Modal- und Betriebsschwingungsanalysen

Modal- und Betriebsschwingungsanalysen

Sowohl in der dynamischen Auslegung als auch in der Schadensanalyse eines mechanischen Bauteils ist die Kenntnis über dessen Schwingverhalten grundlegend. Im ersten Schritt steht dabei das Eigenschwingverhalten als von der Anregung unabhängige Eigenschaft einer Struktur im Vordergrund. Die Kenntnis der modalen Parameter gestattet eine Beschreibung des dynamischen Systemverhaltens und ist die Grundlage für weitere strukturdynamische Untersuchungen.

Trotz weitentwickelter Simulationstechniken kann das tatsächliche Verhalten eines Systems nur auf der Basis experimenteller Untersuchungen ermittelt werden. Die Experimentelle Modalanalyse (EMA) ist eines der wichtigsten Messverfahren in diesem Bereich.

Experimentelle Modalanalyse

Bei der EMA werden die Übertragungsfunktionen eines Systems, d. h. der Zusammenhang zwischen der eine Struktur anregenden Kraft als Referenz und der Strukturantwort gemessen. Durch den Bezug auf die einwirkenden Kräfte wird die Strukturantwort auf das struktureigene Schwingverhalten zurückgeführt. Daraus lassen sich wiederum durch geeignete Datenaufbereitung Eigenfrequenzen und Eigenschwingformen, die in Resonanz angeregt werden können, sowie Dämpfungseigenschaften bestimmen.

Die messtechnische Ausstattung von Müller-BBM bietet vielfältige Möglichkeiten zur Durchführung von Modalanalysen. Elektrodynamische Shaker und Impulshämmer in verschiedenen Größen dienen zur Anregung der Strukturen. Zur Signalerfassung der Strukturantwort stehen Kraftmesszellen, Beschleunigungsaufnehmer oder Lasermesstechnik in Verbindung mit PC-basierten Messsystemen zur Signalverarbeitung zur Verfügung.

Die Ergebnisse lassen sich anhand von Visualisierungsmodellen räumlich animiert darstellen. Sie gewähren somit eine grundlegende Information für die Beurteilung oder für Maßnahmen im Hinblick auf Lastszenarien.

Betriebsschwingungsanalyse

Das tatsächliche Verhalten unter Betriebslasten kann ebenfalls mit messtechnischen Mitteln aufgezeichnet werden. Neben der Absolutamplitude in Abhängigkeit von der Betriebslast ist auch die spektrale Zusammensetzung der Strukturantwort von Interesse. In der Betriebsschwinganalyse (BSA) wird das Signal spektral in der zeitlichen Abfolge der Betriebslast zerlegt. Damit ist es zu jedem Zeitpunkt möglich, die Strukturantwort frequenzbezogen an den Messpunkten zu ermitteln. Die so ermittelte Schwingform lässt sich wie eine Eigenschwingformen anhand eines Visualisierungsmodells räumlich animiert darstellen. Neben der Schwingungsantwort lassen sich simultan andere Betriebsdaten wie Temperatur, Druck oder ein GPS-Signal bei Fahrzeugen aufzeichnen. Die Aufzeichnung eines Drehzahlsignals erlaubt auch ordnungsbezogene Auswertungen und Darstellungen.

Wir untersuchen mit den genannten Verfahren mechanische Strukturen verschiedenster Art und Größe, von Kleinbauteilen, wie Leiterplatinen oder Bremsenkomponenten über Musikinstrumente, Maschinenkomponenten bis hin zu Großdieselmotoren und Großstrukturen wie ganze Schiffe oder Bauwerke, z. B. Brücken oder Gebäudedecken.

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