Die experimentelle Umsetzung der Modalkraftsimulation verteilter dynamischer Lasten unter besonderer Beruecksichtigung struktureller Nichtlinearitaeten.

Abstract

Moderne Raumfahrtsysteme erfordern auf Grund der steigenden Tendenz zum extremen Leichtbau sowie wachsender Groesse neue Verfahren zur experimentellen Ueberpruefung der Konstrukltion und Auslegung. Insbesondere in der strukturdynamischen Qualifikation wird nach neuen Verfahren als Alternative zu den bisher ueblichen einachsigen Gleitsinustests, die die dynamischen Lasten nur unzureichend simulieren, gesucht. Mit der Modalkraftsimulation dynamischer Lasten wird ein neues Konzept vorgestellt, mit dem die durch Fusspunkterregung verursachten dynamischen Belastungen an einer Nutzlast durch eine Anordnung von Einzelkraeften simuliert werden. Die Kraefte, die die an der Struktur wirkenden Traegheitskraefte infolge von Fusspunktbeschleunigung ersetzen, werden so bestimmt, dass sie moeglichst gleiche Strukturantworten verursachen. Dies ist moeglich durch Kombination von sogenannten Modalkraeften, womit Kraftverteilungen fuer die gezielte Anregung von Eigenschwingungsformen bezeichnet werden. Zwei unterschiedliche Versionen werden vorgestellt, eine auf der Forderung nach Gleichheit der Erregungsenergie sowie eine auf der Forderung nach Gleichheit der Strukturantworten in den Erregerpunkten basierende Variante. Experimentelle Ergebnisse aus der Anwendung der Modalkraftsimulation an einer komplexen dreidimensionalen Teststruktur werden mit Messungen aus Mehrachsen-Vibrationstests verglichen. Es werden Moeglichkeiten der Anwendung der Modalkraftsimulation auf nichtlineare Systeme aufgezeigt und im Experiment untersucht. Aus der Diskussion der Ergebnisse werden die Einsatzbereiche und die Grenzen der unterschiedenen Varianten der Modalkraftsimulation benannt sowie die Moeglichkeiten zur Verbesserung der angewendeten Methoden aufgezaehlt.