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Lineare Strukturdynamik - Schwingungstechnik

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​In vielen technischen Bereichen spielt das dynamische mechanischen Verhalten eines Bauteils eine herausragende Rolle für die Einsetzbarkeit  und Funktion des Designs. Vielfach ist eine experimentelle Verifikation zeitaufwändig und teuer. Oft können diese Tests erst in einem späten Zeitpunkt im Konstruktionsprozess durchgeführt werden, bei dem größere Änderungen der Baugruppen nicht mehr möglich sind. Gerade beim dynamischen Verhalten sind allerdings oft grundlegende Designänderungen notwendig um das gewünschte Verhalten zu erreichen. Mit ANSYS Mechanical lässt sich das strukturdynamische Verhalten eines Designs schnell, präzise und effizient zu einem frühen Zeitpunkt simulieren um die Wirksamkeit von Änderungen frühzeitig zu überprüfen. Darüber hinaus können strukturdynamische Analysen auch im Betrieb oder der experimentellen Testphase einer Konstruktion helfen, ein Verständnis für das beobachtete dynamische Verhalten zu entwickeln.

ZIELGRUPPE

​Das Seminar richtet sich an Projektleiter, Entscheider, Berechner und Konstrukteure, die im Rahmen Ihrer Aufgaben für die Produktentwicklung von Bauteilen das strukturdynamische Verhalten simulieren möchten um darauf aufbauend Aspekte wie Funktion, Festigkeit oder aber auch Körperschall zu untersuchen.

IHR NUTZEN

​Das Seminar vermittelt die für die Schwingungssimulation erforderlichen Basiskenntnisse zur Signalanalyse anhand praktischer Beispiele. Diese sind sowohl für den korrekten Umgang mit dynamischen Lasten, sei es aus einer Spezifikation oder aus dem Versuch, als auch für die Interpretation der Ergebnisdaten erforderlich. Wesentliche Entscheidungen wie etwa die Auswahl der geeigneten Analyseart bzw. auch konkrete Analyseeinstellungen (Zeitschrittsteuerung, maximal aufzulösende Frequenz) sind ebenso in starkem Maße vom Signalinhalt abhängig. Das praktische Handwerkszeug zur Simulation freier und erzwungener Schwingungen im Zeit- und im Frequenzbereich wird durch ausgewählte Übungsmodule in ANSYS Mechanical vermittelt. Dabei werden typische Berechnungsszenarien wie die Ermittlung der Eigenfrequenzen vorgespannter Strukturen oder, basierend auf dem Verfahren der modalen Superposition, das Antwortverhalten auf periodische Anregungen bzw. auf Impulsanregungen zugrunde gelegt. Empfehlungen zur Modellbildung, zur Steigerung der Performance (Auswahl des Solvers, Ausgabesteuerung) oder auch zum Umgang mit Dämpfung runden das Seminar ab.

Agenda

Tag 1

M1: Strukturdynamische Berechnung in Mechanical – der Einstieg

  • Wichtige Begriffe der Strukturdynamik klären (Frequenz, Periodendauer etc.)
  • Einführung der Bewegungsgleichung
  • Transiente strukturmechanische Analyse
  • ANSYS Mechanical Oberfläche kennenlernen oder wiederentdecken
  • Übung: Frequenz eines transient schwingenden
    Lineals messen und nachrechnen

M2: Untersuchung fundamentaler dynamischer Eigenschaften: Eigenfrequenzen und Eigenformen

  • ​Berechnung freier Schwingungen
  • Abschätzen von Eigenfrequenzen: Ein-Massen-Schwinger
  • Bewegungsgleichung für N Freiheitsgrade
  • Bedeutung von Eigenwerten, Eigenvektoren und deren Normierung
  • Modalanalyse in ANSYS Mechanical 
  • Übung: Modalanalyse Lineal
  • Übung: N Massenschwinger Bahnwagons

M3: Geeignete Modellbildung für die Dynamik

  • Erkennen wichtiger Modellierungsaspekten für die Modalanalyse
  • Verwendung von Ersatzmassen, Lagerungen
    Vernetzungseinstellungen
  • Umgang mit großen Modellen
  • Vergleich mit Messungen
  • Lösungsansätze für die Modalanalyse – Solver von ANSYS Mechanical verstehen und anwenden
  • Wichtige Informationen im Lösungsprozess verstehen und Solverausgabe deuten

M4: Schwingungen vorgespannter Strukturen

  • ​Einstiegsdemo: schwingende Gitarrenseite
  • Einfluss der Vorspannung auf die Ergebnisse
  • Aufsetzen einer vorgespannten Modalanalyse
  • Vorgespannte Frequenzganganalyse
  • Ergebniskombination: Statik + Dynamik
  • Software-Technologie: Perturbation-Methode

 


Tag 2

M5: Dynamische Strukturantwort - Harmonische Analyse

  • ​Bestimmung von Deformationen und Spannungen für harmonische Anregungen
  • Transferfunktion für schwingende Systeme
  • Grundgleichung der harmonischen Bewegung – komplexe Zahlen
  • Harmonische Analyse (Frequenzganganalyse) in ANSYS Mechanical
  • Anregungen für die harmonische Analyse in Mechanical
  • Auswertung: Amplitude, Phase und Frequenzgang
  • Beispiel: Licht auf Schutzblech montiert - klappert es?

M6: Modale Superposition - Effiziente harmonische Analyse

  • ​Modale Superposition (MSUP) als Arbeitspferd der linearen Dynamik
  • Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen der modalen Superposition
  • Verwendung von "Full Harmonic" und "MSUP Harmonic„ in ANSYS Mechanical
  • Best-Practice-Tipps zu Analyseeinstellungen: Clustering, Ausgabesteuerung
  • Beispiel: Berechnung des stationären Betriebs einer Radialkolbenpumpe

M7: Dämpfung – Wirkungsweisen und Bedeutung für die Ergebnisse

  • ​Einfluss der Dämpfung
  • Darstellung der verschiedenen Dämpfungsmaße
  • Definition der Dämpfung in ANSYS Mechanical
  • Gedämpfte Modalanalyse: Analyseeinstellung und Auswertung

 

M8: Gedämpfte Modalanalyse

  • Bedeutung der Dämpfung für die Eigenformen
  • Mögliche Lösungsmethoden für die Modalanalyse stark gedämpfter Strukturen in ANSYS
  • Vergleich der Effizienz der verschiedenen Berechnungsmethoden
  • Ausblick auf Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) bei Schwingungsberechnungen
  • Beispiel: Modalanalyse eines mit Wasser gefüllten Behälters
  • Beispiel: Gedämpfte Modalanalyse einer Waschmaschine
     

Tag 3

M9: Festigkeitsbewertung bei schwingenden Strukturen

  • High-Cycle-Fatigue (HCF) nach Spannungskonzept
  • Anwendungsmöglichkeiten der FKM-Richtlinie
  • Auswertemöglichkeiten der harmonischen Analyse
  • Bestimmung von relevanten Ergebnissen für die Festigkeitsbewertung
  • Beispiel: Nachrechnung eines Prüfkörpers mit Ein-und-Mehrachsbelastung

 

M10: Analyse beliebiger transienter Vorgänge

  • ​Nichtlineare und lineare (MSUP) transiente Analyse
  • Zeitintegrationsverfahren
  • Solversteuerung
  • Tipps zur Zeitschrittsteuerung
  • Definition transienter Lastsignale
  • Beispiel: Spannungsberechnung an einem einfachen Schmiedehammermodell

M11: Berechnungen beschleunigen – Tipps und Tricks

  • Verwendung von QRDAMP zur Berücksichtigung nichtproportionaler Dämpfung bei großen Modellen
  • Theorie und Anwendungsmöglichkeiten der „Residual-Vector“-Methode
  • ​Reduktion einzelner Bauteile mit der CMS-Methode (Component Mode Synthesis)
  • Verwendung von Zustandsraummodellen - Genauere Systemmodelle durch modale Analyse

M12: Ausblick auf weiterführende Fragestellungen in der Strukturdynamik

  • Q & A: Ihre Fragen und Aufgaben?

 

 


ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN