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Komplexe technische Systeme mathematisch beschreiben
Mit Hilfe der numerischen Simulation werden komplexe, physikalische oder technische Systeme als mathematisches Modell in Form von Differentialgleichungen rechnergestützt, vereinfacht dargestellt. Dadurch können reale Vorgänge in den Systemen (numerisch) simuliert werden. Eine numerische Simulation wird üblicherweise dann eingesetzt, wenn die Komplexität eines Systems so groß ist, dass eine analytische Lösung nicht, bzw. nicht hinreichend genau möglich ist.
Bild rechts: FEM-Simulation eines dynamische beanspruchten Bauteils. Die dabei auftretenden Verformungen sind zur Anschaulichkeit vergrößert dargestellt.
Da bei einer numerischen Simulation vor allem Geometrien und Materialdaten als Eingangsgrößen benötigt werden, sind schon früh in der Produktentwicklung erste Berechnungen möglich. Änderungen der Randbedingungen (z.B. Belastungen) und der Systemparameter (z.B. Geometrie, Material) können anschließend einfach und schnell auf Ihre Wirksamkeit hin untersucht werden. So kann ein System (z.B. ein neues Produkt) frühzeitig optimiert werden, noch bevor der erste Prototyp zur Verfügung steht.
FEM gestützte Modalanalyse für die Schwingungs-Optimierung von Prüfvorrichtungen (Test Fixtures)
Wir nutzen die numerische Simulation insbesondere für die schwingungsgerechte Auslegung von Test Fixture für die Vibrations-Erprobung. Aus dem CAD-Modell für eine neue Test Fixture wird ein FEM-Modell erstellt und die Schwingungseigenschaften (modale Größen) berechnet. Anschließend wird das Schwingungsverhalten des Modells auf die geplanten Einsatzbedingungen hin in iterativen Schritten optimiert. Ist die Test Fixture einsatzbereit, wird auf dem Shaker ihr Schwingungsverhalten abschließend nochmals überprüft.
Bild rechts: Schwingungsmoden einer Test-Fixture, berechnet mit der FEM-gestützten Modalanalyse. Die Verformungen sind zur Anschaulichkeit vergrößert dargestellt.
Zur Bestimmung struktur-dynamischer Eigenschaften an neuen Produkten
Bei der eMA werden – im Gegensatz zur FEM gestützten Modalanalyse – die modalen Größen am realen Erzeugnis gemessen. Aus den modalen Größen kann ein Berechnungsmodell erstellt und das Schwingungsverhalten der gemessenen Struktur visualisiert werden. Die Visualisierung hilft dem Entwickler das Schwingungsverhalten seines Produkts zu verstehen, Schwachstellen zu identifizieren und das Produkt schwingungstechnisch zu optimieren.
Auf Wunsch messen wir für unsere Kunden das Schwingungsverhalten ihrer Komponenten und stellen Ihnen die Mess-Ergebnisse zur Erstellung eines Berechnungsmodells zur Verfügung. Wir messen sowohl die Eigenschwingformen (Modalparameter) an weich gelagerten Strukturen, angeregt durch einen Impulshammer, als auch die Betriebsschwingformen auf dem elektro-dynamischen Shaker, der die im Betrieb auftretenden Schwingungen erzeugt
Weitere Informationen finden Sie auf der Seite experimentelle Modalanalyse.
Bild links: Schwingungsanregung mit dem Impulshammer bei der eMA.
Die eMA visualisiert die strukturdynamischen Eigenschaften auch von komplexen Bauteilen und hilft deren Schwingungsverhalten besser zu verstehen, sowohl die Eigenschwingformen als auch die Betriebsschwingformen.