Modellierung von Werkstoff- und Fügestellendämpfung in der FEM

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Die schwingungstechnischen Eigenschaften von Strukturen werden maßgeblich beeinflusst von deren Massen- und Steifigkeits - sowie von ihren Dämpfungseigenschaften. Als Werkzeug für strukturelle Berechnungen hat sich die Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgesetzt, mit deren Hilfe die Massen- und Steifigkeitsverteilungen gut abgebildet werden können. Eine hinreichend genaue Modellierung der Dämpfungseigenschaften ist hingegen nicht Stand der Technik.Als Dämpfungsmechanismen kommen in erster Linie die Werkstoffdämpfung sowie die Energiedissipation in den Fügestellen (Schraub-, Klemm-, Nietverbindungen etc.) in Betracht. Im Rahmen des Vorhabens sollen daher auf der Basis von experimentellen Untersuchungen geeignete Kenngrößen zur Beschreibung der Dämpfung in ausgewählten Werkstoffen ermittelt werden. Da das Dämpfungsvermögen in Fügestellen von mehreren Parametern abhängt (Werkstoffpaarung, Oberflächenbeschaffenheit, Anpressdruck, Anregungsamplitude etc.) sind systematische experimentelle Untersuchungen von ausgewählten Fügestellen vorgesehen. Parallel dazu werden geeignete Verfahren entwickelt, um die gemessenen Dämpfungseigenschaften in ein entsprechendes FE-Modell einzubeziehen. Letztlich soll ein Berechnungsingenieur dadurch in die Lage versetzt werden, prädiktiv zuverlässige Aussagen zum Schwingungsverhalten einer Struktur machen zu können.In dem von der FVV geförderten Vorläuferprojekt wurden geeignete Prüfstände zur Kennwertermittlung aufgebaut, Versuche zu ausgewählten Materialien und Fügestellen durchgeführt, sowie eine Umsetzung des numerischen Konzepts ausgehend einem kommerziellen FE-Programm realisiert. Im Rahmen der Projektbearbeitung hat sich das Konzept als geeignete Methode zur Ermittlung und Modellierung der auftretenden Dämpfung bewährt. Zugleich ergaben sich jedoch weiter gehende Fragestellungen sowohl im grundlagen- als auch anwendungsorientierten Bereich. Dies betrifft zum Einen die Entwicklung effizienter numerischer Algorithmen im Zusammenhang mit der Bearbeitung von Systemen mit einer großen Zahl von Freiheitsgraden, wie sie bei praxisrelevanten FE-Modellen auftreten. Zum Anderen ist aus anwendungsorientierter Sicht die Erstellung einer größeren Datenbasis zu den Fügestelleneigenschaften notwendig, um ein ausreichendes Anwendungsspektrum abdecken zu können.