Entwicklung einer Methode zur effizienten und berührungslosen Materialparameteridentifikation von Saiteninstrumenten mithilfe parametrisch modellordnungsreduzierter Finite Elemente Modelle

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Eberhard
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455440338

Ziel des Projekts ist es, eine effiziente Model Updating Methode zur Identifikation der Materialparameter von Saiteninstrumenten zu entwickeln, um eine berührungslose Identifikation der Materialparameter bestehender Instrumente zu ermöglichen. Konkrete Anwendungen der Methodik schließen das nachträgliche, zerstörungsfreie Monitoring der Materialparameter in einer Baureihe von Instrumenten, die Messung der Materialparameteränderung bei der Alterung eines Instruments und die Identifikation von Materialparametern kulturell wertvoller Instrumente ein. Alle Ansätze werden durch Experimente validiert.Es bestehen bereits ein experimenteller Aufbau zur Identifikation der modalen Parameter von Saiteninstrumenten und ein detailliertes Modell einer Gitarre, das gute Übereinstimmung mit Experimenten zeigt. In diesem Projekt wird zunächst das bestehende Gitarrenmodell inklusive Fluid-Struktur-Interaktion und orthotropem Materialverhalten bis zu dem Punkt weiterentwickelt, an dem unbekannte Materialparameter den größten Modellfehler darstellen. Dabei liegt der Fokus auf einer Verbesserung des Luftmodells und einer detaillierteren Modellierung der Beleistung im Inneren der Gitarre. Die Materialparameter des Modells werden dann mittels eines bewährten Finite Elemente Model Updating Verfahrens wie der Sensitivitätsmethode identifiziert. Dies ist rechenintensiv, verspricht aber gute Ergebnisse für die unbekannten Materialparameter.Hauptziel des Forschungsvorhabens ist daraufhin die Entwicklung eines effizienten Model Updating Verfahrens zur Materialparameteridentifikation mithilfe parametrisch modellordnungsreduzierter Modelle. Mit parametrischer Modellordnungsreduktion kann die Anzahl Freiheitsgrade und damit der Rechenaufwand bei erhaltener Parameterabhängigkeit signifikant reduziert werden. Dadurch ist eine deutliche Verringerung der Rechenzeit beim Model Updating zu erwarten.Als Alternative werden datenbasierte inverse Modelle zur direkten Materialparameteridentifikation aus experimentell bestimmten modalen Parametern evaluiert. Ein datenbasiertes Modell verspricht nach einer einmaligen aufwendigen Lernphase, während der viele Trainingsdaten mit dem numerischen Modell erstellt werden müssen, eine sehr schnelle Identifikation der Materialparameter direkt aus experimentell bestimmten modalen Parametern.Neben der Methodik zur effizienten Identifikation der Materialparameter mit numerischen Modellen wird ein komplett berührungsloser Versuchsaufbau zur experimentellen Identifikation der modalen Parameter von Saiteninstrumenten entwickelt. Bisher werden bewährte Methoden der experimentellen Modalanalyse mit kontaktbehafteter Impulsanregung zur Identifikation der modalen Parameter verwendet. Eine völlig berührungslose Messung ist aber sehr wünschenswert, vor allem bei der Untersuchung von alten und kulturell wertvollen Instrumenten, und wird daher hier entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Pascal Ziegler