Gehen Sie mit hilfe der Modalanalyse Geräusch- und Schwingungs Problemen auf den Grund.
Optimieren Sie anhand der Modalanalyse das Geräuschverhalten Ihres Produktes. Die Modalanalyse kann Schwingungen aufspüren, die unter Umständen zu Bauteilversagen führen. Verbessern Sie mittels der Modalanalyse die Gesamteigenschaften Ihrer Produkte bei bestimmten Betriebszuständen.
Erst mit der Modalanalyse können viele Probleme im Zusammenhang mit Geräuschen, Schwingungen oder Betriebsfestigkeit wirklich durchleuchtet werden. Versuchen Sie nicht nur die Symptome zu beseitigen. Verschaffen Sie sich als ersten Schritt zu einer echten Problemlösung einen fundierten Überblick über die versagenskritischen Stellen Ihrer Produkte.
Inhalt:
A. Was versteht man unter Modalanalyse?
B. Warum sollten Sie die Modalanalyse einsetzen?
C. Sie möchten mehr über die Modalanalyse erfahren?
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A. Was versteht man unter Modalanalyse?
Die Modalanalyse untersucht die dynamischen Eigenschaften bzw. das Verhalten einer mechanischen Struktur bei nicht-statischer Anregung:
- Resonanzfrequenz
- modale Schwingformen
- Dämpfung
Zur einfachen Erklärung dient eine Platte als theoretisches Beispiel. An einer Ecke wird eine Kraft mit sinusförmigem Verlauf aufgebracht. Anschließend wird die Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit (Frequenz) der Kraft geändert, die Maximalkraft bleibt jedoch gleich. Ein an einer anderen Ecke der Platte angebrachter Beschleunigungssensor misst daraufhin die Schwingungsantwort.
Die gemessene Amplitude kann je nach Frequenz der aufgebrachten Kraft variieren. Das System reagiert mit immer größeren Amplituden, wenn sich die Frequenzen der aufgebrachten Kraft den Resonanz- oder Eigenfrequenzen des Systems nähern.
Die Resonanzfrequenz ist diejenige Frequenz, bei der durch Anregung eine extreme Schwingungsantwort hervorgerufen wird. Besonders wichtig ist dies vor dem Hintergrund, dass eine Anregung nahe der Resonanzfrequenz einer Struktur meist negative Folgen hat. Dazu gehören in erster Linie extreme Schwingungen, die zu Ermüdungsschäden, Beschädigungen der sensiblen Bauteile oder – im Extremfall – zum Totalversagen der Struktur führen.
Beispiel: Im Schleudergang führen die Schwingungen der Waschmaschinentrommel zu einer Resonanzfrequenz, wodurch die gesamte Maschine in starke Vibrationen versetzt wird und schließlich die Tür aufspringt.
Transformiert man nun die Zeitsignale mittels eines Algorithmus – der sogenannten Schnellen Fourier-Transformation – in den Frequenzbereich, lässt sich die Übertragungsfunktion (Frequency Response Function) berechnen. So können die Resonanzstellen des Systems dargestellt werden.
  Links: Beispiel der Übertragungsfunktion einer Platte Rechts: Online-Übertragungsfunktion in LMS Test.Lab bei der Impulsanregung |
Die Verformungsmuster (Biegung, Torsion …) im Bereich der Resonanzfrequenzen bilden sich je nach Frequenz der angreifenden Kraft unterschiedlich aus. Diese Verformungsmuster werden auch Eigenformen der Struktur genannt.
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Beispiel für die zweite Grundschwingform (Animation) : NVH-Ingenieure schätzen die Visualisierungsmöglichkeiten von LMS Test.Lab sehr.
Die Dämpfungseigenschaften einer Struktur geben Aufschluss darüber, wie schnell eine Struktur Schwingungsenergie abbaut und wieder zur Ruhe kommt, sobald die anregende Kraft nicht mehr vorhanden ist.
 |  Beispiel: Die berühmte Resonanzkatastrophe der Tacoma-Brücke zeigt, dass hier die Dämpfung nicht ausreichte, um die Anregungsenergie abzubauen. |
Die Modalanalyse umfasst einen ganzen Prozess, bestehend aus einer Erfassungs- und einer Analysephase. Wird die Struktur durch externe Kräfte, beispielsweise einen Impulshammer oder einen Shaker, angeregt, spricht man von experimenteller Modalanalyse.
Testsysteme zur Modalanalyse sind aufgebaut aus Sensoren (meist Beschleunigungs- und Kraftsensoren), einem Analog-Digital-Umsetzer oder einem Frontend zur Digitalisierung analoger Signale sowie einem PC zur Überprüfung und Analyse der Daten.
Die Betriebsmodalanalyse ergänzt herkömmliche Verfahren der Modalanalyse. Hierbei werden die Reaktionen einer Struktur bei bestimmten Betriebszuständen gemessen. Mithilfe der Betriebsmodalanalyse werden Fahrzeuge, Flugzeuge, Windkraftanlagen und andere Systeme getestet, die aufgrund der vorhandenen Randbedingungen oder ihrer Größe durch externe Kräfte nur schwer oder überhaupt nicht anzuregen sind.
Die Ergebnisse aus der Modalanalyse können außerdem mit Simulationen abgeglichen werden, sodass sich ein realitätsnahes Simulationsmodell erstellen lässt.
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B. Warum sollten Sie die Modalanalyse einsetzen?
Die Modalanalyse verhilft Ihnen zum Verständnis des Schwingungsverhaltens einer Struktur (Frequenz, Dämpfung und Schwingformen).
Für folgende Bereiche kann die Modalanalyse eingesetzt werden:
- Akute Problembehebung
- Direkter Aufschluss über die Ursachen von Schwingungsproblemen
- Simulation und Vorhersage
- Schnelle Ermittlung der Struktureigenschaften
- Überwachung zeitabhängiger Änderungen der Struktur
- Optimierung von Konstruktionen
- Konstruktion nach Vorgaben zum Geräusch- und Schwingungsverhalten
- Leistungssteigerung und Reduzierung von Schwingungen an Bauteilen und am Gesamtsystem
- Rasche, testbasierte Bewertung des dynamischen Verhaltens neuer Konstruktionslösungen
- Diagnose und laufende Überwachung
- Bestätigung der Produktqualität ab der Fertigung und im Praxiseinsatz
So profitieren Sie von der Modalanalyse:
- Wettbewerbsvorteil durch bessere Produkteigenschaften
- Weniger Prototypen
- Weniger Isolier- und Dämmmaterial
- Kürzere Entwicklungszeiten
- Weniger Rückrufaktionen
- Schnelleres Ergreifen von Maßnahmen in der Praxis
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C. Sie möchten mehr über die Modalanalyse erfahren?
- How to identify structural resonance
- How to measure efficiently and accurately structural resonance
- How to automate modal analysiS
- Tips & Tricks to get high quality modal testing data
2) Fordern Sie unsere Spezialisten an
3) Weitere Informationen (in engl. Sprache):
- LMS-Fallstudien zur Modalanalyse (in engl. Sprache):
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- LMS-Hintergrundberichte (in engl. Sprach):
- Automatic modal analysis: reality or myth?
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- 10 Years of industrial Operational Modal Analysis: evolution in technology and applications
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