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Wo Maschinen zum Einsatz kommen sind Schwingungen meist unvermeidlich. Mit einer Schwingungsanalyse lässt sich das strukturdynamische Verhalten von einzelnen Bauteilen bis hin zu komplexen Gesamtsystemen bereits in der Entwicklungsphase abbilden.

Mithilfe einer Modalanalyse ermitteln wir für Sie die Eigenfrequenzen und Eigenformen eines Systems. Mit diesen Parametern wird das dynamische Verhalten eines Systems beschrieben. Sie sind wichtig, um zu bestimmen, wie das System gegenüber dynamischen Lasten ausgelegt werden sollte. Dabei entspricht eine Eigenform derjenigen Verformung des Systems, die bei einer Schwingung mit der entsprechenden Eigenfrequenz auftreten würde. Aufbauend auf den Ergebnissen der Modalanalyse können wir für Sie eine Frequenzganganalyse oder Spektrumanalyse durchführen.

Bei einer Frequenzganganalyse wird das dynamische Antwortverhalten eines eingeschwungenen Systems unter harmonischer Krafteinwirkung untersucht. Als Ergebnis erhalten Sie die Verschiebungen, Dehnungen und Spannungen als Funktion über der Frequenz (Frequenzgang). Dabei sind insbesondere die Antwortspitzen von Interesse, bei deren Frequenzen die Spannungen betrachtet werden können.

Beispiele für die Anwendung einer Frequenzganganalyse sind:

  • Motorenbauteile
  • Rütteltisch
  • rotierende Maschinen

Die Antwortspektrumanalyse wird benutzt, um zu zeigen, wie Gebäude, Maschinen und Bauteile auf Schwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen reagieren. Durch dieses Verfahren ist es möglich, mit relativ geringem Aufwand eine Abschätzung über die maximalen Beanspruchungen der Strukturen zu ermitteln.
Aus den Antworten auf die einzelnen Schwingungen wird dann ein gesamtes Antwortspektrum ermittelt. Diese Berechnung wird mit einem Frequenzspektrum, das wir aus der Modalanalyse erhalten, durchgeführt, da die Eigenfrequenz der Struktur unbekannt ist. Das Antwortspektrum entspricht der maximalen Antwortbewegung einer Vielzahl von Einmassenschwingern, die auf einen Freiheitsgrad beschränkt, den Frequenzbereich abdecken. Als Ergebnis liefern wir Ihnen die auftretenden maximalen Verschiebungen, Dehnungen und Spannungen.

Beispiele für die Anwendung der Antwortspektrumanalyse:

  • Standsicherheits- bzw. Erdbebennachweise für Bauwerke unter Erdbebenbelastungen
  • Einfluss von Wellenlast auf Schiff- oder Offshore-Plattformen
  • Fahrbahnstöße und –unebenheiten im Bereich Fahrzeugbau

Eine weitere Möglichkeit ist die Simulation von transienten Lasten. Hierbei werden, im Gegensatz zur Frequenzganganalyse, zeitabhängige Einflüsse berücksichtigt. Diese Belastungen können dabei beliebig zeitlich variieren. Als Ergebnis erhält man auch hier die Spannungen, Verformungen und Beschleunigungen.

Beispiele für transiente Lasten sind:

  • Aufprall
  • Schockwellen
  • Fallsituationen

Bei einer PSD-Analyse (Power Spectral Density) werden zufallsbedingte Schwingungen, wie zum Beispiel Vibrationen, berücksichtigt, deren weitere Entwicklung im zeitlichen Verlauf nicht bekannt ist. Es wird dabei ein Anregungsspektrum erstellt, auf dessen Grundlage die Analyse durchgeführt wird.

Beispiele für die Anwendung der PSD-Analyse:

  • Belastungen durch Wellen und Böen
  • Vibrationen beim Raketenstart
  • Breitbandrauschen verschiedener Fahrstrecken im Schienenfahrzeugbereich

Eine weitere Analyseform ist die NVH-Simulation (Noise, Vibration, Harshness), welche die durch Maschinen verursachten Vibrationen und Geräusche untersucht.

Insbesondere im Automobilbereich spielt die NVH-Simulation eine immer wichtigere Rolle, da die hörbaren Fahrzeuggeräusche (Noise), fühlbaren Vibrationen (Vibration) und Rauheiten (Harshness) vom Verbraucher als ein wesentliches Qualitätsmerkmal aufgefasst werden. Ein besonders wichtiger Aspekt sind hierbei die Vibrationen, welche im Fahrzeug oft als störend empfunden werden und die Funktion bis hin zum Totalausfall aufgrund von Materialermüdung durch Überschreitung der Schwingfestigkeit beeinträchtigen können.

Mithilfe der numerischen NVH-Simulation lässt sich das strukturdynamische Verhalten von einzelnen Bauteilen bis hin zu komplexen Gesamtsystemen bereits in der Entwicklungsphase abbilden. Die ermittelten kritischen Schwingformen, welche im Betriebszustand angeregt werden und so zu Geräuschen, Funktionsstörungen oder zu Schwingfestigkeitsproblemen führen, lassen sich somit durch konstruktive Maßnahmen kostengünstig vermindern oder gar beseitigen.

Unsere Leistungen im Überblick:

  • Schnelle und kostengünstige Berechnung von Eigenfrequenzen und Eigenformen, von Einzelkomponenten bis hin zu komplexen Systemen
  • Simulation von Betriebsschwingungen unter periodischer Anregung zur Bestimmung der sich einstellenden Schwingformen, Spannungen und Verschiebungen (Beurteilung der Schwingfestigkeit)
  • Schallabstrahlungssimulationen
  • Neben der numerischen Modal- und Betriebsschwingungsanalyse verfügen unsere Mitarbeiter über umfassendes Know-how bei der Validierung der Simulationsergebnisse durch die experimentelle Bestimmung der dynamischen Bauteil- und Baugruppeneigenschaften

Schwingungsanalysen

  • Eigenfrequenzen und Eigenformen (Modalanalyse)
  • Frequenzganganalyse
  • Beliebige transiente Lasten
  • Antwortspektrumanalysen
  • Zufallsbedingte Schwingungen, PSD (Power Spectral Density)
  • NVH-Simulation (Noise, Vibration, Harshness)
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