Experimentelle Konzeptstudien zur Anwendbarkeit akustischer schwarzer Löcher und Metamaterialien

Abstract

Increasing demands are being placed on dynamic systems, particularly with regard to durability and comfort. At the same time, the need to conserve resources and the associated idea of lightweight construction require minimal masses, at least for moving systems, as well as resource-saving manufacturing. Conventional methods of vibration reduction usually use different stiffening and damping concepts to reduce broadband excitations, although a high additional mass must often be introduced for low frequency ranges in order to achieve adequate amplitude reduction. This has led to further developments in recent years, often based on acoustic metamaterials and acoustic black holes. In this paper, these novel concepts are compared to conventional damping concepts within the framework of fundamental studies in order to be able to assess the potentials with regard to the improvement of the aggregate acoustics of individual components of a computer tomograph. For this purpose, both experimental and numerical tools are used. The long-term goal is to develop an acoustically optimised housing for large medical devices using these new damping concepts and, if the implementation is successful, to investigate the transferability to other applications.

An dynamische Systeme werden insbesondere mit Hinblick auf Haltbarkeit und Komfort steigende Anforderungen gestellt. Gleichzeitig bedingt die Notwendigkeit der Ressourcenschonung und der damit einhergehende Leichtbaugedanke minimale Massen, zumindest für bewegte Systeme, sowie eine ressourcenschonende Herstellung. Herkömmliche Methoden der Schwingungsreduktion verwenden in der Regel unterschiedliche Versteifungs- und Dämpfungskonzepte, um breitbandige Anregungen zu reduzieren, wobei allerdings für niedrige Frequenzbereiche oft eine hohe zusätzliche Masse eingebracht werden muss, um eine adäquate Amplitudenreduktion zu erreichen. Als Resultat kam es in den letzten Jahren zu entsprechenden Weiterentwicklungen, die häufig auf akustischen Metamaterialien sowie akustischen schwarzen Löchern basieren. In diesem Beitrag werden diese neuartigen Konzepte im Rahmen von grundlegenden Studien den herkömmlichen Dämpfungskonzepten gegenübergestellt, um die Potentiale mit Hinblick auf die Verbesserung der Aggregateakustik von Einzelkomponenten eines Computertomographen abschätzen zu können. Dazu wird sowohl auf experimentelle als auch numerische Werkzeuge zurückgegriffen. Fernziel ist es, ein akustisch optimiertes Gehäuse für medizinische Großgeräte unter Anwendung dieser neuartigen Dämpfungskonzepte zu entwickeln und bei erfolgreicher Implementierung die Übertragbarkeit auf weitere Anwendungsfälle zu untersuchen.