Partikel Dämpfer – Schwingungsbeeinflussung durch verteilte Dissipation über komplexe Partikelformen und Fluid/Festkörper Interaktionen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Forschungsprojekt hat mehrere Maßnahmen zur Steigerung der Dissipationsleistung von Partikeldämpfern aufgezeigt. Es wurden Experimente und Simulationen eingesetzt, um die Forschungsergebnisse zu erreichen. Die verifizierten Simulationsmodelle stellen hierbei ein Ergebnis dar, welches die Untersuchungen an Partikeldämpfern deutlich erleichtert. Es ließen sich eine Vielzahl von Parametern unabhängig und effizient untersuchen. Der Füllungsgrad und der Inhalt des Partikeldämpfers waren naheliegende Ansatzpunkte zur Verbesserung. Es zeigte sich, dass eine zu den sphärischen Partikeln hinzugefügte Flüssigkeit die Dissipation über einen größeren Amplitudenbereich ermöglicht. Die Flüssigkeit führt hierbei zu einer höheren Agilität der Partikel. Zusätzlich wirkt das Schwappen der Flüssigkeit dissipativ, selbst wenn Amplituden kaum mehr ausreichen, um die Partikel zu bewegen. Die Variation der Form der verwendeten Partikel ermöglicht eine zusätzliche Steigerung der Dissipation. Eine Tetrapodenform hat sich als besser erwiesen als sphärische Partikel. Dies wurde teilweise auf ein Verhaken der Partikel bei hohen Bewegungsamplituden zurückgeführt, wodurch sich die Impulsübertragung verbessert. Zusätzlich wirken Tetrapoden als eine Art Wellenbrecher für das schwappende Fluid in einem mischbefüllten Partikeldämpfer und erhöhen dadurch die Dissipation. Es zeigte sich hierbei eine klare Überlegenheit gegenüber einem Partikeldämpfer nur mit Flüssigkeit und sphärischen Partikeln. Ein weiterer Ansatz ist das Hinzufügen eines Gitters im Behälter des Partikeldämpfers. Dieses zeigt seine Wirksamkeit vor allem bei Partikeldämpfern welche einer permanenten Erregung ausgesetzt sind. Hierbei treten bei konventionellen Partikeldämpfern Bereiche mit geringer Partikelbewegung auf. Diese befinden sich vor allem in der Mitte des Behälters, es kommt daher zu wenig Interaktion der dort befindlichen Partikel. Das eingefügte Gitter bricht diese Bereiche geringer Interaktion auf und erhöht dadurch die Dissipation. Dabei stellt die Zellgröße des Gitters einen Einflussfaktor dar, mit dem das Verhalten eingestellt werden kann. Es lässt sich eine Anpassung der Dissipationsleistung an die vorherrschende Amplitude der Schwingung vornehmen. Ein gröberes Gitter hat sich hierbei bei höherer Amplitude als vorteilhaft gegenüber kleineren Gittergrößen erwiesen. Ein Vorteil von Partikeldämpfern ist ihre Einsetzbarkeit über weite Frequenzbereiche. Um dies zu untersuchen und zu belegen, wurde eine Struktur mit geeigneter Dynamik als Demonstrationsobjekt verwendet. Im Vergleich mit einem Tilger konnte gezeigt werden, dass ein Partikeldämpfer deutlich breitbandiger wirkt und dabei keine zusätzlichen Resonanzerscheinungen in das bedämpfte System einbringt. Dies ließ sich mit geeigneten Größen, welche aus der Mobilität des Systems abgeleitet wurden, auch quantitativ ausdrücken. Damit wurde ein Maß gefunden, um die Eigenschaft der Breitbandigkeit von passiven wirkenden Dämpfungssystemen in Zahlen zu beschreiben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Predicting the Influence of an Added Liquid in a Particle Damper using Coupled SPH and Discrete Element Method. PAMM, 17(1), 31-32.
Gnanasambandham, Chandramouli & Eberhard, Peter
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Investigating the dissipative effects of liquid-filled particle dampers using coupled DEM–SPH methods. Computational Particle Mechanics, 6(2), 257-269.
Gnanasambandham, Chandramouli; Schönle, Andreas & Eberhard, Peter
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Investigating the Effect of Complex Particle Shapes in Partially Liquid‐Filled Particle Dampers using Coupled DEM‐SPH Methods. PAMM, 19(1).
Gnanasambandham, Chandramouli & Eberhard, Peter
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Modeling a Partially Liquid-filled Particle Damper using Coupled Lagrangian Methods. In Proceedings of the VI International Conference on Particle-Based Methods. Fundamentals and Applications (PARTICLES 2019), Barcelona, pp. 744-753
Gnanasambandham, C. & Eberhard, P.
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Multi-scale dynamics of particle dampers using wavelets: Extracting particle activity metrics from ring down experiments. Journal of Sound and Vibration, 454(c(2019, 8)), 1-13.
Gnanasambandham, C.; Stender, M.; Hoffmann, N. & Eberhard, P.
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Tracking of material orientation in updated Lagrangian SPH. Computational Particle Mechanics, 6(3), 449-460.
Shishova, Elizaveta; Spreng, Fabian; Hamann, Dominik & Eberhard, Peter
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Enhancing the dissipative properties of particle dampers using rigid obstacle-grids. Journal of Sound and Vibration, 484(c(2020, 10)), 115522.
Gnanasambandham, C.; Fleissner, F. & Eberhard, P.
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Broadband Damping Properties of Particle Dampers Mounted to Dynamic Structures. Experimental Mechanics, 62(9), 1569-1578.
Schönle, A.; Gnanasambandham, C. & Eberhard, P.
