Partikeldämpfer zur passiven Schwingungsdämpfung in flexiblen Mehrkörpersystemen


Beschreibung

Um Ressourcen zu sparen, gewinnt der Leichtbau heutzutage immer mehr an Bedeutung. Besonders bei Maschinen, die große Bewegungen ausführen, ist das Energiesparpotenzial sehr groß. Andererseits bedeutet eine geringere Masse in der Regel auch eine Reduktion der Steifigkeit, wodurch nicht vernachlässigbare Vibrationen auftreten können.

Eine aktive Dämpfung dieser Vibrationen kann sehr schwierig sein, da die großen Maschinenbewegungen und die elastischen Deformationen zeitgleich auftreten und sich gegenseitig beeinflussen. Eine passive Schwingungsdämpfung ist deshalb zu favorisieren. Diese ist in der Regel kosteneffizienter und führt von Natur aus auf ein stabiles System. Für den Einsatz in flexiblen Mehrkörpersystemen sollen hierfür Partikeldämpfer verwendet werden. Diese sind sowohl nicht sensitiv gegenüber Umwelteinflüssen, als auch genauso effektiv wie andere Dämpfungstechniken.

Bei Partikeldämpfer werden Partikel in Boxen gefüllt und diese an die vibrierende Struktur angebracht oder Hohlräume der vibrierenden Struktur werden befüllt. Durch Strukturvibrationen wird Energy auf die Partikel übertragen und dissipiert durch Reib- und Stoßvorgänge zwischen den Partikeln und den Partikel-Wand Kontakten.

Die Auslegung von Partikeldämpfern erfolgt hauptsächlich über Trial-and-Error, da bis jetzt keine systematischen Auslegungskriterien existieren. Um diese entsprechend zu entwickeln werden Partikeldämpfer sowohl simulativ mittels der Diskreten Elementen Methode, als auch experimentell, untersucht.

Experimentelle & Numerische Untersuchungen

Zur Untersuchung der Einflussparametern von Partikeldämpfern wurde ein entsprechender Versuchstand entwickelt. Hierbei handelt es sich um einen Balken, der mittels zweier Seile aufgehangen wird. Der Partikeldämpfer, in Form einer Box, kann dabei frei auf dem Balken positioniert werden. Angeregt wird der Balken über einen Shaker am Balkenende. Zur Ermittlung der Übertragungsfunktion wird das Geschwindigkeitsprofil des Balkens mittels eines Laser Scanning Vibrometers erfasst. Es kann somit ein breites Frequenzspektrum untersucht werden.

Für die simulativen Untersuchungen wird der Balken mit der Methode der Finiten Elemente diskretisiert. Die Partikelbewegung wird mittels eines selbstentwickelten Diskrete Elemente Codes ermittelt. Durch Kopplung beider Methoden kann die Dämpfung für das System numerisch bestimmt werden.

 

Sowohl aus den experimentell gewonnen Daten als auch aus den Simulationsergebnissen werden die Übertragungsfunktionen für die Balkenpunkte ermittelt. Aus diesen Daten können die Eigenfrequenzen und Dämpfungswerte bestimmt und miteinander verglichen werden.

Animationen



Studentische Arbeiten

Dieses Thema deckt eine große Bandbreite der Bereiche Mechanik und Numerik ab und bietet viel Raum für studentische Arbeiten. Wer Interesse hat, im Rahmen einer Bachelor-/Projekt-/Masterarbeit bei diesem Thema mitzuwirken, kann sich gern bei uns melden.

Aktuelle Themenstellungen sind:

  • Experimentelle und numerische Untersuchungen
  • Weiterentwicklung und Implementierungen neuer Funktionen für den Diskreten Elemente Code (in Matlab)

 

 


Kontakt

Das Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert (SE1685-5/1).