Ermüdungsfestigkeit im Frequenzbereich bei nicht-normalverteilten, korrelierten Schwingungsanregungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Wolfsteiner
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528049351

Die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit tragender Strukturen ist im Maschinenbau von zentraler Bedeutung und hat einen wesentlichen Einfluss auf ihre Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit. Entsprechende Modelle und Verfahren sind in vielen Bereichen gut erforscht und weit entwickelt. Jedoch fehlen im Bereich der Ermüdung schwingungsfähiger Strukturen, die durch zufällige Schwingungsanregungen belastet sind, wichtige, grundlegende Methoden. Derartige zufällige Schwingungen treten z.B. beim Abrollen eines Rades auf der Straße oder Schiene auf, die resultierenden Lasten können die betroffenen Strukturen aufgrund von Resonanzen erheblich schädigen. Bisher bekannte Modelle basieren auf der Annahme normalverteilter Zufallsprozesse. Auf ihrer Basis ist eine durchgängige, statistisch fundierte Analyse der Ermüdungsfestigkeit im Frequenzbereich auf der Basis von Leistungsspektren (PSD) möglich. Diese spektrale Beschreibung hat gerade bei strukturdynamischen Problemstellungen wichtige Vorteile hinsichtlich Modellbildung und Rechenzeit. PSDs werden sogar in technischen Normen zur Definition von Schwingungslasten eingesetzt. Jedoch erfüllen praktische Problemstellung nur selten die Voraussetzung der Normalverteilung, was gerade bei Ermüdungsprozessen zu erheblichen Auslegungsfehlern führt. Um diese offene Problemstellung zu lösen, hat der Antragsteller ein innovatives Berechnungsverfahren auf der Basis von Spektren höherer Ordnung entwickelt, das eine fundierte Lösung für eine in der Praxis wichtige Klasse nicht-normalverteilter Signale ermöglicht. Dieses Verfahren erlaubt die Rückführung nicht-normalverteilter Signale auf mehrere normalverteilte Abschnitte und eröffnet damit die Möglichkeit, bestehende PSD-basierte Berechnungsverfahren mit all ihren Vorteilen weiter einzusetzen. Jedoch beschränkt sich dieses Verfahren aktuell auf einen einzelnen Lastkanal. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Erweiterung und Verallgemeinerung auf mehrere, korrelierte Anregungskanäle. Damit wird eine statistisch fundierte und rechenzeiteffiziente Lösung zahlreicher praktischer Problemstellungen möglich, die bisher kaum lösbar sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Engineering Center Steyr GmbH & Co KG; (Magna Powertrain); Siemens Mobility GmbH