Bewertung und Reduzierung der Unschärfen bei der output-only Modalanalyse (RUN-OMA)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volkmar Zabel
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459059742

Die experimentelle Ermittlung der Schwingungseigenschaften mechanischer Strukturen in Form von modalen Parametern unter natürlicher Schwingungsanregung ist das Ziel der output-only Modalanalyse. Zu diesem Zweck stehen eine Vielzahl zuverlässiger und bewährter Verfahren auf der Basis von Formulierungen im Frequenz- oder Zeitbereich mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen zur Verfügung. Bedingt durch die stochastische Natur der gemessenen Schwingungssignale sowie die oft komplexen Zusammenhänge zwischen schwingender Struktur, Messprozess und Analysen unterliegen die so ermittelten modalen Parameter jedoch oft erheblichen Unschärfen. Kausal lassen sich diese auf zufällige Einflüsse (aleatorische Unschärfe) oder unvollständiges Wissen (epistemische Unschärfe) sowie auf Kombinationen aus beiden (polymorphe Unschärfe) zurückführen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Methodik zur Ermittlung und Quantifizierung polymorpher Unschärfen in den Ausgangsgrößen aufeinanderfolgender Schritte des Mess- und Analyseprozesses von aufgezeichneten Schwingungssignalen über identifizierte Systeme hin zu modalen Parametern. Dies schließt die Entwicklung von Bewertungskriterien für diese Ergebnisgrößen ein. Weiteres Ziel ist die Ermittlung des Zusammenwirkens und die Quantifizierung des Einflusses einer Vielzahl von Faktoren auf die Unschärfe identifizierter modaler Parameter, sowie deren Reduzierung durch die Optimierung der wesentlichen Einflussfaktoren. Die Methodenentwicklung erfolgt anhand eines parametrischen Modells des Mess- und Analyseprozesses unter Berücksichtigung polymorpher Unschärfen. Dabei werden vorrangig synthetische Schwingungssignale verwendet. In diesem Zusammenhang werden zwei bewährte parametrische Methoden der output-only Modalanalyse betrachtet. Darüber hinaus kommen Methoden der Signaltheorie, des maschinellen Lernens, der polymorphen Unschärfemodellierung, der Unschärfequantifizierung (Monte-Carlo-Methoden und Optimierungsverfahren) sowie der Sensitivitätsanalyse zum Einsatz. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Methodik lassen sich Entscheidungen im Rahmen weiterführender Untersuchungen auf der Basis modaler Parameter, die in einer output-only Modalanalyse identifiziert wurden, unterstützen. In jedem Prozessschritt, von der Messung bis zur Bestimmung der modalen Parameter, können Zwischenergebnisse auf der Grundlage objektiver Kriterien bewertet und optimiert werden, um so ein Ergebnis mit minimaler Unschärfe zu erzielen. Die Methodik ist so konzipiert, dass sie grundsätzlich auf reale Mess- und Analyseprozesse übertragen werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen