Strukturanalysen

 

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Strukturanalysen: Frequenz- und Zeitbereich

Übersicht Strukturanalysearten

Die FEM bietet dem Benutzer mehrere Analysearten an, die im folgenden vergleichend dargestellt werden:

Neben den genannten Analysearten lassen sich in Sonderfällen sogar statische Analysen einsetzen, um akustische Probleme zu vermeiden. Ein Beispiel hierfür ist das Knarren von Cabrios. Aneinanderreibende Teile in Fugen sind mitunter Ursache von Geräuschproblemen bei Cabrios. Dieses Knarren/Knistern wird vom Kunden als mindere Verarbeitungsqualität empfunden. Zur Abhilfe versucht man, die Verdrehsteifigkeit von Cabrios möglichst hoch zu wählen. Diese Optimierung lässt sich durch die statische Bestimmung der Verdrehsteifigkeit mit der FEM durchführen (s. nachfolgende Tabelle).

BMW Z3 und Z4: Verdrehsteifigkeit
Erzielte Fortschritte bei der Erhöhung der Verdrehsteifigkeit von Cabrios am Beispiel der BMW Z3 und Z4

Maschinenakustische Berechnungsverfahren der FEM im Frequenzbereich:

Die am häufigsten eingesetzten Verfahren zur Berechnung von Betriebsschwingungsformen mittels der Finiten-Element-Methode (FEM):

wobei die rechnerische Modalanalyse noch zusätzlich die Eigenfrequenzen des akustischen Systems berechnet. Beide Verfahren sind Bestandteil der meisten FEM-Programme und oft sogar in CAD-Programmen verfügbar, die intern ein FEM-Modul haben.

Bewertung der verschiedenen Dämpfungsoptionen in den  FEM-Berechnungsvarianten:

Dämpfungsmodell

Anzahl Dämpfungsparameter

Pro/Con

Proportionaldämpfung

 

 

Modale Dämpfung

 

 

 

Frequenzdiskrete Dämpfung

 

 

  • Flexible Möglichkeit, Rechnungen mit Messungen abzustimmen.
  • Allerdings kennt man die Frequenzabhängigkeit oft nicht so genau.
  • Auch für stärker gedämpfte Systeme geeignet

 

 

Pro und Contra von zeitlich expliziten Analysen:

    + Modellierung von Stossphänomenen möglich

    + Modellierung stark nichtlinearer Systemen z.B. mit aneinander gleitenden/reibenden Körpern

    - sehr kleine Zeitschritte: ca. 1 µs ! hohe Rechenzeiten

    - aufwendigere Dämpfungsmodellierung: Dämpferelemente statt unpraktikabler Proportionaldämpfung

Die zeitlichen Aufwände in der Tabelle unten für die einzelnen Analysearten sind grobe Richtwerte

Analyseart

Relativer Aufwand für die Netzgenerierung und die Analyseaufbereitung

Relative Lösungzeit der FEM

Systemart

Numerische Modalanalyse

1

1

Lineare Systeme mit Proportionaldämpfung

Frequenzdiskrete Analyse

2

10

frequenzvariable Dämpfung

zeitl. explizite Analyse

5  bis  10

100  bis  1000

stark nichtlineare Phänomene

Siehe auch

 

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