Die langjaehrige Einwirkung mechanischer Schwingungen auf den Menschen fuehrt zu chronischen Schaeden der Wirbelsaeule und des Magens. Kurzfristig ergeben sich Minderung der Arbeitsleistung und -qualitaet. Verfahren der Schwingungsminderung und -daempfung muessen im Hinblick auf veraenderte Beanspruchung bewertet werden. Massnahmen zur Gestaltung von Schleppern und anderer Arbeitsmittel sind zu konkretisieren. (Das Vorhaben befindet sich im ersten Planungsstadium.)
Die Messungen dienen in erster Linie dazu, die auf den Menschen einwirkenden Schwingungen auf landwirtschaftlichen Fahrzeugen bei verschiedenen repraesentativen Arbeiten in der Aussenwirtschaft und bei Transportfahrten zu analysieren. Sie bieten somit die Moeglichkeit, die gesundheitliche Gefaehrdung und Beeintraechtigung der Arbeitsleistung des Menschen durch Schwingungen abzuschaetzen und technische Massnahmen zum Senken der Schwingungsbelastung abzuleiten. Weiterhin sollen die Messungen den Zusammenhang zwischen in den Regelwerken angegebenen Belastungsgrenzen und den in der Praxis vorhandenen Belastungen durch Schwingungen aufzuzeigen.
Partikeldämpfer sind einfach zu bauende passive Dämpfungselemente. Hierbei werden Behältnisse mit granularen Partikel befüllt und an die schwingende Struktur angebracht oder darin integriert. Aufgrund der Schwingungen werden die Partikel in Bewegung versetzt und durch Reib- und Stoßvorgängen zwischen den Partikeln wird Energie dissipiert. Dies sind nichtlineare Effekte die zu einem hoch nichtlinearen Verhalten der Partikeldämpfer führen können. Partikeldämpfer sind einfach anzuwenden, auch bei schon existierenden Maschinen. Es konnte gezeigt werden, dass diese Dämpfer mindestens so effektiv wie andere Dämpfungsmethoden sein können. Die Mechanismen der Energiedissipation sind nicht auf eine einzelne Frequenz beschränkt sondern wirken über einen breiteren Frequenzbereich. Darüber hinaus sind Partikeldämpfer sehr anpassungsfähig, beispielsweise durch verschiedene Formen und Größen des Dämpferbehältnisses, der Anzahl der Partikel oder durch verschiedene Materialien. Die numerischen und experimentellen Analysen aus der ersten Projektphase haben gezeigt, dass der Großteil der dissipierten Energie durch Partikelstöße entsteht. Deshalb sollte die Stoßzahl so klein wie möglich sein, damit eine möglichst große Menge an Energie dissipiert. Um eine möglichst große Übertragung von kinetischer Energie der schwingenden Struktur auf die Partikel zu ermöglichen, sind schwere, metallische Partikel wie Stahl, Messing oder Wolfram zu bevorzugen. Für diese Materialien haben FE Simulationen gezeigt, dass die Stoßzahl für Partikel-Partikel Stöße recht hoch ist und somit die Menge an dissipierter Energie limitiert ist. Ein Weiterer großer Nachteil bei der Benutzung von metallischen Partikeln für Partikeldämpfer ist die Erzeugung von nicht unerheblichem Lärm durch die Partikelstöße. Es gibt bereits erste Versuche von Partikeldämpfern mit polymeren Granulaten. Allerdings wird aufgrund der geringeren Partikelmasse eine geringere Dämpfung der Struktur erzielt. Das Forschungsziel ist die Weiterentwicklung einer simulationsbasierten Entwicklungsmethode von verteilten Partikeldämpfern für die passive Schwingungsdämpfung von Leichtbaustrukturen und -maschinen. Dieses Projekt hat dabei das Ziel komplett neue hybride Partikeldämpfer zu entwickeln und zu bewerten. Dadurch werden weitere Freiheitsgrade bezüglich des Designs geschaffen, indem verschiedene Materialien verwendet werden und somit die Masse der Partikel und die Stoßzahl einzelner Partikelkollisionen teilweise entkoppelt voneinander sind. Hierbei sollte ein schweres metallisches Partikel mit einem viskoelastischen Material mit hoher Dämpfung gepaart werden. Durch diesen Ansatz entsteht eine komplett neue Designphilosophie, um kleine Partikeldämpfer zu erhalten, welche deutlich mehr Energie dissipieren als vergleichbare homogen Partikeldämpfer mit ähnlicher Masse. Als Nebeneffekt wird zudem erwartet, dass diese hybriden Partikeldämpfer deutlich geräuschärmer als die klassischen Partikeldämpfer sind.
Im Tiefbaubereich werden Ramm- und Verdichtungs- (Ruettel-) Arbeiten durchgefuehrt, deren Schwingungsbelastungen sich im Untergrund fortpflanzen und Auswirkungen auf Bauwerke haben. erschuetterungserzeugende Geraete sind vor allem Bodenverdichter sowie Rammen oder Meissel zum Einbringen von Bauteilen oder z.B. zum Brechen von Fahrbahndecken. Fuer erschuetterungsempfindliche Bauwerke wie z.B. fuer erdverlegte Versorgungsleitungen, Gebaeude oder auch Gebaeudeeinrichtungen (z.B. Rechenzentrum) muessen entweder die Emissionen reduziert oder es muss ein ausreichender Immissionsschutz hergestellt werden. Einen gleichen Stellenwert wie der bauliche Erschuetterungsschutz haben Erschuetterungseinwirkungen auf Menschen in Gebaeuden. Die Erschuetterungsausbreitung im Untergrund ist in hohem Masse von den Untergrundverhaeltnissen, den eingesetzten Geraetschaften sowie von der Gelaendegeometrie abhaengig. Speziell fuer erdverlegte Versorgungsleitungen ist der Einfluss der Bettung von Bedeutung. Das Randwertproblem ist in der Fachliteratur bislang nur unter Beruecksichtigung idealisierter Annahmen behandelt. Als Einwirkungen auf den Untergrund wird ein breites Spektrum der Frequenzen sowie wirkenden Energien betrachtet. Die Stoffgesetze fuer die anstehenden Boeden enthalten sowohl die Parameter Saettigungsgrad als auch die hysteretische Daempfung. In Parameterstudien ist ausser einer Variation des Abstandes zwischen Erregerquelle und dem zu beurteilenden Punkt auch eine Variation geometrischer Groessen des Bauwerkes vorgesehen. Zentraler Punkt sind Untersuchungen zum Einfluss der Einbettungs- und Ueberschuettungsbedingungen. Im Hinblick auf Sackungen unterhalb der Rohrleitung sind vor allem auch die Auswirkungen einer Ueberhoehung der Schwingungsamplitude zu untersuchen. Als numerisches Verfahren ist die FEM herangezogen. Die Abbildung des Halbraumes erfolgt mit Hilfe infiniter Elemente. Zur Ueberpruefung der Guete der numerischen Ergebnisse sind fuer einfache, genau definierte Faelle Feldmessungen vorgesehen.
Bremsenschwingungen sind ein typisches Beispiel für NVH (noise, vibrations, harshness) Probleme in der Automobilindustrie. Die Kosten in Entwicklungsprozessen bei Kfz-Bremsen werden heute oft durch die Optimierung bzgl. dieser Komforteigenschaften dominiert. Das Ziel des Vorhabens ist es, Bremsen bezüglich der Eigenschaften calm und smooth positiv zu beeinflussen, also Bremsengeräusche und -schwingungen zu unterdrücken. Dies soll durch bewusst eingebrachte Dämpfung geschehen. Bei der Untersuchung von Dämpfungseinflüssen in Bremssystemen soll insbesondere der Einfluss von shims (Dämpfungsblechen) untersucht werden. Dies ist eine häufig in der Industrie verwendete Gegenmaßnahme gegen Quietschen, die aber nach dem Stand der Wissenschaft und Technik bisher von Ihrem Wirkprinzip nur schlecht verstanden und modelliert ist. Im Projekt sollen shims experimentell untersucht und modelliert werden. Die so entstandenen Modelle werden in FE-Gesamtmodelle der Bremse integriert um den Einfluss auf das Stabilitätsverhalten zu untersuchen.
Die zukünftigen Leichtbaukonzepte haben einen starken Einfluss auf das vibro-akustische Verhalten des Fahrzeuges. Sie beeinflussen maßgeblich das Übertragungsverhalten der Fahrzeugstruktur in Bezug auf globale und lokale Karosseriesteifigkeiten, Masseverteilungen sowie leichtbaukonforme Schalldämmung und -dämpfung. Daher nimmt die Beurteilung und Beeinflussung der Fahrzeugakustik und des Fahrzeugschwingungsverhaltens in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses einen immer höheren Stellenwert ein. Gleichzeitig sollen bis 2020 nach den durch die Europäische Union definierten CO2-Richtlinien Treibhausgasemissionen im Vergleich zum Stand von 1990 um mindestens 20 % reduziert werden. Eine signifikante Reduktion des Energiebedarfs und somit der Emissionen von Kraftfahrzeugen kann durch die Verringerung der Fahrzeugmasse erreicht werden. Das Potenzial einer Gewichtsreduktion durch Leichtbaumaterialien hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs liegt bei ca. 5-10%. Bereits mit einer Reduktion der Fahrzeugmasse um 100 kg kann eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs um ca. 0,35 l pro 100 km - über verschiedene Fahr-zustände auf Basis des Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) - erreicht werden. Eine Möglichkeit den Zielkonflikt zwischen Leichtbauanforderungen und vibro-akustischem Verhalten aufzulösen bietet die Adaptronik. Für die Auslegung adaptronischer Maßnahmen wird eine leistungsfähige Simulationsumgebung benötigt, die in diesem Projekt entwickelt werden soll.
Das Schwingungsverhalten mechanischer Strukturen wird ganz wesentlich beeinflusst durch die vorhandene Dämpfung, die vielerlei physikalische Ursachen haben kann. Neben der Materialdämpfung spielen Fügestellendämpfung, Reibdämpfer, Partikeldämpfer, Piezodämpfung u.v.m. eine große Rolle. Die Aufgabe, die zumeist stark nichtlinearen und amplitudenabhängigen Dämpfungswerte modellbasiert vorherzusagen, ist auch heute noch nicht befriedigend gelöst. Aus diesem Grund wird in diesem Vorhaben eine Methodik entwickelt, mit deren Hilfe auf der Basis von Modellreduktionsverfahren Ersatzmodelle geschaffen werden, an denen die Wirkungsweise so genannter nichtlinearer Energiesenken (nonlinear energy sinks, NES), die verschiedene nichtlineare Dämpfungsprinzipien repräsentieren können, untersucht wird. Im Fokus steht dabei die Anwendung und Weiterentwicklung von Verfahren, mit deren Hilfe das Lösungsverhalten der nichtlinearen Ersatzsysteme untersucht wird. Hierzu zählen Pfadverfolgungsalgorithmen, kombinierte Zeit-Frequenzbereichslösungen, multiharmonische Lösungsansätze, Bifurkationsanalysen und Stabilitätsuntersuchungen. Wichtige Ergebnisse sind insbesondere die Beurteilung der Effizienz und Robustheit nichtlinearer Absorber bei variierenden Betriebsbedingungen und multifrequenten Anregungen sowie die richtige Wahl des Reduktionsverfahrens für große Systeme mit lokalen Nichtlinearitäten. Begleitende experimentelle Untersuchungen dienen der Validierung.
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