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Modalanalysen
Die Basis für Schwingungsoptimierungen
Wenn wir die Struktur eines Bauteils oder eines Objekts, wie z. B. eines Maschinenstahlrahmens, einer Betonhallendecke oder eines Fräsers, schwingungstechnisch betrachten wollen, müssen wir Werte wie z. B. ihre Eigenformen und deren Eigenfrequenzen kennen. Nur so können zielführende Maßnahmen zur Reduzierung einer Schwingung entwickelt werden.
Die Modalanalyse ist das optimale Tool zur Ermittlung von Eigenfrequenzen, Eigenformen und der modalen Dämpfung. Diese modalen Größen sind die Basis für schwingungsoptimierte Konstruktionen oder nachträglich vorzunehmende schwingungsmindernde Maßnahmen.
Was ist eine Modalanalyse?
Die Eigenform ist die für das Bauteil und dessen verteilte Masse spezifische Verformung in Richtung ihrer geringsten Steifigkeit. Mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) lassen sich sowohl Struktur-Schwachstellen als auch zu vermeidende Resonanzstellen aufzeigen. Die FEM-Modalanalyse und die FEM-Betriebsschwingformanalyse liefern die Eigenfrequenzen und Eigenformen einer Struktur im Frequenzbereich: Während die Modalanalyse qualitative Verformungen infolge von Einheitskräften erzeugt, liefert die Betriebsschwingformanalyse quantitative Verformungen infolge dynamischer Erregerkräfte im Frequenzbereich.
Mit Hilfe eines solchen Modaltests und den entsprechenden Messungen lassen sich Maßnahmen zur Schwingungsreduzierung ableiten, reale Versuchsergebnisse können verifiziert werden und durch eine Variation der Parameter erhalten wir ein besseres Verständnis für das mechanische Verhalten der Struktur.
Wie funktioniert eine Modalanalyse?
Am einfachen realen Beispiel der Messung eines Maschinenrahmens zeigen wir Funktionsweise und Ergebnisse einer Modalanalyse:
Sie sehen links die Eigenformen eines Maschinenrahmens in einer elastischen und gedämpften Aufstellung - rechts im Vergleich in einer starren Aufstellung.
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