BME VIK - Akusztikai szimulációs eljárások

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Rucz Péter,

4. A tantárgy előadója

Név:	Beosztás:	Tanszék, Int.:
Dr. Augusztinovicz Fülöp	egyetemi tanár	Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tsz.
Dr. Fiala Péter	egyetemi adjunktus	Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tsz.
Rucz Péter	tud. segédmunkatárs	Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tsz.

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Fizika 1 (TE11AX01), Matematika A2 (TE90AX02) és Jelek és rendszerek 2 (VIHVA200)

6. Előtanulmányi rend

Ajánlott:
Tematikaütközés miatt a tárgyat csak azok vehetik fel, akik korábban nem hallgatták a következő tárgyakat: nincs ilyen tárgy.

7. A tantárgy célkitűzése Összetett, vagy akár viszonylag egyszerű akusztikai problémák, elemzési és tervezési feladatok megoldására egyre gyakrabban alkalmaznak szimulációs módszereket. A numerikus és geometriai eljárásokat általában számítógépes programokkal valósítják meg és a kapott adatokat mérések eredményeivel validálják. A tantárgy célja az, hogy a hallgatók tudatosan, megfelelő háttérismeretek birtokában tudják alkalmazni az ipari gyakorlatban már rutinszerűen, de gyakran nem kellő ismeretekkel alátámasztott eljárásokat. Ennek érdekében kívánjuk a hallgatókkal megismertetni az akusztikai szimulációs számítási eljárások alapjait, alkalmazási lehetőségeit és új szimulációs eljárások kidolgozásának metodikáit.

A tantárgy fontos kiegészítő ismereteket közvetít a Hang- és stúdiótechnika mellékspecializáció anyagához, továbbá a numerikus módszerek és a modern ipari tervezési módszerek iránt érdeklődő hallgatók mindegyikének ajánljuk.

8. A tantárgy részletes tematikája 1.   Előadás: Koncentrált paraméteres mechanikai rendszerek. Tömeg-rugó-rendszerek egyenleteinek algoritmikus előállítása. Saját- és gerjesztett rezgések fogalma és számítása.
2.   Az állapotváltozós modell. Kezdetiérték-feladatok közelítő megoldása. Explicit és implicit sémák. Stabilitásvizsgálat.
Gyakorlat: Koncentrált paraméteres mechanikai rendszer numerikus vizsgálata.
3.   Előadás: A kísérleti móduselemzés alapelemei. Mechanikai rezgő rendszerek leírása a frekvenciatartományban átviteli függvények segítségével, módusok meghatározása az átviteli mátrix mérése alapján. A reciprocitás elve. A kísérleti móduselemzés gyakorlata.
4.   Előadás: Parciális differenciálegyenletek peremértékfeladatai a mérnöki gyakorlatban. A differenciálegyenletek rendszerezésének elvei. Lokális peremfeltételek, periodikus peremfeltételek, sugárzási feltételek.
Gyakorlat: Kísérleti móduselemzés
5.   Előadás: Függvények véges dimenziós reprezentációja. Lokális és globális interpoláció. Próbafüggvények és tesztfüggvények. A Galerkin variációs elv. Kvadratúra.
6.   Előadás: A végeselem módszer. Differenciálegyenletek gyenge alakja. Az elemmátrixok összeállítása és az egyenletrendszer megoldása. A hullámegyenlet megoldása végeselem módszerrel. Az akusztikai leíró mátrixok származtatása. A sajátérték-probléma felírása és megoldása.
Gyakorlat: adott PDE végeselem mátrixainak összeállítása
7.   Előadás: Mechanikai rendszerek leírása véges elemek segítségével. A leggyakrabban használt elemfajták jellemzői.
8.   Előadás: Direkt és iteratív megoldók. Utófeldolgozási technikák.
A végeselem módszer kiterjesztése végtelen tartományokra. Végtelen elemek, a Perfectly Matched Layer módszer.
Gyakorlat: Zárt téri akusztikai végeselem módszer gyakorlati alkalmazása
9.   Előadás: Green-függvények. Az integrálegyenletek módszere. A peremelem módszer alapelve, származtatása. Kollokációs és Galerkin-peremelem módszer.
10.   Előadás: Az akusztikai peremelem módszer. Külső- és belsőtéri problémák. A peremelem egyenletek összeállításának és megoldásának módja. Az integrálegyenletek unicitási problémája.
Gyakorlat: Kültéri sugárzási feladat számítása peremelem módszerrel
11.   Előadás: Teli mátrixok kisrangú közelítésének elvén alapuló gyors módszerek: ACA és FMM.
12.   Előadás: A geometriai akusztika elveinek alkalmazása szimulációs elemzések céljára. A sugárkövetéses eljárás megvalósítása, jellemzői, gyakorlati alkalmazása akusztikai elemzés és tervezés számára.
Gyakorlat: Black box FMM alkalmazása gyors összegzés megvalósítására
13.   Előadás: Csatolt problémák megoldása. Mechanikai végeselem és akusztikai peremelem módszer csatolása.
14.   Előadás: Esettanulmányok: szimuláción alapuló, valóságos akusztikai tervezési feladatok megoldásának ismertetése
Gyakorlat: Csatolt probléma számítása

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Kéthetes blokkokban két kétórás előadás után kétórás tantermi számítógépes gyakorlat, melyekre a hallgatóknak a kapcsolódó tananyagból fel kell készülniük. A gyakorlat során a hallgatók a tanult módszerek belső implementációin dolgoznak, és feladatokat oldanak meg. Ezen gyakorlatok során a hallgatók kis házi feladatot kapnak, a tananyag elmélyítése céljából.

10. Követelmények a.   A szorgalmi időszakban: az aláírás elnyerésének feltétele egy nagy zárthelyi megírása legalább elégséges eredménnyel, valamint a 5 kis házi feladatból legalább 3 sikeres megoldása és beadása.

b.   A vizsgaidőszakban: vizsga

c.   Elővizsga: a pótlási héten, előfeltétele az aláírás megszerzése a szorgalmi időszakban.

11. Pótlási lehetőségek A nagyzárhelyi pótlására pótzh és pótpótzh.
A kis házi feladatok a pótlási hét péntek 12 óráig adhatók le késedelmi díjjal.

12. Konzultációs lehetőségek A tárgy oktatóival történő előzetes megbeszélés alapján.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Anon.: Basic course on experimental modal analysis. Part I.
Kiad.: Katholieke Universiteit Leuven, Leuven, 1991.
D. S. Burnett: Finite Element Analysis: From concept to applications.
Addison Wesley Publishing Company, 1987.
Augusztinovicz F.: Az akusztikai tervezés számítógépi módszerei.
Kézirat, Budapest, 2006. (Átírása és korszerűsítése folyamatban van.)
A tárgy oktatói által a tárgy indítása előtt, ill. az oktatás során folyamatosan készített tematikus jegyzetek.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	56
Félévközi készülés órákra	0
Felkészülés zárthelyire	10
Házi feladat elkészítése	20
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása	10
Vizsgafelkészülés	24
Összesen	120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:	Beosztás:	Tanszék, Int.:
Dr. Augusztinovicz Fülöp	egyetemi tanár	Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tsz.
Dr. Fiala Péter	egyetemi adjunktus	Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tsz.
Rucz Péter	tud. segédmunkatárs	Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tsz.