Beregning av trinnlydnivåer fra trebjelkelag ved bruk av FEM-analyse

Abstract

Lavfrekvent trinnlyd fra trebjelkelag har lenge vært et kjent problem. Utfordringen er at eksisterende, kjente beregningsmetoder ikke gir tilstrekkelig gode resultater for denne typen inhomogene konstruksjoner. Utfordringen med beregninger gjelder både eksisterende og nye konstruksjoner.

En litteraturundersøkelse viser at det er gjort mange forsøk på å utlede både analytiske og numeriske metoder for trinnlydsberegninger og da spesielt påtrykket fra en standardisert bankemaskin. Disse varierer både i nøyaktighet og egnethet for ulike konstruksjonstyper, men trenden er at for hver forbedring av modellene blir de også mer kompliserte og dermed mindre brukelige for industrien som til slutt skal ta dem i bruk.

I denne oppgaven er det gjennomført målinger av akselerasjonen til en hammer tilhørende en standardisert bankemaskin ved sammenstøt mot ulike underlag, henholdsvis bar betong, to gulvbelegg av vinyl og en sponplate. Det er også blitt gjennomført målinger av det ekvivalente akselerasjonsnivået i 1/3 oktavbåndene fra 20 til 100 Hz i utvalgte punkter på en 22 mm tykk sponplate opplagt på to 48x198 mm bjelker under påkjenning av en bankemaskin med én operativ hammer.

Målingene av hammerens akselerasjon ved sammenstøt er blitt brukt til å konstruere en idealisert lastserie av hammerkraften. Frekvensspektrumet til denne lastserien er blitt implementert i en modell av sponplaten i elementmetodeprogrammet Comsol Multiphysics, hvor det ekvivalente akselerasjonsnivået i 1/3 oktavbånd for de ulike målepunktene er blitt beregnet.

De beregnede akselerasjonsnivåene korrelerte dårlig med de målte og lastuttrykket ble dermed ikke verifisert. Undersøkelser av ulike parameteres innvirkning på de beregnede nivåene er utført uten at det resulterte i en bedre modell.

For å validere metoden for selve lastimplementeringen ble det utført en dobbeltsjekk i form av å påføre platemodellen i Comsol et flatt lastspektrum. Analyseresultatet ble så skalert med et tenkt hammerlastspektrum. De resulterende akselerasjonene ble så sammenlignet med akselerasjoner beregnet ved å påføre samme platemodell i Comsol det samme hammerlastspektrumet. Begge metoder ga likt resultat. Dette viser at det ikke er metoden for implementeringen som er feil, men heller modelleringen av lastserien og konstruksjonen i Comsol som er årsaken til de dårlige beregningsresultatene. Dette er gunstig da en, gitt korrekt modellert konstruksjon og lastspektre, kun trenger å kjøre simulering for en tenkt konstruksjon én gang for deretter å eksperimentere med effekten av ulike gulvbelegg ved å skalere simuleringsresultatet med beleggenes respektive lastspektrum. Dette vil være svært tidsbesparende sett opp mot å kjøre en simulering per gulvbelegg.