Abschätzung von Prüflingsresonanzen in Vibrationstests · Resonanzfreiheit im definierten...
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© 2019 Rolls-Royce Non Confidential Not Subject to Export Control
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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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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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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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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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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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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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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Versuchsaufbau Vibrationstest 1
Sensorik
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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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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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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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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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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?