Experimentelle Strukturanalyse auf Basis akustischer Messungen

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1 Experimentelle Strukturanalyse auf Basis akustischer Messungen Für die Auslegung schwingender Strukturen ist es notwendig deren dynamisches Verhalten zu charakterisieren. Hierfür eignen sich insbesondere modale Parameter, die als Eingangsdaten für numerische Berechnungen und Optimierungsprozesse dienen und mit Hilfe der experimentellen Modalanalyse bestimmt werden können. Aufgrund baulicher Gegebenheiten ist es jedoch nicht in jedem Fall möglich, die zur Ermittlung der modalen Größe benötigten Sensoren auf der Struktur zu applizieren. Im Rahmen einer Masterarbeit soll daher untersucht werden, mit welcher Güte eine experimentelle Modalanalyse auch bei Verwendung der im Nahfeld einer Schallabstrahlenden Struktur gemessenen Schallschnelle durchgeführt werden kann. Hierfür sind folgende Arbeiten erforderlich: 1. Aufbau und Inbetriebnahme eines strukturdynamischen Prüfstandes mit klar definierten Randbedingungen, 2. Durchführung einer klassischen Modalanalyse mit strukturapplizierten Schwingungsaufnehmern, 3. Durchführung einer Modalanalyse, die auf der im Nahfeld gemessenen Schallschnelle beruht, 4. Vergleich und Diskussion der erzielten Ergebnisse, 5. Versuchsaufbau, -durchführung, -ergebnisse und Diskussion schriftlich dokumentieren. 1. Gasch R., Knothe, K.: Strukturdynamik: Band 1, Springer Gasch R., Experimentelle Strukturanalyse, Skript, TU Berlin

2 Bachelor/Masterarbeit: Adaptive Reibelemente Um Schwingungen dynamischer Systeme temporär reduzieren zu können, ist es erforderlich die Wirkung von Abhilfemaßnahmen an den Grad der vorliegenden Störung anpassen (adaptieren) zu können. Ein typisches Beispiel ist das Durchfahren der biegekritischen Drehzahl. Aus diesem Grund müssen bei der Auslegung des Antriebes ausreichende Reserven eingeplant werden, um nicht in der Resonanz stecken zu bleiben. Ein adaptiver Dämpfer, der es ermöglicht, die bei Resonanzdurchfahrt anwachsenden Rotorschwingungen temporär durch adaptive Reibelemente zu bedämpfen, bietet die Möglichkeit, Überdimensionierungen im Antrieb zu vermeiden. Im Rahmen einer studentischen Arbeit soll der oben beschriebene Lösungsansatz mit Hilfe eines vereinfachten Ersatzsystems in folgenden Schritten untersucht werden: 1. Modellbildung für biegeelastischen Rotor mit elastischen Lagern, 2. Analyse der Systemdynamik ohne adaptive Reibelemente, 3. Modellbildung für adaptive Reibelemente, 4. Analyse der Systemdynamik mit adaptiven Reibelementen, 5. Abschätzung des Potentials zur Einsparung der Antriebsleistung. 1. Gasch R., Knothe, K.: Strukturdynamik: Band 1, Springer Gasch R., Experimentelle Strukturanalyse, Skript, TU Berlin

3 Studien/Masterarbeit: Aktive Schwingungsreduktion Die Reduktion störender Vibrationen kann mit Hilfe passiver aber auch aktiver Maßnahmen erfolgen. Letztere basieren auf dem Einsatz adaptiver Filter, die es ermöglichen durch geeignete Kompensationssignale beruhigend auf das schwingende System einzuwirken. Dieses Vorgehen soll im Rahmen einer studentischen Arbeit mit Hilfe eines elektrischen Schwingkreises untersucht werden und erfordert die Durchführung folgender Arbeiten: 1. Abbildung eines schwingungsfähigen mechanischen Systems auf einen elektrischen Schwingkreis, 2. Implementierung eines adaptiven Algorithmus auf echtzeitfähige Hardware, 3. Test der aktiven Schwingungsreduktion am elektrischen Schwingkreis 1. Thomas Kletschkowski: Adaptive Feed-Forward Control of Low Frequency Interior Noise", Springer, Dordrecht, Peter Zeller: Handbuch Fahrzeugakustik: Grundlagen, Auslegung, Berechnung, Versuch Vieweg+Teubner, 2009

4 Masterarbeit: Multiphysikalische Berechnung von Dichtungen Die Auslegung von Dichtelementen zur Abdichtung rotierender Wellen erfordert eine multiphysikalische Betrachtung, um die Einflüsse der mechanischen Spannungen im Dichtelement, der Wellenauslenkung, der Reibung und Temperaturentwicklung an der Dichtstelle sowie des Ölflusses im Dichtspalt berücksichtigen zu können. Klassischer Weise steht hierbei die Vermeidung von Leckagen im Vordergrund. Im Rahmen der Energieeffizienz erscheint es jedoch auch erforderlich, die an der Dichtstelle dissipierte Leistung zu betrachten. Im Rahmen einer studentischen Arbeit soll dies anhand eines vereinfachten Simulationsmodells in folgenden Schritten erfolgen: 1. Vereinfachte multiphysikalische Modellbildung des Systems Dichtung-Gegenlauffläche a. Welle: starrer Rotor, b. Dichtung: Feder-Masse-Dämpfer-System, c. Ölströmung: Stromfadentheorie, d. Temperaturfeld: Wärmeleitungsgleichung, 2. Simulation des Systemverhaltens für unterschiedliche Drehzustände, 3. Abschätzung der dissipierten Leistung in Abhängigkeit des Betriebszustandes. 1. Heinz Konrad Müller: Abdichtung bewegter Maschinenteile, Medienverlag U. Müller, Waiblingen, 1995

5 Masterarbeit: Finite Elemente Simulationen zur Kabinen-Akustik Für die Analyse des Schallfeldes luftgefüllter Innenräume wird vielfach die Finite-Elemente-Methode eingesetzt, um eine approximierte Lösung der Wellengleichung für den Schallwechseldruck er erhalten. Es ist jedoch auch möglich, die Methode der Finiten Elemente auf Differentialgleichungen anzuwenden, mit deren Hilfe die zeitliche und räumliche Veränderung der Schallschnelle, des Geschwindigkeitspotentials oder aber auch der Schallintensität beschrieben wird. Deren Verwendung bietet den Vorteil, unmittelbar die Energieflüsse im Schallfeld beurteilen zu können. Unklarheit besteht jedoch im Hinblick auf die Eindeutigkeit der Ergebnisse. Im Rahmen einer Masterarbeit sind daher folgende Aufgaben zu bearbeiten: 1. Vereinfachte Modellbildung eines Kabinensystems (Fahrzeug- oder Flugzeugkabine), 2. (Überschlägige) analytische Lösung bestimmen, 3. Finite Elemente Modelle für Schalldruck und Schallintensität aufbauen, 4. Simulation der Kabinenakustik, 5. Vergleich der Simulationsergebnisse (untereinander) und analytischen Lösung. 1. Thomas Kletschkowski: Adaptive Feed-Forward Control of Low Frequency Interior Noise", Springer, Dordrecht, Peter Zeller: Handbuch Fahrzeugakustik: Grundlagen, Auslegung, Berechnung, Versuch Vieweg+Teubner, 2009

6 Studien-, Bachelor- und Masterarbeit: Ihr Vorschlag In Abstimmung mit Ihrer Idee / Ihrem Interesse 1. Xxx 2. Yyy 3. Zzz