2015 Einzelprojekt

Ermüdung bei nicht normalverteilten Schwingungen

Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung und Validierung eines Verfahrens, das die Anwendung frequenzbasierter Methoden zur Bewertung der Betriebsfestigkeit metallischer Strukturen auf reale nicht normalverteilte Betriebslasten ausweitet.

links: Schädigungsbewertung auf Grundlage normal- bzw. nicht normalverteilter Betriebslasten rechts: Schienenfahrzeuge unterliegen u.a. nicht normalverteilten Betriebslasten

Bei der Bewertung der Betriebsfestigkeit metallischer Strukturen im Zeitbereich werden gemessene oder berechnete Betriebslasten durch sog. Zählverfahren (z.B. Rainflow Counting) hinsichtlich ermüdungsrelevanter Spannungen untersucht. Das hieraus gewonnene Lastkollektiv ermöglicht unter Anwendung von geeigneten Schädigungshypothesen eine Bewertung der Betriebsfestigkeit. Derartige Auslegungsverfahren erfordern die Kenntnis der Betriebslasten im Zeitbereich, welche durch kostenintensive Messungen an der Struktur im betrieblichen Einsatz oder durch rechenintensive Simulationen gewonnen werden können. Speziell bei zufälligen Schwingungen sind diese zeitbasierten Rechenverfahren infolge hoher Rechenzeiten zur Bewertung der Betriebsfestigkeit in typischen Entwicklungsprozessen nur bedingt einsetzbar.

Alternativ dazu stehen PSD (Power Spectral Density) basierte Simulationsverfahren für zufällige Schwingungen zur Verfügung, die hinsichtlich der Rechenzeit wesentlich effektivere Simulationen ermöglichen. Gleichzeitig stehen gut etablierte Verfahren zur Verfügung, die – vergleichbar mit dem Rainflow Counting im Zeitbereich – eine Bestimmung des Lastkollektivs im Frequenzbereich ermöglichen. Allerdings unterliegen diese Verfahren der Einschränkung normalverteilter Signalverläufe. In vielen Anwendungsbereichen sind Betriebslasten jedoch nicht normalverteilt, was den Einsatz gängiger frequenzbasierter Verfahren zur Bewertung der Betriebsfestigkeit ausschließt.

Mit Entwicklung eines Verfahrens, das die hinsichtlich der Simulationszeit sehr effektiven Methoden im Frequenzbereich auf nicht normalverteilte Lastverläufe erweitert, soll diese Lücke geschlossen werden. Dies würde den Zugang PSD-basierter Methoden zu einer Vielzahl praxisrelevanter Anwendungsbereiche bedeuten.

Projektfinder
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Forschungsverbünde

In strategisch wichtigen Bereichen werden von der Forschungs­stiftung auch Forschungs­verbünde initiiert und gefördert.

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