ISOTILDAM - Isolation, Tilgung, Dämpfung - Die Lösung von Schwingungsproblemen von Maschinen, Anlagen, Gebäuden
ISOTILDAM - Isolation, Tilgung, Dämpfung - Die Lösung von Schwingungsproblemen von Maschinen, Anlagen, Gebäuden

Modal- und Betriebsschwingformanalyse sowie Strukturmodifikation

gemessenen und gefittete Übertragungsfunktionen
Eigenformen einer untersuchten Stahlplatte

Bei der Entwicklung eines Berechnungsmodells sind bestimmte Randbedingungen zu definieren bzw. zur Vereinfachung bestimmte Annahmen zu treffen, die bei komplizierten Konstruktionen (z.B. eine komplette Maschine oder Anlage) zu Ungenauigkeiten führen können. Um die Ergebnisse der rechnerischen Systemanalyse zu überprüfen und um die Ungenauigkeiten zu minimieren, ist das Ersatzsystem mit den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen zu vergleichen. Die Modalanalyse ist das bekannteste Verfahren der experimentellen Systemanalyse, mit der die sogenannten modalen Größen eines Systems experimentell ermittelt werden. Diese modale Größen sind Eigenformen, Eigenfrequenzen und Dämpfungsgrade. Mit den modalen Größen und mit der im Betriebszustand wirkenden Kräfte kann das dynamische Verhalten eines System beschrieben werden.

Die  Eigenschaften eines schwingungsfähigen Systems können experimentell durch Modalanalyse oder Betriebsschwingformanalyse ermittelt werden. Bei der Modalanalyse werden die modalen Größen bzw. Systemeigenschaften aus der gemessenen Übertragungsfunktion  bestimmt. Durch die Betriebsschwingformanalyse wird die Schwingform eines schwingungsfähigen Systems unter Zwangserregung bei einer beliebigen Frequenz ermittelt.

Eine Konstruktion kann nur schwingungsgerecht gestaltet werden, wenn die dynamischen Eigenschaften der Konstruktion bekannt sind. Modalanalyse und Betriebsschwingformanalyse ist ein ideales Werkzeug zur experimentellen Strukturanalyse. Durch solche Untersuchungen können die schwachen Stellen einer Konstruktion bestimmt werden. Ferner sollen die Eigenformen, Eigenfrequenzen und Dämpfung  eines Systems bekannt sein, um bestimmte Abhilfemaßnahmen, wie z.B. Erhöhung der Dämpfung oder Versteifung einer Konstruktion, wirksam realisieren zu können.

gemessene (blau) und gefittete (rot) Übertragungsfunktion des Originalsystems sowie die Übertragungsfunktion des modifizierten Systems (grün)

 

Strukturmodifikation mit der µ-REMUS - Modalanalyse (Bearbeitung im Offline-Betrieb)

Nach Abschluss einer Modalanalyse stellt sich oft die Frage wie die Struktur ohne großen Aufwand so verändert werden kann, dass sie die vorgesehenen dynamischen Eigenschaften hat. Dies kann offline durch eine Simulation mit der Strukturmodifikation vorgenommen werden.

 

Empfindlichkeitsanalyse

Zunächst wird eine Empfindlichkeitsanalyse durchgeführt. Sie ergibt für alle Eigenvektoren in Form von einer Hitliste die erkannten Strukturstellen mit der größten Empfindlichkeit für eine Massen-, Steifigkeits- und / oder Dämpfungsänderung. Zusätzlich kann für jeden einzelnen Eigenvektor die komplette Analyse ausgegeben werden.

 

Strukturmodifikation

Nach Auswahl von Änderungsstellen (Messpunkten) und Änderungsgrößen (Zusatzmassen, Zusatzsteifigkeiten und / oder Zusatzdämpfungen) werden die Eigenfrequenzen neu berechnet. Dabei wird davon ausgegangen, dass die von der Modalanalyse schon bekannten Eigenvektoren durch die Modifikationen erhalten bleiben.

Das erste Ergebnis ist eine Tabelle mit den alten und neuen Eigenwerten. Durch einen Vergleich der Eigenfrequenzen und der Dämpfungen kann erkannt werden, ob die Zusatzgrößen und Änderungsstellen der simulierten Modifikation hinreichend waren oder nicht.

Das zweite Ergebnis ist die Darstellung für jeden Messpunkt der neuberechneten Übertragungsfunktion (grüne Kurve) des modifizierten Systems zusammen mit der gemessenen Übertragungsfunktion (blaue Kurve) und der Fitkurve (rote Kurve). Die Darstellung zeigt den ausgeübten Einfluss der aktuellen Modifikation.