die Vibrationen oberhalb der grundlegenden Stehwelle nochmal deutlich. Siehe auch die andere Grafik, wo mit Dämmwolle gemessen wurde).

Sonst auch ab hier Näheres, worauf meine Sichtweise gründet:

http://www.waveguide-audio.de/gehaeusevibrationen-einleitung.html

Grüße von
Thomas

moby_dick
Hat sich gelöscht

#13 erstellt: 12. Mrz 2013, 12:31

Also, ich fand das interessant, dafür Dank an dommi. Wobei die Schlussfolgerung nicht neu ist. Visaton schlägt zum Beispiel immer die Versteifung durch Querstreben vor und ich baue immer so. Es gab auch andere Untersuchungen, die zeigten, dass die Ringversteifungen oder Vertärkungsleisten nicht optimal wirken. Ganz abgesehen vom Aufwand!.

AAAFNRAA
Ist häufiger hier

#14 erstellt: 12. Mrz 2013, 23:31

Bisschen Lesefutter und etwas Brainjogging hat noch keinem geschadet

Gruss von der Monacorhasserfraktion

http://www.audioholi...aker-cabinet-bracing

dommii
Hat sich gelöscht

#15 erstellt: 12. Mrz 2013, 23:54

@Waveguider: Ich kannte deine Messungen, habe aber das oben gepostete Diagramm dort nicht gefunden, deshalb wollte ich nochmal nachfragen. Das stehende Wellen nicht berücksichtig werden ist klar, es soll hier ja auch nur um die Moden im Gehäuse selber gehen. Klar werden Klebefugen und Materialinhomogenitäten nicht berücksichtigt aber alles kann man auch nicht haben. Trotzdem kann so sehr deutlich aufgezeigt werden was welche Problemstelle am besten bearbeitet. Übrigens is mir bei den Simulationen erst aufgefallen was für einen dramatischen Effekt die Ausrichtung der Streben des Mittelkreuzes auf die Schwingung der Rückwand hat.

Das gilt auch mMn für @AAAFNRAA, die Simulationen sind zwar ganz hübsch, aber sie betrachten nur eine Wand und nicht das gesamte Gehäuse als Einheit. Was du mit Monacorhasser meinst verstehe ich nicht.

@moby: Danke für den Zuspruch, da macht man sowas dann auch gerne!

Wave_Guider
Inventar

#16 erstellt: 13. Mrz 2013, 01:51

Hi dommii,

Ich kannte deine Messungen, habe aber das oben gepostete Diagramm dort nicht gefunden,

War sicher noch recht frisch das Diagramm.
Inzwischen ist ein Weiteres aus der Art dazu gekommen, gleich obenan beides:

http://www.waveguide-audio.de/gehaeusevibrationen-nachlese.html

Sich mit der Thematik per Versuch auseinander zu setzen ist natürlich löblich (egal auf welche Weise).
Der Forscherdrang offenbar dabei gelegentlich, dass Manches was da im Internet hypnotisch kolportiert wird, nicht unbedingt zutreffen muss.

Ich fand das Beispiel mit dem Rad übrigens gar nicht so dusselig:

- einmal wird das Objekt natürlich durch die Streben/Speichen zusammen gehalten.
- Und gleichzeitig wird durch die Anordnung der Streben/Speichen gegen gewirkt, dass die einwirkende Kraft, die Felge verformt.

Gut Forschen jedenfalls weiterhin und Grüße von
Thomas

cr
Inventar

#17 erstellt: 12. Mai 2013, 16:11

Wie würdet ihr dicke Gewindestangen als Verstrebungen beurteilen, so 12-14mm.
Auf Zug sind sie ja enorm stabil, aber auf Druck?

So in etwa: Mutter - Beilagscheibe (damit sich die Mutter nicht ins Holz drückt) - Holzwand - Beilagscheibe Mutter - Hohlraum - (dasselbe auf der anderen Seite)

Das Ganze kann man natürlich aus opt. Gründen auch versenken bzw. innen noch eine kleine Holzplatte verleimen/verschrauben, um ausreichend tief versenken zu können.

Ein Problem bleibt die Hinterseite, wenn die ganze Vorderseite vom Chassis eingenommen wird. Was dann?
Ein breites Querbrett zwischen Links und Rechts, das bis zur Rückseite reicht, die man dann daran befestigt?

[Beitrag von cr am 12. Mai 2013, 16:15 bearbeitet]

JulesVerne
Inventar

#18 erstellt: 12. Mai 2013, 18:17

So in etwa: Mutter - Beilagscheibe (damit sich die Mutter nicht ins Holz drückt) - Holzwand - Beilagscheibe Mutter - Hohlraum - (dasselbe auf der anderen Seite)

habe ich mal gemacht, würde es aber nicht empfehlen, die stangen schwingen dann selbst mit und das macht nicht so ein tollen klang, 100% ruhig hab ich die nicht gekriegt.

Frank.Kuhl
Hat sich gelöscht

#20 erstellt: 12. Mai 2013, 19:47

Bisschen Lesefutter und etwas Brainjogging hat noch keinem geschadet

Gruss von der Monacorhasserfraktion

Ich habe noch nie eine Box mit Ringversteifungen gebaut. Ich nehme immer Reste und klebe sie zwischen die Seiten wo sie am meisten schwingen können. Dazu braucht man weder Fem noch irgendwas anders - nur gesunden Menschenverstand. Übrigens kann man das mit den Streben integral immer weiter treiben. Immer im Mittelpunkt der Fläche eine neue Strebe. Am Ende habe ich dann den Vollklotz.

PS: Es gab füher Boxenbausätze wo solche Ringversteifungen vorgesehen waren. Die habe ich bei Updates aber nicht geändert.

[Beitrag von Frank.Kuhl am 12. Mai 2013, 20:56 bearbeitet]

cr
Inventar

#21 erstellt: 12. Mai 2013, 20:07

Habe ich fast befürchtet, dass man damit eine Guitarrensaite einbaut.
Wie dick und lang waren die Gewindestangen?