Korrektur von Parameter-Fehlern in strukturdynamischen FE-Modellen mit Hilfe experimenteller Frequenzgänge

Kurzfassung

Die Qualität eines strukturdynamischen Finite Elemente Modells hängt vor allem von der Wiedergabe des dynamischen Verhaltens der zu reproduzierenden Teststruktur ab. Um die Güte eines mathematischen Modells beurteilen zu können, werden Daten aus Schwingungsuntersuchungen (Frequenzgangsfunktionen und Modaldaten) genutzt. Liefert eine Korrelation zwischen Analyse- und Testmodell unbefriedigende Ergebnisse, d.h. die Abweichungen zwischen den Meßdaten und dem mathematischen Modell sind zu groß, wird eine Korrektur des Rechenmodells erforderlich. Es müssen Modifikationen vorgenommen werden, die die Modellparameter (z.B. E-Modul oder Dichte eines Balkens) oder unter Umständen auch die Idealisierung (Element-Typ) und Diskretisierung (Netzdichte) betreffen. In den letzten Jahren wurden Computergestützte Korrekturverfahren (engl.: Computational Updating (CMU) methods) entwickelt und erfolgreich angewendet, mit dem Ziel, die FE-Modellparameter automatisch zu korrigieren und dadurch die Diskrepanzen zwischen dem mathematischen Modell und den Testdaten zu verringern. Das populärste Computergestützte Korrekturverfahren macht von der schrittweise linearisierten inversen Sensivitätsmethode Gebrauch. Das Verfahren erlaubt dem Nutzer als fehlerhaft angenommene Massen- und Steifigkeitsparameter zur Korrektur freizugeben, um die Abweichung zwischen analytischen und gemessenen ungedämpften Eigenfrequenzen und/oder Eigenformen zu minimieren. Das Verfahren verwendet für die Anpassung ausschließlich die mittels einer experimentellen Modalanalyse (EMA) aus Schwingungsversuchsdaten identifizierten Modalparameter (Eigenfrequenzen und Eigenformen). Eine gleichzeitige Anpassung von Massen-, Steifigkeits- und Dämpfungsparametern ist mit diesem Verfahren nicht möglich. Im Vortrag wird ein neues Computergestütztes Korrekturverfahren vorgestellt mit dem es möglich ist, sowohl physikalische Massen- und Steifigkeitsparameter als auch modale Dämpfungsparameter zu korrigieren. Das Verfahren basiert auf der schrittweise linearisierten inversen Sensitivitätsmethode und nutzt Frequenzgangsfunktionen an den Resonanzstellen. Die Effektivität des entwickelten Verfahrens wird an einer Benchmark Teststruktur aufgezeigt.