Modellierung von Werkstoff- und Fügestellendämpfung in der FEM
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde eine Methode zur experimentellen Untersuchung von Fügestellen und deren effiziente Berücksichtigung zur Berechnung von modalen Dämpfungen komplexer Strukturen entwickelt. Mithilfe eines modularen Resonaturaufbaus wurden isolierte Fügestellen in hohem Detailgrad untersucht. Insbesondere wurde der Übergang von Mikroschlupf zu Makroschlupf untersucht. Hier konnte ein neues Maß zur Identifikation von Makroschlupf definiert werden. Dieses basiert auf der Quantifizierung höherharmonischer Frequenzanteile. Des Weiteren wurde die Lastabhängigkeit der Fügestellenparameter im Mikroschlupfbereich untersucht. Hier wurde in Übereinstimmung mit verschiedenen experimentellen und theoretischen Arbeiten ein kubischer Zusammenhang zwischen Relativverschiebung und dissipierter Dämpfungsarbeit erkannt. Zur Berücksichtigung von Fügestellendämpfung in der Berechnung komplexer zusammengesetzter Strukturen wurde auf der Methodik des Vorgängerprojekts aufgebaut. Es wurden weiterhin lineare Dünnschichtelemente zur lokalen Abbildung der Dämpfung verwendet. Deren Formulierung wurde auf Basis der experimentellen Untersuchungen jedoch so adaptiert, dass unter Beibehaltung von linearen Systemgleichungen die Lastabhängigkeit der Fügestellenparameter berücksichtigt wird. Dies wurde auf Basis einer Modellreduktion realisiert, die wiederum aus einer analytischen Entwicklung der Eigenwertableitungen beruht. Dies führt zu einer linearen Gleichung für die Eigenwerte in Abhängigkeit von den Elementverlustfaktoren. Neben einer lastabhängigen Parametrisierung der Fügestelle eröffnet diese Modellreduktion die Möglichkeit, durch Modell Updating die Fügestellenparameter so zu identifizieren, dass Referenzwerte aus einer experimentellen Modalanalyse optimal wiedergegeben werden. Des Weiteren wurden die verbleibenden Unsicherheiten, welche sich aus experimenteller Streuung und methodischer Unschärfe durch Modellvereinfachungen ergeben, durch eine Anwendung der Fuzzy Arithmetik nach der Transformationsmethode berücksichtigt. Hier konnten erneut durch Anwendung der Modellreduktion massive Rechenzeitvorteile generiert werden. Die erarbeiteten Methoden wurden zur Simulation eines Motorblocks mit Ölwanne angewendet. Hier zeigte sich, dass im Vergleich zu bestehender Methodik sehr gute Vorhersagen möglich sind bei Rechenzeiten die mit einer ungedämpften Eigenwertbestimmung vergleichbar sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „Microslip Joint Damping Prediction Using Thin Layer Elements“ in Dynamics of Coupled Structures, Volume 1, Springer International Publishing, 2014, S.239 – 244
C. Ehrlich, A. Schmidt und L. Gaul
- „Modellierung von Werkstoff- und Fügestellendämpfung in der FEM unter Berücksichtigung von Unsicherheiten“, Zwischenbericht über das FVV-Vorhaben 1119, Tagungsband zur Informationstagung Motor in Dortmund, Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV), Heft R568, Frankfurt, September 2014
L. Gaul, A. Schmidt und C. Ehrlich
- „Modellierung von Werkstoff- und Fügestellendämpfung in der FEM unter Berücksichtigung von Unsicherheiten“, Abschlussbericht über das FVV-Vorhaben 1119, Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV), Heft 572, 2015
L. Gaul, A. Schmidt und C. Ehrlich
- „Modellierung von Fügestellendämpfung in Motoren“, ATZ – Automobiltechnische Zeitschrift 118.3, 2016, S. 68 – 73
C.Ehrlich, A. Schmidt und L. Gaul
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s35148-016-0004-6) - „Reduced Thin-Layer Elements for Modeling the Nonlinear Transfer Behavior of Bolted Joints of Automotive Engine Structures“, in Archive of Applied Mechanics, 2016, S. 1-6
C. Ehrlich, A. Schmidt und L. Gaul
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00419-015-1109-1)
