Grundlagenuntersuchungen zur effizienten Dämpfungsbeschreibung und -parametrierung für elementare werkzeugmaschinentypische Körper und Kopplungselemente
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Forschungsprojekt werden zur Beschreibung strukturrelevanter Dämpfung an werkzeugmaschinentypischen Körpern und Fugen Modellierungsansätze analysiert und weiterentwickelt, Verfahren zur Parameteridentifikation und -verifikation geschaffen und diese hinsichtlich ihrer Möglichkeiten und Grenzen bewertet. Hierzu werden entsprechende elementare Körper und Verbindungselemente systematisch messtechnisch untersucht, Dämpfungskenngrößen exemplarisch bestimmt und mit den Ergebnissen der korrespondierenden Simulationsmodelle (FEM) verglichen und bewertet. Auf einer elementaren Grundlagenebene wurden im Teilprojekt 1, unter Anwendung der von der Forschergruppe gemeinsam entwickelten Methodik, Dämpfungsbeschreibungen für typische homogene und homogenisierbare Strukturkomponenten (wie Spindelkörper, Motorläufer, Wälzlagerringe, Schrumpfhülsen, Gestellbauteile, Hydrodehnspannfutter) sowie Fügeverbindungen (Pressverbände von Passungssitzen, verschraubte Flanschverbindungen) theoretisch und experimentell begründet gefunden. Dabei stand die Beantwortung folgender Fragestellungen im Mittelpunkt: Welche Identifikationsalgorithmen und welche Bewertungskriterien bieten hinreichend stabile Ergebnisse? Welcher Beschreibungsansatz zur Dämpfungsmodellierung eignet sich für das jeweilige Strukturelement? Die Referenz zur Bestimmung der Parameter alternativer Dämpfungsansätze waren jeweils Messdaten, die aus experimentellen Modalanalysen der Versuchsaufbauten gewonnen wurden. Für eine gesicherte und stabile Identifikation der Dämpfungsparameter wurde nach einem zweistufigen Verfahren vorgegangen. Zuerst wurden die modalen Dämpfungsmaße aus der Messdatenbasis bestimmt. Hierfür wurden bereits existierende Verfahren weiterentwickelt und ergänzend das simulationsgestützte Amplitudenfitverfahren als Vertreter der MDoF-Verfahren neu entworfen. Hierbei wird nach einer ersten Lösung für die Dämpfungsmaße der relevanten Moden in iterativen Schritten ein u. U. aus der Superposition benachbarter Moden resultierender Einfluss berücksichtigt, um das Ergebnis zu verbessern. Aus den ermittelten Dämpfungsmaßen und dem jeweiligen funktionalen Zusammenhang zwischen Dämpfungsansatz und Dämpfungsmaß wurden im zweiten Schritt mit dem Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate die zugehörigen Dämpfungsparameter bestimmt. Zur Identifikation der Dämpfungseffekte in Teilsystemen und Fügeverbindungen wurde in einem sequentiellen Verfahren vorgegangen. In einem ersten Schritt wurden auf der Komponentenebene Finite-Elemente-Modelle dieser homogenen oder homogenisierbaren Körper generiert. Die Dämpfungsmodellierung erfolgte sowohl nach einem lokalen Polynomansatz (mit unterschiedlicher Berücksichtigung der Potenzglieder) als auch dem lokalen Verlustfaktorenansatz. Hier zeigten sich Unterschiede in der Beschreibungsgüte der alternativen Dämpfungsansätze, wobei sich der Verlustfaktorenansatz für die Material- und Bauteildämpfung der Strukturkomponenten bestätigt hat. Im zweiten Schritt erfolgte ein sukzessiver Aufbau von Teilsystemen, bei denen jeweils zwei Strukturkomponenten über eine Fügeverbindung miteinander gekoppelt werden. Unter Beibehaltung der bereits gefundenen Dämpfungsparameter für die Strukturkomponenten wurden auf dem gezeigten Weg die Dämpfungsparameter für die Fügeverbindungen identifiziert. Auch für die untersuchten Passungssitze und Schraubverbindungen erwies sich der Verlustfaktorenansatz als eine geeignete Beschreibung zur Dämpfungsmodellierung, sofern der Fügeprozess mit hinreichend trockenen, aber nicht notwendigerweise entfetteten Oberflächen erfolgt. Bei Benetzung der Oberflächen mit Öl wandelt sich die Dämpfungscharakteristik, so dass sich der Dämpfungskonstantenansatz als das geeignetere Dämpfungsmodell darstellt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Dämpfungseffekte in Werkzeugmaschinen. ZWF Jg. 105 (2010), Nr. 7-8 , S. 676-680
Großmann, Knut; Brecher, Christian; Zäh, Michael F.; et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3139/104.110359) - Ein Beitrag zur Analyse der nichtlinearen Systemdynamik in der Entwurfsphase von Werkzeugmaschinen. TU Dresden, Dissertation, Dresden: 2012
Rudolph, Holger
- Lineare Dynamikmodelle für verschraubte Fugen. Werkstattstechnik (wt) online Jg. 102 (2012), Nr. 5, S. 276-281
Brecher, Christian; Großmann, Knut; Zäh, Michael F.; et. al.
- Parameteridentifikation für die Dämpfungsbeschreibung. ZWF Jg. 107 (2012), Nr. 7-8, S. 497-502
Großmann, Knut; Rudolph, Holger; Weishart, Hannes
(Siehe online unter https://doi.org/10.3139/104.110791) - Verfahren zur Bestimmung modaler Dämpfungsmaße an Werkzeugmaschinen-Strukturen. ZWF Jg. 107 (2012), Nr. 3, S. 168-173
Großmann, Knut; Rudolph, Holger; Weishart, Hannes
- Dämpfungsbeschreibung und Frequenzgangberechnung. ZWF Jg. 108 (2013), Nr. 7-8, S. 529-534
Großmann, Knut; Rudolph, Holger
(Siehe online unter https://doi.org/10.3139/104.110980) - Dämpfung in Konstruktionswerkstoffen. ZWF Jg. 111 (2016), Nr. 4, S. 208-212
Großmann, Knut; Ihlenfledt, Steffen; Rudolph, Holger
(Siehe online unter https://doi.org/10.3139/104.111493) - Dämpfung in verspannten Fugen. Teil 1: Modellierung von Dämpfung in verschraubten Flanschverbindungen. ZWF Jg. 111 (2016), Nr. 7-8, S. 439-443
Rudolph, Holger; Ihlenfledt, Steffen
(Siehe online unter https://doi.org/10.3139/104.111550) - Dämpfung in verspannten Fugen. Teil 2: Modellierung von Dämpfung in Pressverbindungen. ZWF Jg. 112 (2017), Nr. 3, S. 146-150
Rudolph, Holger; Ihlenfeldt, Steffen
(Siehe online unter https://doi.org/10.3139/104.111654)
