Simulation und Regelung von Resonanzversuchsständen zur Untersuchung der Bauteilermüdung
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Beschreibung
Mit einem Auslegungskonzept für Ermüdungsversuche an großmaßstäblichen Bauteilen wird eine extrem effiziente Prüfmöglichkeit für Untersuchungen im Langzeitfestigkeitsbereich vorgestellt. Nach diesem Konzept wurden am Institut für Massivbau der Leibniz Universität Hannover mehrere Versuchsstände realisiert. Diese wurden vor der Errichtung als "Digitale Zwillinge" in einer dafür entwickelten Simulation untersucht, die sämtliches Systemverhalten von der Regelungstechnik über die Antriebsdynamik bis zum Bauteilverhalten mit einschließt.
Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Entwicklung eines Konzepts zur flexiblen Auslegung von innovativen Resonanzversuchsständen, um Ermüdungsuntersuchungen an großen Bauteilen im Langzeitfestigkeitsbereich zu realisieren. Bei einem Resonanzversuchsstand wird der schwingungsfähige Probekörper durch eine harmonische Kraftanregung mittels Unwuchtantrieben nahe der Eigenfrequenz belastet und aufgrund der schwachen Dämpfung des Schwingungssystems eine Vervielfachung der Beanspruchung des Bauteils erzeugt. Durch die entwickelte Simulationsumgebung kann bei jeder Versuchsauslegung ein komplettes digitales Modell des Resonanzversuchsstands erstellt werden, welches das elektrische, regelungstechnische und mechanische Verhalten des geplanten Experiments virtuell vor der Umsetzung simuliert und so die Realisierbarkeit mit den gewählten Antriebskomponenten und die Qualität der Beanspruchungserzeugung geprüft werden. Das Resonanzversuchsstandskonzept wurde erfolgreich an drei Resonanzversuchsständen realisiert und dabei die Prüfdauer um den Faktor 4 verkürzt und der Energiebedarf um den Faktor 792 im Vergleich zu konventioneller hydraulischer Prüftechnik reduziert.
Autor*in
Ralf Herrmann
Themen in »Simulation und Regelung von Resonanzversuchsständen zur Untersuchung der Bauteilermüdung«
Baumechanik/Baustatik Schwingung Bauteil, Bauteilprüfung Bauteilermüdung Ermüdung Resonanz Ermüdungsverhalten Versuchsstand Versuchsanordnung Simulation Regelung Digitaler Zwilling Betonbau Spannbeton Konstruktion