Vermeidung einer Resonanzkatastrophe durch Analyse des Schwingverhaltens.

Schwingungsanalyse

Durch zeitlich veränderbare Lasten kann ein Bauteil oder eine Baugruppe in Schwingung versetzt werden. Diese Schwingungen können Spannungsüberhöhungen hervorrufen, die bis hin zum Bauteilversagen durch Resonanz führen.

Ob sich im Betriebsbereich der Konstruktion eine kritische Schwingung einstellt, kann mit Hilfe einer dynamischen Finite-Elemente-Analyse geprüft werden. Sofern sich Probleme zeigen, kann das Schwingungsverhalten der Konstruktion durch Veränderung von Masse und Steifigkeit optimiert werden.
 

Wir sind auf folgende Analysearten spezialisiert:

Berechnung von Eigenfrequenzen und Eigenformen

Mit Hilfe einer Modalanalyse werden die Eigenfrequenzen und Eigenschwingungsformen bestimmt. Um einen Resonanzfall zu vermeiden, darf die Eigenfrequenz nicht mit der Erregerfrequenz übereinstimmen.

1. Eigenform

2. Eigenform

3. Eigenform

 

Frequenzganganalyse (Analyse im Frequenzbereich)

Mit Hilfe einer Frequenzganganalyse wird die Antwort eines Bauteils auf eine sinusförmige Erregung ermittelt.

Als Ergebnis liegen die Antwortgrößen (z.B. Verformung, Spannung, Phasenverschiebungen) in Abhängigkeit der Frequenz vor. Bei dieser Analyseart wird nur der eingeschwungene Zustand und nicht der Einschwingvorgang selbst berücksichtigt. Typische Berechnungsbeispiele sind Motorenbauteile, Rütteltische und jegliche Art von rotierenden Maschinen.

Antwortkurve (Frequenzganganalyse)

Sinus-Sweep (Last)

 

Transiente Dynamik (Analyse im Zeitbereich):

Soll eine beliebige zeitlich variierende Belastung berücksichtigt werden, kann die Antwort der Struktur durch eine transiente Analyse berechnet werden. Als Ergebnis liegen die Antwortgrößen (z.B. Beschleunigung, Verformung, Spannung) in Abhängigkeit der Zeit vor. Typische Lasten sind z.B. gemessene Beschleunigungsprofile, definierte Bewegungen oder Schocklasten.
 

Transienter und eingeschwungener Schwingungszustand

Schockprofil

 

Erdbebensimulation / Spektrumanalysen
(Analyse im Frequenzbereich)

Liegt eine relativ lang anhaltende, zeitlich variierende Last vor, führt das bei einer transienten Analyse zu extrem hohen und somit unwirtschaflichen Rechenzeiten. Alternativ kann in diesem Fall die Antwortspektrum-Methode eingesetzt werden. Ein Antwortspektrum definiert die Bauwerksantwort auf ein transientes Signal im Frequenzbereich. Üblicherweise werden z.B. seismische Nachweise (Erdbebensimulationen) mit Hilfe des Antwortspektren-Verfahrens geführt. Ein weiteres Beispiel ist die Berechnung von Offshore- Plattformen.

Erdbebenspektrum

Erdbebengefährdungszonen in Deutschland

 

Zufallsbedingte Schwingungen PSD (Power Spectral Density):

In einigen Anwendungsfeldern sind Konstruktionen starken Vibrationen ausgesetzt, jedoch ist der zeitliche Verlauf der Belastung nicht bekannt. Beispiele für diese Lasten sind Wellen und Böen,Vibrationen beim Raketenstart und Breitbandrauschen verschiedener Fahrstrecken. Anhand von gemessenen Anregungssignalen im Zeitbereich wird ein PSD-Anregungsspektrum erstellt. Dieses Spektrum dient als Randbedingung in der PSD-Analyse. Als Ergebnis liegen RMS-Werte (Spannungen, Dehnungen, etc) für eine bestimmte Auftretenswahrscheinlichkeit vor.

PSD-Spektrum des Anregungssignals	Gauss-Verteilung der Amplituden des Anregungsspektrums

 

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