Entwicklung von Methoden der experimentellen nichtlinearen Modalanalyse unter besonderer Berücksichtigung von Erreger-Struktur-Wechselwirkung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Malte Krack
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402813361

Das vorliegende Projekt hat das ehrgeizige Ziel, die Modalanalyse, die eine gebräuchliche Methode im linearen Fall ist, auf den nichtlinearen Fall zu erweitern. Mit den in diesem Projekt entwickelten Methoden wird man in der Lage sein, die Eigenfrequenz, den modalen Dämpfungsgrad und die Schwingungsform (einschließlich der Harmonischen) für jede interessierende Mode in Abhängigkeit vom Schwingungsniveau zu extrahieren. Die extrahierten modalen Eigenschaften werden für die datengetriebene Modellierung komplizierter nichtlinearer Verhaltensweisen, für die Validierung, das Updating und das Upgrading nichtlinearer physikgetriebener Modellierungsansätze nützlich sein.Der laufende Projektteil offenbarte eine große Herausforderung, nämlich die Erreger-Struktur-Wechselwirkung. Diese Herausforderung wird ein Schwerpunkt der Methodenentwicklungen im vorgeschlagenen Projektteil sein.Das Ziel von WP1 ist die Erweiterung der Theorie der nichtlinearen Moden um ein Erregermodell. Die Entwicklung wird so allgemein sein, dass Modelle von linearen Zusatzsystemen berücksichtigt werden können, die durch lineare Differentialgleichungen mit zeitinvarianten Koeffizienten beschrieben werden. Die Zusatzsysteme müssen nicht rein mechanischer Natur sein, sondern können z.B. elektrische, magnetische oder aerodynamische Modelle enthalten, was den Nutzbereich der nichtlinearen Moden auf unterschiedlichste Anwendungen wie Strukturmodifikation, intelligente Strukturen oder Energy Harvesting ausdehnt. Mit einem geeigneten Erregermodell wird erwartet, dass das erweiterte Modell der nichtlinearen Moden eine genaue Vorhersage des bekannten resonanznahen Kraftabfalls und des Verhaltens des gekoppelten Erreger-Struktur-Systems liefert. In WP2 wird das im laufenden Projektteil entwickelte Phasenregelungsschema auf höhere Harmonische erweitert. Neben der Erweiterung des Betriebsbereichs und der Genauigkeit des nichtlinearen Modalanalyseverfahrens wird das Regelschema auch nützlich sein, um eine rein harmonische Anregung während Frequenzgangmessungen zu erreichen, und wird somit die Validierung strukturdynamischer Modelle im Allgemeinen erheblich erleichtern. In WP3 wird eine Alternative zu phasenresonanten Tests entwickelt, die auf Geschwindigkeitsrückführung basiert. Diese soll die Regelaufgabe erheblich vereinfachen und damit robuster sein. Schließlich wird in WP4 eine nichtlineare Modalanalyse für den gebräuchlichen Fall der Weganregung entwickelt, im Gegensatz zu der bisher betrachteten Kraftanregung über Schwingerreger mit Koppelstange. Unter der Annahme, dass die Dynamik eines großen Schwingerregers mit schwerem Gleittisch nicht signifikant von der Dynamik eines leichten Prüflings beeinflusst wird, hat die Weganregung das Potenzial, die Erreger-Struktur-Wechselwirkung zu reduzieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Dr. Ludovic Renson