abschätzung von prüflingsresonanzen in vibrationstests · resonanzfreiheit im definierten...

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Abschätzung von Prüflingsresonanzen in

Vibrationstests

Welchen Einfluss hat der Schwingerreger?

Ronny Käso

21. Februar 2019

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Innotesting 2019

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Agenda

2

Motivation

Überblick & Theoretische Aspekte

Versuchsaufbau

Messergebnisse

Modellierung

Simulationsergebnisse und Vergleiche

Zusammenfassung

Ausblick

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3

Motivation

Anforderungen an den Vibrationstestaufbau steigen

Testspezifikation werden bewusst (oder unbewusst?) mit überzogenen Anforderungen geschrieben um einen „guten“ Vibrationstest zu gewährleisten

Prüfaufbauten werden auf eine Resonanzfreiheit im definierten Testfrequenzbereich abgestimmt

Was ist mit den Resonanzen der Testanlage?

Welche Rückwirkung hat dieses spezielle dynamische Verhalten der Anlage auf das Prüfobjekt?

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4

Motivation

Kann mit geringem Simulationsaufwand der Einfluss der Testanlage vorhergesagt werden?

Simulation von komplexen Baugruppen durch leistungsfähige Tools möglich

Dynamisches Verhalten gut abschätzbar

Ideale (direkte) Lasteinleitung bei Antwortanalysen

Lasteinleitung im Vibrationstest durch Erregersystem mit bestimmten dynamischen Eigenschaften

Die Eigenschaften gekoppelter Systeme beeinflussen mitunter stark das Schwingverhalten von Baugruppen

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Überblick & Theoretische Aspekte

Der bekannte 2-Massenschwinger dient der prinzipiellen Darstellung des gekoppelten Shaker-/ Prüflingsaufbaus

Wird die Masse m1 geändert z.B. bei Verwendung unterschiedlicher Testanlagen dann ändert sich auch die Prüflingsresonanz:

m1↓: Koppelfrequenz 1↓ und Koppelfrequenz 2↑ (Prüfling)

m1↑: Koppelfrequenz 1↑ und Koppelfrequenz 2↓ (Prüfling)

M2 = (modale) Masse Prüfling

M1 = Driver bar +Slip table +Shaker armature +Adapter

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Versuchsaufbau Prüfobjekt

Dummy Masse mit definierten dynamischen Eigenschaften:

Masse: 15.6 kg

Resonanzfrequenz f01 = 150 Hz (fixed-free condition)

Modale Masse im Mode 1: ~10 kg

Schnittstelle am Fusspunkt :

6x Bohrungen für Befestigungs- schrauben M10

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7

Versuchsaufbau Prüfobjekt

Frequenzcheck (Free-Free)

No. FEM [Hz]

Test [Hz]

1 1079.6 1094.5

2 1549.4 1531.0

3 2930.9 2941.0

4 3346.0 3365.5

5 4266.6 4299.3

6 5451.1 5372.5

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8

Versuchsaufbau Prüfobjekt

Frequenzcheck (on slip table)

No. FEM [Hz]

Test [Hz]

1 152.1 149.75

2 172.0 187.83

3 286.5 283.07

4 668.7 642.75

5 811.8 -

6 1217.6 1224.3

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9

Versuchsaufbau Testanlage 1

Shaker 53 kN mit Gleittisch / ca. 156 kg bewegte Masse

Resonanzfrequenz Schwingsystem ~900 Hz

MP2-X/Y/Z

MP1-Y

MP3-X/Y/Z

MP4-X/Y/Z

MP5-X/Y/Z

MP6-X/Y/Z

MP7-Y

MP12-X/Y/Z

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10

Versuchsaufbau Testanlage 1

Sinus Sweep Ergebnisse (1/2)

Regelung auf MP12-Y

Systemresonanz 910 Hz

10 100 1000 2000

[Hz]

0.001

0.01

0.1

1

10

[V]

X: 10.08 [Hz]

Y: 0.2574 [V]

Q: 0

Chan. type: D

Sweep type: logarithmic

Sweeps done: 1

Sweeps ref.: 1

Sweep direct.: up

Contr. strat.: Average

Unit: V

Peak (curr.): 0.2574 V

Contr. strat.: Closed loop

-- Testing time --

elapsed: 000:04:54

remaining: 000:00:00

Date: 02-12-19

Time: 16:46:35

DriveSine

C:\_data\Innotesting2019\SineSweep_012.rsn

Cursor: 190.2 Hz 0.06263 V

Innotesting 2019

Test date 12.02.2019

Sine Sweep 0.2g

10 100 1000 2000

[Hz]

0.01

0.1

1

10

[g]

X: 910.6 [Hz]

Y: 1.382 [g]

Q: 1.13

Chan. type: X

Sweep type: logarithmic

Sweeps done: 1

Sweeps ref.: 1

Sweep direct.: up

Contr. strat.: Average

Unit: g

Peak (curr.): 1.382 g

Peak (ref.): 1 g

Contr. strat.: Closed loop

-- Testing time --

elapsed: 000:04:54

remaining: 000:00:00

Date: 02-12-19

Time: 16:46:35

Control channelSine

C:\_data\Innotesting2019\SineSweep_012.rsn

Cursor: 190.2 Hz 1.004 g

Innotesting 2019

Test date 12.02.2019

Sine Sweep 0.2g

MP12-Y

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Versuchsaufbau Testanlage 1

Sinus Sweep Ergebnisse (2/2)

Dynamisches Verhalten des Gleittisches besonders gut in den Querachsen erkennbar

X

Z

Y

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12

Versuchsaufbau Vibrationstest 1

Prüfling ~15 kg

Resonanzfrequenz Schwingsystem ~900 Hz

Prüflingsresonanz 150 Hz

Slip-Table Anregung

Sinus-Sweep 10 … 2000 Hz

0.2g, 0.5g und 1.0 g Anregung

Regelung auf die Sensoren MP1-Y, MP6-Y, MP7-Y

Lauf mit konstantem Drive-Signal

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13

Versuchsaufbau Vibrationstest 1

Sensorik

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14

Versuchsaufbau Vibrationstest 1

Sinus Sweep Ergebnisse (1/4)

Regelung auf MP7-Y

Systemresonanz 910 Hz

10 100 1000 2000

[Hz]

0.001

0.01

0.1

1

10

[V]

X: 10.08 [Hz]

Y: 0.2574 [V]

Q: 0

Chan. type: D

Sweep type: logarithmic

Sweeps done: 1

Sweeps ref.: 1

Sweep direct.: up

Contr. strat.: Average

Unit: V

Peak (curr.): 0.2574 V

Contr. strat.: Closed loop

-- Testing time --

elapsed: 000:04:54

remaining: 000:00:00

Date: 02-12-19

Time: 16:46:35

DriveSine

C:\_data\Innotesting2019\SineSweep_012.rsn

Cursor: 190.2 Hz 0.06263 V

Innotesting 2019

Test date 12.02.2019

Sine Sweep 0.2g

10 100 1000 2000

[Hz]

0.01

0.1

1

10

[g]

X: 910.6 [Hz]

Y: 1.382 [g]

Q: 1.13

Chan. type: X

Sweep type: logarithmic

Sweeps done: 1

Sweeps ref.: 1

Sweep direct.: up

Contr. strat.: Average

Unit: g

Peak (curr.): 1.382 g

Peak (ref.): 1 g

Contr. strat.: Closed loop

-- Testing time --

elapsed: 000:04:54

remaining: 000:00:00

Date: 02-12-19

Time: 16:46:35

Control channelSine

C:\_data\Innotesting2019\SineSweep_012.rsn

Cursor: 190.2 Hz 1.004 g

Innotesting 2019

Test date 12.02.2019

Sine Sweep 0.2g

MP7-Y

Drive

MP7-Y

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15

Versuchsaufbau Vibrationstest 1

Sinus Sweep Ergebnisse (2/4)

Biegemode 1: 150Hz

Biegemode 2: 1224 Hz

X

Y

Z

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16 10 100 1000 2000

[Hz]

0.001

0.01

0.1

1

10

[V]

Chan. type: D

Sweep type: logarithmic

Sweeps done: 1

Sweeps ref.: 1

Sweep direct.: up

Contr. strat.: Average

Unit: V

Peak (curr.): 0.01527 V

Contr. strat.: Closed loop

-- Testing time --

elapsed: 000:04:41

remaining: 000:00:00

Date: 02-12-19

Time: 13:43:28

DriveSine

C:\_data\Innotesting2019\SineSweep_006.rsn

Cursor: 190.2 Hz 0.01501 V

Innotesting 2019

Test date 12.02.2019

Sine Sweep 0.2g

Drive

Versuchsaufbau Vibrationstest 1

Sinus Sweep Ergebnisse (3/4)

Konstantes Drive

Systemresonanz 897 Hz

10 100 1000 2000

[Hz]

0.001

0.01

0.1

1

10

100

[g]

X: 896.5 [Hz]

Y: 4.445 [g]

Q: 36.32

10 100 1000 2000

[Hz]

-180

-90

0

90

180

[Deg]

Chan. no: 17

Chan. type: M Filtered

Sweep type: logarithmic

Sweeps done: 1

Sweeps ref.: 1

Sweep direct.: up

Contr. strat.: Average

Unit: g

Peak (curr.): 4.445 g

Peak (ref.): 0.015 g

Contr. strat.: Closed loop

-- Testing time --

elapsed: 000:04:41

remaining: 000:00:00

Date: 02-12-19

Time: 13:43:28

MP7-YSine

C:\_data\Innotesting2019\SineSweep_006.rsn

Cursor: 190.2 Hz 0.2321 g

Innotesting 2019

Test date 12.02.2019

Sine Sweep 0.2g

MP7-Y

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17

Versuchsaufbau Vibrationstest 1

Sinus Sweep Ergebnisse (4/4)

Biegemode 1: 151Hz

Biegemode 2: 1230 Hz

Systemresonanz in Prüflingsantwort enthalten

X

Y Z

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18

Simulationsmodel

Gesamtmodell sehr aufwändig zu korrelieren

Vereinfachung des Modells Armatur Massepunkt

Shakerbody Massepunkt

M2 = (modale) Masse Prüfling

M1 = Driver bar +Slip table +Shaker armature +Adapter

Massepunkt Armatur

Massepunkt Shakerbody

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19

Simulationsmodel

Ergebnisse der Frequenzgang-analyse

Frequenzganganalyse mit Beschleunigung 1g Sinus auf Armatur-Massenpunkt

Globale Dämpfung 1%

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20

Simulationsmodel

Vergleich mit den Messdaten

Analyse zeigt 1. Biegemode bei 154Hz und 2. Biegemode bei 1224Hz

1% Dämpfung etwas zu hoch

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Zusammen-fassung

Fertigung eines einfachen Versuchsobjekts mit definierten dynamischen Eigenschaften

Analysedaten und Frequenzchecks mit der Versuchsstruktur stimmen gut überein

Modellierung der gesamten Testanlage erfordert viel Aufwand

Korrelation der Simulationsergebnisse vorerst nur hinsichtlich 1. und 2. Biegemode der Versuchstruktur

Antwortanalyse zeigt gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen aus dem Vibrationstest

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Ausblick und Diskussion

Erweiterte Modellierung der Testanlage und Korrelation der Simulationsergebnisse mit den Messdaten

Besonderes Augenmerk liegt weiterhin auf die Charakterisierung des Shaker-/Gleittischaufbaus selbst

Untersuchung weiterer Testanlagen mit unterschiedlichen bewegten Massen

Auswertung der Interfacekräfte

Ableitung eines vereinfachten Modells

Fragen?