Simulationsbasierter Entwurf passiver Schwingungsdämpfung mittels verteilter Partikeldämper mit Anwendung auf aktive flexible Mehrkörpersysteme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Robert Seifried
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 352324024

Partikeldämpfer sind einfach zu bauende passive Dämpfungselemente. Hierbei werden Behältnisse mit granularen Partikel befüllt und an die schwingende Struktur angebracht oder darin integriert. Aufgrund der Schwingungen werden die Partikel in Bewegung versetzt und durch Reib- und Stoßvorgängen zwischen den Partikeln wird Energie dissipiert. Dies sind nichtlineare Effekte die zu einem hoch nichtlinearen Verhalten der Partikeldämpfer führen können. Partikeldämpfer sind einfach anzuwenden, auch bei schon existierenden Maschinen. Es konnte gezeigt werden, dass diese Dämpfer mindestens so effektiv wie andere Dämpfungsmethoden sein können. Die Mechanismen der Energiedissipation sind nicht auf eine einzelne Frequenz beschränkt sondern wirken über einen breiteren Frequenzbereich. Darüber hinaus sind Partikeldämpfer sehr anpassungsfähig, beispielsweise durch verschiedene Formen und Größen des Dämpferbehältnisses, der Anzahl der Partikel oder durch verschiedene Materialien. Trotz der großen Effizienz, welche durch experimentelle Studien gezeigt wurde, werden Partikeldämpfer bisher nur in wenigen sehr speziellen Ingenieursanwendungen eingesetzt. Dies mag daran liegen, dass die physikalischen Vorgänge in den Partikeldämpfern sehr komplex sind und noch nicht vollständig verstanden sind. Darüber hinaus basiert momentan der Entwurfsprozess für Partikeldämpfer großteils auf heuristischen Ansätzen sowie experimentellen trial-and-error Strategien.Das Ziel des beantragten Projekts ist die Entwicklung einer simulationsbasierten Entwurfsmethodik zur passiven Schwingungsdämpfung von Maschinen in Leichtbauweise mittels verteilter Partikeldämpfer. Durch solch eine simulationsbasierte Entwurfsmethodik, welche weitgehend unabhängig vom Anwendungsfall ist, wird es ermöglicht Partikeldämpfer auf eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungssysteme zu erweitern. Dies ist gerade für solche Leichtbausysteme interessant wo momentan effiziente passive Schwingungsdämpfungsmethoden fehlen. Zunächst ist vorgesehen kleine Partikeldämpfereinheiten zu entwickeln welche vordefinierte Eigenschaften haben. Diese einzelnen Partikeldämpfer sollen dann eine Art Baukasten bilden, welcher die Grundlage zur Entwicklung eines ganzheitlichen Dämpfungskonzeptes für einzelne Anwendungen bildet. Dabei sollen mehrere dieser Partikeldämpfer, unter Umständen mit unterschiedlichen Charakteristiken, optimal über die schwingende Struktur verteilt werden um maximale Energiedissipation über einen breiten Frequenz- und Amplitudenbereich zu erreichen. Für numerische Untersuchungen werden Modelle basierend auf der Diskreten-Elemente-Methode sowie Makromodelle, welche einfacher in flexible Mehrkörpersysteme eingebunden werden können, entwickelt. Diese Modelle bilden die Basis für die Entwicklung einzelner Partikeldämpfer. Die numerischen Arbeiten werden sehr eng durch experimentelle Untersuchungen begleitet. Als Motivationsbeispiel für die Methoden dient die Anwendung an einem aktiven flexiblen Mehrkörpersystem.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen