Forschung und Entwicklung

Nichtlineare dynamische Systeme

Schwingungsarmes Konstruieren

Die bewusste Einführung nichtlinearer Subsysteme bzw. einer zeitlichen Periodizität in ein dynamisches System ermöglicht eine Lokalisierung der Schwingungsenergie des Gesamtsystems. Beide Konzepte können zur elektrischen Energiegewinnung (z. B. elektromagnetisch oder piezoelektrisch) bis hin zur effizienten Schwingungsreduktion (z. B. Vermeidung von Ratterschwingungen bei Frässpindeln, Schwingungsreduktion während der Resonanzdurchfahrt eines Motors oder Verringerung der Ansprechzeit von Messsensoren) eingesetzt werden. Es ist besonders effektiv bei Problemen mit transienten Schwingungen, etwa die wiederkehrende Bewegung eines Roboterarm, und kann parallel zu einem bereits bestehenden Regelungskonzept eingesetzt werden.

Referenz: Tuning transient dynamics by induced modal interaction in mechatronic systems

Ein wesentlicher Punkt für das erfolgreiche Design eines dynamischen Systems ist die mathematisch abstrakte Modellreduktion eines komplexen Systems auf wenige, wesentliche Freiheitsgrade. Dieses reduzierte System ermöglicht einen effiziente Reglerauslegung und Systemoptimierung. In diesem Zusammenhang haben sich semi-analytische Lösungen (Maple/Mathematica) bewährt.

Rotordynamik

Modellierung, Vorhersage und experimentelle Überprüfung des dynamischen Verhaltens von gleitgelagerten Rotoren eines Gaskraftwerks unter Extrembelastungen bei Schaufelbruch oder Erdbeben (Rotor-Struktur-Interaktion) und bei elektrischen Störfällen (Rotor-Schaufel-Interaktion). Entwicklung und Design aktiver Lager (Gleitlager variabler Spaltgeometrie, Magnetlager) zur Verbesserung der Resonanzdurchfahrt eines Rotors und damit Effizienzsteigerung eines Kraftwerks oder schnelldrehender Werkzeugmaschinen.

Referenz: Vibration quenching in a large scale rotor-bearing system using journal bearings with variable geometry

Referenz: Modal interaction and vibration suppression in industrial turbines using adjustable journal bearings

Referenz: Efficient modelling of rotor-blade interaction using substructuring
Best Paper Award, IFTOMM Rotordynamics

Empfohlene Rotordynamiksoftware: MADYN

Produktvariabilität

Eine lokale Produktvariabilität, etwa die örtliche Schwankung einer Klebstoffschicht, wirkt sich auf das frequenzabhängige Schwingungsverhalten der Gesamtstruktur aus. Mit Hilfe von Erweiterungen der kommerziell gängigen Component Mode Synthesis (CMS) in Kombination mit der Theorie der stochastischen Felder und stochastischer Projektionsmethoden werden effiziente Berechnungsverfahren für lineare Strukturen entwickelt. Diese ermöglichen robuste dynamische Vorhersagen und eine Designoptimierung, deren Zielfunktion unempfindlich gegenüber einer Produktvariabilität ist. Methoden aus Six Sigma und Design for Six Sigma werden auch angewendet.

Referenz: Component mode synthesis as a framework for uncertainty analysis

Magnetlagertechnik

Entwicklung und Bau eines magnetgelagerten Rotors zur Verbesserung der Resonanzdurchfahrt durch nichtlineare Konzepte. Theoretisch Das Konzept wurde theoretisch als auch experimentell bestätigt und wird für den industriellen Einsatz erprobt.

Referenz: Tuning of parametric excitation for rotor balancing

“Engineering is the art of making what you want from things you can get.” [Jerry Avins]