Automatisierte nichtlineare Parametervariation zur Schwingungsoptimierung reibungsbehafteter Strukturen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Sebastian Tatzko
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen ; Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510730076

Für nichtlineare Schwingungsprobleme sind verschiedene numerische Verfahren bekannt, um ein stationäres Schwingungsverhalten bei periodischer Anregung vorherzusagen. Damit ist ein Designprozess auch im industriellen Einsatz, zum Beispiel bei Turbomaschinen mit Reibkontakten, möglich. Jedoch kann der Berchnungsaufwand für eine robuste Auslegung mit der Anzahl und der diskreten Abstufung variabler Parameter schnell ansteigen. Hier sind die Grenzen einer wirtschftlichen Parameterstudie oft schnell erreicht. Im Rahmen dieses Vorhabens soll der Auslegungsprozess als Optimierungsproblem formuliert und automatisiert werden, sodass insgesamt weniger nichtlineare Rechnungen für konkrete Parametersätze durchgeführt werden müssen. Mit Hilfe von Optimierungsalgorithmen, die auf die speziellen Anforderungen nichtlinearer Strukturschwingungsprobleme angepasst werden müssen, lassen sich so variable Parameter simultan in einer übergeordneten nichtlinearen Optimierung anpassen. Die hierfür nötigen Fragen zu geeigneten Kostenfunktionen sowie numerischen Herausforderungen bei etablierten Methoden zur Lösung nichtlinearer Schwingungsprobleme werden zu Beginn adressiert. Anschließend werden an niedrigdimensionalen nichtlinearen Systemen die Strukturen für die nichtlineare Optimierung zur Implementierung untersucht. Dabei wird auch auf die Ergebnisdarstellung zur Kontrolle durch den Anwender eingegangen. Mit Hilfe eines anwendungsnahen Beispiels mit Reibkontakt wird der Prozess der automatisierten Optimierung für typische Modelle nichtlinearer Strukturschwingungsprobleme erweitert, bevor am Schluss ein industrienahes Beispiel aus dem Bereich der Turbomaschinen behandelt wird. Die Resultate können mit konventionell optimierten Parametersätzen verglichen, bzw. validiert werden, sodass auch ein industrieller Einsatz der automatisierten Optimierung diskutiert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Jörg Wallaschek