Entwicklung von Methoden der experimentellen nichtlinearen Modalanalyse unter besonderer Berücksichtigung von Erreger-Struktur-Wechselwirkung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Es wurde ein Messverfahren entwickelt, um Eigenfrequenz, Dämpfungsgrad und Schwingform in Abhängigkeit der Schwingungsamplitude zu ermitteln. Dieses Verfahren, experimentelle nichtlineare Modalanalyse genannt, erfordert keinerlei Kenntnisse über die mathematische Form oder gar den Ort der Nichtlinearitäten. Im Gegensatz zu bestehenden Messverfahren beruht das entwickelte Verfahren auf einem theoretischen fundierten Konzept nichtlinearer Moden, welches auch die Untersuchung von reibungsgedämpften Strukturen ermöglicht. Die Methode nutzt phasenresonante Anregung, wobei die Parameter der Regelung theoriegeleitet gewählt werden. Da sich die modalen Kenngrößen mit der Amplitude ändern, muss die Schwingungsmode für verschiedene Amplituden untersucht werden, was einen entscheidenden Gegensatz zur linearen Modalanalyse darstellt. Es wurden Varianten für die gebräuchlichen Formen der Anregung mittels Shaker und Koppelstange sowie die Fußpunktanregung umgesetzt und es wurden Strategien zur Beherrschung unerwünschter Erreger-Struktur-Wechselwirkungen entwickelt. Um zu untersuchen, wie robust die entwickelte Methode und wie genau die extrahierten modalen Kenngrößen sind, wurde eine Reihe von experimentellen Prüfständen betrachtet. Als Prüflinge dienten insbesondere dünnwandige Strukturen sowie Strukturen mit Fügestellen. Unter anderem wurde dazu ein neuer Prüfstand entwickelt, welcher ein nie dagewesenes Maß an reibungsinduzierter Dämpfung und eine große Änderung der Eigenfrequenz bei herausragender Wiederholbarkeit aufweist. Erstmals zeigt sich auch eine signifikante Änderung der Schwingungsform sowie die Beteiligung höherer Harmonischer. Die Ergebnisse bestätigen, dass die amplitudenabhängigen modalen Kenngrößen präzise bestimmt werden können. Insbesondere ist dies auch bei großen Änderungen der Eigenfrequenz und bei starker, nichtlinearer Dämpfung der Fall, womit die entwickelte Methode weit über die bisher bekannten Ansätze hinausgeht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A phase resonance approach for modal testing of structures with nonlinear dissipation. Journal of Sound and Vibration, 435, 56-73.
Scheel, Maren; Peter, Simon; Leine, Remco I. & Krack, Malte
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Challenging an experimental nonlinear modal analysis method with a new strongly friction-damped structure. Journal of Sound and Vibration, 485, 115580.
Scheel, Maren; Weigele, Tobias & Krack, Malte
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Experimental assessment of polynomial nonlinear state-space and nonlinear-mode models for near-resonant vibrations. Mechanical Systems and Signal Processing, 143, 106796.
Scheel, Maren; Kleyman, Gleb; Tatar, Ali; Brake, Matthew R.W.; Peter, Simon; Noël, Jean-Philippe; Allen, Matthew S. & Krack, Malte
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Numerical Assessment of Polynomial Nonlinear State-Space and Nonlinear-Mode Models for Near-Resonant Vibrations. Vibration, 3(3), 320-342.
Balaji, Nidish Narayanaa; Lian, Shuqing; Scheel, Maren; Brake, Matthew R. W.; Tiso, Paolo; Noël, Jean-Philippe & Krack, Malte
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Validation of a Turbine Blade Component Test With Frictional Contacts by Phase-Locked-Loop and Force-Controlled Measurements. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 142(5).
Schwarz, Stefan; Kohlmann, Lukas; Hartung, Andreas; Gross, Johann; Scheel, Maren & Krack, Malte
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Extension of the single-nonlinear-mode theory by linear attachments and application to exciter-structure interaction. Journal of Sound and Vibration, 505, 116120.
Krack, Malte
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A consistency analysis of phase-locked-loop testing and control-based continuation for a geometrically nonlinear frictional system. Mechanical Systems and Signal Processing, 170, 108820.
Abeloos, G.; Müller, F.; Ferhatoglu, E.; Scheel, M.; Collette, C.; Kerschen, G.; Brake, M.R.W.; Tiso, P.; Renson, L. & Krack, M.
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Nonlinear damping quantification from phase-resonant tests under base excitation. Mechanical Systems and Signal Processing, 177, 109170.
Müller, Florian; Woiwode, Lukas; Gross, Johann; Scheel, Maren & Krack, Malte
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Robust and fast backbone tracking via phase-locked loops. Mechanical Systems and Signal Processing, 220, 111670.
Hippold, Patrick; Scheel, Maren; Renson, Ludovic & Krack, Malte
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An iteration-free approach to excitation harmonization. Mechanical Systems and Signal Processing, 233, 112732.
Hippold, Patrick; Kleyman, Gleb; Woiwode, Lukas; Wei, Tong; Müller, Florian; Schwingshackl, Christoph; Scheel, Maren; Tatzko, Sebastian & Krack, Malte
