SPP 1897:  Calm, Smooth and Smart - Novel Approaches for Influencing Vibrations by Means of Deliberately Introduced Dissipation

• Fachliche Zuordnung: Maschinenbau und Produktionstechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273845692

Die besondere Aktualität und Neuheit des Themas dieses Schwerpunktprogramms stammt aus den geänderten Rahmenbedingungen, die die wissenschaftliche Forschung der letzten Jahre, der Gesetzgeber sowie der Verbraucher vorgegeben haben. Der zunehmende Leichtbau hat zwar zu leichteren Strukturen geführt, diese jedoch auch weitaus schwingungsanfälliger gemacht. Gleichzeitig fordern strengere gesetzliche Regelungen an vielen Stellen eine deutliche Reduktion solcher Schwingungen. Dieser Konflikt ist somit erst in den letzten Jahren zu einem dringenden Problem geworden und erfordert deshalb nun große Forschungsanstrengungen. Die Forschungsförderung muss sich hierauf einstellen und die vorhandenen Forschungskapazitäten interdisziplinär bündeln und zielgerecht einsetzen. So müssen neben den bereits vorhandenen Kompetenzen aktuelle sowie neue Entwicklungen in Mechanik, Mathematik, Tribologie und Materialwissenschaften zu einem wesentlich besseren Verständnis von bedarfsgerecht eingesetzter Dissipation und Dämpfung führen. Diesen Anforderungen soll mit dem beantragten SPP Rechnung getragen werden, dessen Ziel es demnach ist, dass aus NVH – Noise, Vibration, Harshness für Automobile in Zukunft CSS – Calm, Smooth and Smart für die Technik im Allgemeinen wird. „Calm“ bedeutet dabei, dass unerwünschte Geräusche oder Lärm vermieden werden und auch durch neuartige Wege der Schwingungsbeeinflussung nicht eingebracht werden dürfen. „Smooth“ kennzeichnet ein angenehmes, gleichmäßiges Verhalten, bei dem die Schwingungen in einer natürlichen Weise beeinflusst werden und ein ruckelfreies Verhalten erzielt wird. „Smart“ ist ein intelligentes Verhalten, bei dem Dämpfungselemente auch strukturtragende Aufgaben übernehmen und eine äußere und innere aktiv steuerbare Beeinflussung von Schwingungen ermöglichen. Der Schlüssel zu „Calm, Smooth and Smart“ liegt in der Schwingungsbeeinflussung durch zeitlich und örtlich gezielt eingesetzte Dissipation, bei der die Schwingungsenergie in Wärme oder andere Energieformen umgewandelt wird. Dabei können dissipative Einflüsse das Schwingungsverhalten nicht nur quantitativ beeinflussen durch Veränderung der Schwingungsamplitude, sondern auch das grundsätzliche qualitative Verhalten ändern und damit entscheidend für das Funktionieren oder Versagen technischer Strukturen sein. Viele physikalische Phänomene und Wirkmechanismen der Dämpfung bzw. der Dissipation sind bis zum heutigen Zeitpunkt jedoch nur in einem nicht ausreichenden Maße verstanden und werden deshalb in der Technik nicht eingesetzt. In der Ingenieurspraxis war und ist es daher üblich, dissipative Einflüsse entweder ganz zu vernachlässigen oder nur vereinfacht abzubilden, so dass eine intensive Begleitung durch aufwändige Versuche nach wie vor notwendig ist. Die korrekte Berücksichtigung dissipativer Effekte beim Entwurf, der Modellierung und der Simulation ist somit heute die zentrale Herausforderung des SPP, die es zu bewältigen gilt, um im Maschinenbau das Ziel von Schwingungssimulationen mit prädiktivem Charakter zu erreichen. Es ist daher das besondere Anliegen des SPP, die Grundlagen für die gezielte und nicht allein auf Experimenten beruhende Nutzbarmachung und Auslegung dissipativer Mechanismen zu schaffen, die eine Entwicklung von Fahrzeugen, Maschinen und Anlagen ermöglichen, die energieeffizient und leicht, aber gleichzeitig von ihren Schwingungseigenschaften her „calm, smooth and smart“ sind. Zu diesem Zweck gilt es in diesem SPP folgende Aufgaben zu lösen: - Systematische Erforschung von Dissipationsmechanismen und Erarbeitung von mathematischen Modellen zu deren Beschreibung und Parametrierung. - Beschreibung, Untersuchung und Validierung neuartiger Dämpfungselemente und deren schwingungstechnischer Wirkung. - Entwicklung von Methoden für die Beschreibung von Dissipation und Dämpfungselementen in ingenieurkonformen Berechnungsumgebungen. - Integration der Modelle von Dämpfungselementen in Gesamtmodelle der Fahrzeuge, Maschinen oder Anlagen und deren Modellreduktion. - Experimentelle Untersuchung der dynamischen Parameter bezüglich der gewünschten Eigenschaften im Gesamtsystem.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Niederlande

Projekte

• Akustische Schwarze Löcher in Bauteilen für Mobilitätsanwendungen mit optimaler Materialverteilung (Antragstellerin Langer, Sabine C. )
• Beruhigung von Schwingungssystemen mittels optimierter Platzierung neuer, situationsadaptiver Reibungsdämpfer (Antragsteller Fidlin, Alexander )
• Dämpfung von intelligenten miniaturisierten Systemen mit Formgedächtnislegierungen (Antragsteller Kohl, Manfred ;  Wendler, Frank )
• Ein kombinierter numerisch-experimenteller Ansatz zur Dämpfungsbewertung von nichtlinearen dissipativen Schwingungssystemen. (Antragsteller Panning-von Scheidt, Lars ;  Tatzko, Sebastian )
• Gezielter Einsatz von Dämpfung durch Schallabstrahlung mittels tilgerbasierter Strukturen (Antragsteller Marburg, Steffen )
• Granulare Mischungen mit maßgeschneiderten Dämpfungseigenschaften (Antragsteller Steeb, Holger )
• HyCEML - Hybride CFK/ Elastomer/ Metall-Laminate mit Elastomerschichten für die gezielte Einstellung des Dämpfungsverhaltens (Antragstellerinnen / Antragsteller Kärger, Luise ;  Weidenmann, Kay A. )
• Intelligent vernetzte Anordnungen induktiver Elemente zur effizienten Beruhigung von Strukturschwingungen (Antragsteller Hetzler, Hartmut )
• Komplex geformte Leichtbaustrukturen mit adaptivem dynamischem Verhalten durch minimale Formänderung (Antragsteller Kostka, Pawel )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Eberhard, Peter )
• Mehrfreiheitsgrad Dämpfer auf Basis feldsteuerbarer Fluide zur richtungsunabhängig einstellbaren Dissipation - Zweite Periode (Antragsteller Sattel, Thomas )
• Nichtlineare Zeitreihenanalyse über Bayes' Rekurrenzplot-Quantifizierung zur dynamischen Analyse von reibinduzierten Schwingungen, insbesondere bezogen auf Abnutzung and Dämpfung in künstlichen synovialen Gelenken. (Antragsteller Oberst, Sebastian )
• Numerische und experimentelle Optimierung zur Auslegung von schwingungsarmen Strukturen durch Platzierung von lokaler viskoelastischer Dämpfung (Antragsteller Lohmann, Boris ;  Rixen, Daniel J. )
• Partikel Dämpfer – Schwingungsbeeinflussung durch verteilte Dissipation über komplexe Partikelformen und Fluid/Festkörper Interaktionen (Antragsteller Eberhard, Peter )
• Schwingungsreduktion durch Energietransfer mittels Formadaption (Antragsteller Hasse, Alexander ;  Willner, Kai )
• Simulationsbasierter Entwurf hybrider Partikeldämpfer mit Anwendung auf flexible Mehrkörpersysteme (Antragsteller Seifried, Robert )
• Strukturerhaltende Modellreduktion für dissipative mechanische Systeme (Antragsteller Benner, Peter ;  Reis, Timo ;  Voigt, Matthias )
• Unterdrückung von Bremsenschwingungen durch bewusst eingebrachte Dämpfung (Antragsteller Mehrmann, Volker ;  von Wagner, Utz )
• Wege zur Steigerung der Energiedissipation und Dämpfung in selbsterregten Strukturen mit irregulären Schwingungsantworten - Kombination datenbasierter Verfahren mit modellbasierten Zugängen (Antragsteller Hoffmann, Norbert )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Peter Eberhard