Die experimentelle Modalanalyse ist ein messtechnisches Verfahren zur Untersuchung der strukturdynamischen Eigenschaften von Objekten. Modalanalysen werden an Fahrzeugen, Flugzeugen, Produktionsmitteln, Brücken und Gebäuden, Musikinstrumenten, Sportgeräten und an vielen anderen Strukturen durchgeführt. Sie wird heute bei der Entwicklung von Produkten, der Identifikation von dynamischen Schwachstellen und Schäden, der Beurteilung der Sicherheit und der Bewertung der Qualität eingesetzt.
Die rasante Zunahme des Simulationseinsatzes in der Strukturdynamik erhöht den Bedarf an experimentellen Modalanalysen zusätzlich. Insbesondere die Unkenntnis der Koppelstellendämpfung macht einen Abgleich der Simulation mit dem Experiment unumgänglich. In einigen Branchen haben sich Dienstleistungsmärkte für die experimentelle Modalanalyse etabliert.
Zwei Messgeräten haben sich bei der experimentellen Modalanalyse durchgesetzt: das Laserdopplervibrometer (LDV) und die Beschleunigungsaufnehmer. Durch den breiten erforderlichen Sichtkorridor ist das 3D‑scanning‑LDV für die Untersuchung von umhausten Strukturen wenig geeignet. Die Messung mit triaxialen Beschleunigungsaufnehmern ist in der Regel zeitaufwändiger, da die Geometrieaufnahme des Untersuchungsobjektes separat erfolgt und bei jedem Messpunkt die Sensororientierung angegeben werden.
In dieser Dissertation wird die Modalanalyse mit dem Tracking-Interferometer (TI) durchgeführt. TIs sind laserbasierte, mobile Kugelkoordinatenmessgeräte. Sie haben sich als Messsysteme in der Präzisionsmontage von Großbauteilen, der Ausrichteprüfung von Anlagen, der Hallenlayoutplanung, der Kalibrierung von Robotern und im Reverse Engineering etabliert. Für die hochfrequente Messung von kleinsten Schwingungen sind die Geräte nach dem heutigen Stand der Technik nicht geeignet.
Aktualisiert: 2023-05-11
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Die experimentelle Modalanalyse ist ein messtechnisches Verfahren zur Untersuchung der strukturdynamischen Eigenschaften von Objekten. Modalanalysen werden an Fahrzeugen, Flugzeugen, Produktionsmitteln, Brücken und Gebäuden, Musikinstrumenten, Sportgeräten und an vielen anderen Strukturen durchgeführt. Sie wird heute bei der Entwicklung von Produkten, der Identifikation von dynamischen Schwachstellen und Schäden, der Beurteilung der Sicherheit und der Bewertung der Qualität eingesetzt.
Die rasante Zunahme des Simulationseinsatzes in der Strukturdynamik erhöht den Bedarf an experimentellen Modalanalysen zusätzlich. Insbesondere die Unkenntnis der Koppelstellendämpfung macht einen Abgleich der Simulation mit dem Experiment unumgänglich. In einigen Branchen haben sich Dienstleistungsmärkte für die experimentelle Modalanalyse etabliert.
Zwei Messgeräten haben sich bei der experimentellen Modalanalyse durchgesetzt: das Laserdopplervibrometer (LDV) und die Beschleunigungsaufnehmer. Durch den breiten erforderlichen Sichtkorridor ist das 3D‑scanning‑LDV für die Untersuchung von umhausten Strukturen wenig geeignet. Die Messung mit triaxialen Beschleunigungsaufnehmern ist in der Regel zeitaufwändiger, da die Geometrieaufnahme des Untersuchungsobjektes separat erfolgt und bei jedem Messpunkt die Sensororientierung angegeben werden.
In dieser Dissertation wird die Modalanalyse mit dem Tracking-Interferometer (TI) durchgeführt. TIs sind laserbasierte, mobile Kugelkoordinatenmessgeräte. Sie haben sich als Messsysteme in der Präzisionsmontage von Großbauteilen, der Ausrichteprüfung von Anlagen, der Hallenlayoutplanung, der Kalibrierung von Robotern und im Reverse Engineering etabliert. Für die hochfrequente Messung von kleinsten Schwingungen sind die Geräte nach dem heutigen Stand der Technik nicht geeignet.
Aktualisiert: 2023-05-11
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Das akustische Verhalten elektrischer Maschinen gewinnt nicht zuletzt auf Grund zunehmender Elektrifizierung im Mobilitätsbereich an Bedeutung. Im Vergleich zum konventionellen Verbrennungsmotor wird das akustische Verhalten der elektrischen Maschine von Einzeltönen im kHz-Bereich dominiert. Diese Einzeltöne treten auf, wenn die Eigenfrequenzen und -formen des Ständers durch magnetische Kräfte im Luftspalt der elektrischen Maschine angeregt werden. Für eine genaue Vorausberechnung des akustischen Verhaltens ist neben einer Bestimmung der magnetischen Kräfte und des akustischen Abstrahlverhaltens auch eine genaue Berechnung und Kenntnis des strukturdynamischen Verhaltens essentiell. In dieser Arbeit wird daher der Einfluss der Wicklung und der Isolierung auf das strukturdynamische Schwingungsverhalten elektrischer Maschinen untersucht. Dafür wird das Schwingungsverhalten von vier Ständern elektrischer Maschinen mit drei unterschiedlichen Wicklungs- und zwei unterschiedlichen Isolierungsarten messtechnisch und simulativ untersucht.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Das akustische Verhalten elektrischer Maschinen gewinnt nicht zuletzt auf Grund zunehmender Elektrifizierung im Mobilitätsbereich an Bedeutung. Im Vergleich zum konventionellen Verbrennungsmotor wird das akustische Verhalten der elektrischen Maschine von Einzeltönen im kHz-Bereich dominiert. Diese Einzeltöne treten auf, wenn die Eigenfrequenzen und -formen des Ständers durch magnetische Kräfte im Luftspalt der elektrischen Maschine angeregt werden. Für eine genaue Vorausberechnung des akustischen Verhaltens ist neben einer Bestimmung der magnetischen Kräfte und des akustischen Abstrahlverhaltens auch eine genaue Berechnung und Kenntnis des strukturdynamischen Verhaltens essentiell. In dieser Arbeit wird daher der Einfluss der Wicklung und der Isolierung auf das strukturdynamische Schwingungsverhalten elektrischer Maschinen untersucht. Dafür wird das Schwingungsverhalten von vier Ständern elektrischer Maschinen mit drei unterschiedlichen Wicklungs- und zwei unterschiedlichen Isolierungsarten messtechnisch und simulativ untersucht.
Aktualisiert: 2023-03-23
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Die Arbeit untersucht Möglichkeiten zur Überprüfung des Einflusses unterschiedlicher Modellierungsannahmen auf die Vorhersage strukturmechanischer Problemstellungen im Kontext der virtuellen Produktentwicklung von Flugtriebwerken und liefert einen Beitrag zur Untersuchung und Bewertung der damit verbundenen Unsicherheiten. Anstelle eines erfahrungsbasierten Ansatzes wird die Möglichkeit zur vergleichenden Analyse von Modellen aufgegriffen, um die Beeinflussung der Vorhersage zu bewerten. Im Fokus der Untersuchungen steht der Vergleich von Modellen mit unterschiedlicher Detaillierungstiefe. Als Anwendungsbeispiele dienen typische Triebwerksstrukturen, welche Teile des abgeleiteten mechanischen Gesamttriebwerksmodells bilden. Dazu werden zunächst die wichtigsten Methoden und Verfahren zur Validierung und Verifizierung von Strukturmodellen dargestellt und als Grundlage verwendet, um ein Rahmenwerk sowie neue Methoden für den Vergleich von Simulationsergebnissen zu entwickeln. Darin werden die notwendigen Schritte zur Durchführung von Modellvergleichen vorgestellt und die wichtigsten Aspekte zur Quantifizierung und Bewertung möglicher Unterschiede sowie zur Reduktion identifizierter Fehler zusammengefasst. Um den Aufbau von Modellen mit unterschiedlichem Detailgrad zu verbessern, wird darüber hinaus eine CAE-getriebene CAD-Modellierungsstrategie vorgestellt, die eine parametergesteuerte und variable Änderung der Detaillierungstiefe der Modelle ermöglicht. Abschließend werden die entwickelten Methoden und Prozesse auf unterschiedliche Triebwerksstrukturen auf Komponenten- und Baugruppenebene angewendet und auf verschiedenen Ebenen miteinander verglichen
Aktualisiert: 2023-03-10
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Das Geräuschspektrum elektrischer Maschinen wird durch diskrete Einzeltöne elektromagnetischen Ursprungs im einstelligen Kilohertz-Frequenzbereich dominiert. Diese tonalen Komponenten können von einem Menschen als unangenehm wahrgenommen oder gar als Hinweis auf eine Beschädigung des Antriebssystems aufgefasst werden. Daher ist eine Vorausberechnung der Geräuschemissionen eines Antriebssystems für viele Anwendungen bereits in der Entwicklungsphase von Bedeutung. Die in dieser Dissertation vorgestellte Methode kombiniert analytische Verfahren mit numerischen Simulationen, um eine zeiteffiziente Berechnung dieser tendenziell unangenehmen Einzeltöne zu ermöglichen. Dreidimensionale Effekte, wie axial veränderliche Eigenschwingformen (Moden) oder der Einfluss der Lagerung, bleiben in diesem reduzierten Modell erhalten. Eine Validierung der Berechnungsergebnisse wird anhand einer experimentellen Modalanalyse und einer Betriebsschwingungsanalyse zweier drehzahlvariablen elektrischen Maschinen durchgeführt.
Aktualisiert: 2021-04-29
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Das Geräuschspektrum elektrischer Maschinen wird durch diskrete Einzeltöne elektromagnetischen Ursprungs im einstelligen Kilohertz-Frequenzbereich dominiert. Diese tonalen Komponenten können von einem Menschen als unangenehm wahrgenommen oder gar als Hinweis auf eine Beschädigung des Antriebssystems aufgefasst werden. Daher ist eine Vorausberechnung der Geräuschemissionen eines Antriebssystems für viele Anwendungen bereits in der Entwicklungsphase von Bedeutung. Die in dieser Dissertation vorgestellte Methode kombiniert analytische Verfahren mit numerischen Simulationen, um eine zeiteffiziente Berechnung dieser tendenziell unangenehmen Einzeltöne zu ermöglichen. Dreidimensionale Effekte, wie axial veränderliche Eigenschwingformen (Moden) oder der Einfluss der Lagerung, bleiben in diesem reduzierten Modell erhalten. Eine Validierung der Berechnungsergebnisse wird anhand einer experimentellen Modalanalyse und einer Betriebsschwingungsanalyse zweier drehzahlvariablen elektrischen Maschinen durchgeführt.
Aktualisiert: 2021-02-19
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Dieses Lehrbuch zeigt, wie die in einem Bauteil auftretenden Spannungen mit Hilfe der FEM-Methode bestimmt werden können. Dazu wird zunächst auf mechanische Grundlagen und das Materialverhalten eingegangen, bevor die Spannungen in einer überschaubaren Fachwerksgeometrie und in Volumenelementen berechnet werden. Anschließend wird dargestellt, wie aus den Spannungen die Betriebsfestigkeit der Bauteile unter determinierten und stochastischen Lasten abgeleitet werden kann. Dabei wird auch die FKM-Richtlinie berücksichtigt. Für den fortgeschrittenen Leser werden die Grundlagen durch Berechnungsverfahren ergänzt, die bei anspruchsvolleren Berechnungsmodellen angewandt werden müssen.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Dieses Lehrbuch zeigt, wie die in einem Bauteil auftretenden Spannungen mit Hilfe der FEM-Methode bestimmt werden können. Dazu wird zunächst auf mechanische Grundlagen und das Materialverhalten eingegangen, bevor die Spannungen in einer überschaubaren Fachwerksgeometrie und in Volumenelementen berechnet werden. Anschließend wird dargestellt, wie aus den Spannungen die Betriebsfestigkeit der Bauteile unter determinierten und stochastischen Lasten abgeleitet werden kann. Dabei wird auch die FKM-Richtlinie berücksichtigt. Für den fortgeschrittenen Leser werden die Grundlagen durch Berechnungsverfahren ergänzt, die bei anspruchsvolleren Berechnungsmodellen angewandt werden müssen.
Aktualisiert: 2023-04-01
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Aktualisiert: 2023-02-02
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Aktualisiert: 2023-02-02
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Dieses Buch behandelt die experimentelle Analyse (Identifikation) schwingungsfähiger linearer elastomechanischer Systeme, die zeitinvariant und diskret (mit endlich vielen Freiheitsgraden) modelliert sind. Von der theoretischen Analyse sind die Grundlagen von Mehrfreiheitsgrad-Modellen im Zeit- und Frequenzbereich bereit gestellt, zusätzlich solche der Statistik und Stochastik einschließlich der Schätztheorie. Innerhalb der Zeitreihenanalyse werden die Eigenschaften der das System beschreibenden gemessenen Signale durch geeignete Manipulationen (Abtastung, Fenster, Filter, Störsignalreduzierung) ermittelt. Die nichtparametrische Identifikation enthält die Schätzung von Frequenzgängen und Übertragungsfunktionen. Die experimentelle Modalanalyse basiert auf sowohl erzwungenen als auch freien Schwingungen mit Methoden im Zeit- und Frequenzraum. Darüber hinaus ist die Schätzung nichtmodaler Modellparameter ausführlich dargestellt, im Schrifttum auch unter der Korrektur, Verbesserung von Rechenmodellen unter Verwendung von Messwerten bekannt. In dem Buch wird das theoretische Rüstzeug entwickelt, werden Zusammenhänge aufgezeigt, Ergebnisse physikalisch interpretiert und Anwendungen diskutiert. Das Buch bietet Mathematikern, Physikern und Ingenieuren in Ausbildung und Praxis eine wertvolle Hilfe, die mit dynamischen Untersuchungen komplizierter Konstruktionen zu tun haben. Der Vorteil besteht nicht zuletzt in der einheitlichen Darstellung der Teilgebiete Zeitreihenanalyse, experimentelle Modalanalyse und Korrektur von Rechenmodellen.
Aktualisiert: 2023-04-02
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Die experimentelle Modalanalyse ist ein messtechnisches Verfahren zur Untersuchung der strukturdynamischen Eigenschaften von Objekten. Modalanalysen werden an Fahrzeugen, Flugzeugen, Produktionsmitteln, Brücken und Gebäuden, Musikinstrumenten, Sportgeräten und an vielen anderen Strukturen durchgeführt. Sie wird heute bei der Entwicklung von Produkten, der Identifikation von dynamischen Schwachstellen und Schäden, der Beurteilung der Sicherheit und der Bewertung der Qualität eingesetzt.
Die rasante Zunahme des Simulationseinsatzes in der Strukturdynamik erhöht den Bedarf an experimentellen Modalanalysen zusätzlich. Insbesondere die Unkenntnis der Koppelstellendämpfung macht einen Abgleich der Simulation mit dem Experiment unumgänglich. In einigen Branchen haben sich Dienstleistungsmärkte für die experimentelle Modalanalyse etabliert.
Zwei Messgeräten haben sich bei der experimentellen Modalanalyse durchgesetzt: das Laserdopplervibrometer (LDV) und die Beschleunigungsaufnehmer. Durch den breiten erforderlichen Sichtkorridor ist das 3D‑scanning‑LDV für die Untersuchung von umhausten Strukturen wenig geeignet. Die Messung mit triaxialen Beschleunigungsaufnehmern ist in der Regel zeitaufwändiger, da die Geometrieaufnahme des Untersuchungsobjektes separat erfolgt und bei jedem Messpunkt die Sensororientierung angegeben werden.
In dieser Dissertation wird die Modalanalyse mit dem Tracking-Interferometer (TI) durchgeführt. TIs sind laserbasierte, mobile Kugelkoordinatenmessgeräte. Sie haben sich als Messsysteme in der Präzisionsmontage von Großbauteilen, der Ausrichteprüfung von Anlagen, der Hallenlayoutplanung, der Kalibrierung von Robotern und im Reverse Engineering etabliert. Für die hochfrequente Messung von kleinsten Schwingungen sind die Geräte nach dem heutigen Stand der Technik nicht geeignet.
Aktualisiert: 2023-02-14
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Mit Beiträgen zahlreicher Fachwissenschaftler
Aktualisiert: 2023-03-14
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Hauptgegenstand dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung der interferometrischen Verfahren ESPSI (Shearografie) und ESPI (Holografie) für den Einsatz in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Außerdem ist die noch existierende Einsatzgrenze der Speckle-Messverfahren in der experimentellen Modalanalyse erweitert worden. Es sind neben der weiterentwickelten, räumlichen Phasenschiebung, die anhand von lediglich 2 Aufnahmen die relative Phase ermittelt, zwei neuartige Messgeräte zur Untersuchung von Mikrostrukturen (Mikroferoskop) und für Messungen an schwer zugänglichen Stellen (Interferoskop) optimiert und erprobt worden. Zur Detektion von Fehlstellen kommen nicht nur bereits etablierte Anregungs-Verfahren zum Einsatz, sondern die noch wenig bis gar nicht erforschten Methoden. Dazu zählen die Fehlstellendetektion mittels elastischer Wellen (Lamb-Wellen), oder laserangeregte Untersuchungen von Mikroproben. Die Lamb-Wellen interagieren bei der Ausbreitung
mit der Fehlstelle und verraten somit die Position und die Form eines Defektes. Die Visualisierung der Lamb-Wellen erfolgt mittels der Shearografie jedoch mit räumlicher Phasenschiebung. Zur Bestimmung von Eigenschwingungen kommt ein neues Verfahren zum Einsatz, welches eine Kombination aus impulsangeregter Modalanalyse mit Hilfe von Beschleunigungssensoren und der Speckle-Messtechnik darstellt. Der Vorteil besteht in der schnelleren Detektion und der effizienten Visualisierung von Resonanz- Schwingungen.
Aktualisiert: 2020-12-08
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In dieser Dissertation wird die Modalanalyse mit dem Tracking-Interferometer durchgeführt. Hierzu werden das Einstrahlverfahren und eine Messmethode für die Modalanalyse mit diesem Verfahren entwickelt. In mehreren Studien untersucht diese Arbeit die Leistungsfähigkeit des Tracking-Interferometers in der experimentellen Modalanalyse und stellt seine Vorteile gegenüber etablierten Messmitteln heraus.
Aktualisiert: 2021-07-10
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Aktualisiert: 2023-04-04
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