Schädigungsäquivalente Anregung (FatiResponse)

Herausforderungen

Der Nachweis der Betriebsfestigkeit von massenkrafterregten Bauteilen unter vibrationsartiger Belastung wird häufig durch Vibrationsprüfung mit breitbandigen Rauschsignalen (Leistungsdichtespektren, PSD) erbracht. Sowohl OEMs als auch Lieferanten stehen vor der Aufgabe, ihre Bauteile schädigungsäquivalent zu den realen Betriebslasten auszulegen und zu qualifizieren. Hierfür benötigen sie bereits in der frühen Designphase geeignete PSD Anregungsspektren. Der Stand der Technik zur Erzeugung der PSD über Fast-Fourier Transformation mit überlappenden Fenstern ergibt dabei in der Regel Spektren, die ohne weitere Skalierung zu deutlicher Über- oder Unterprüfung führen.

IABG Methode FatiResponse

Die bei IABG entwickelte FatiResponse Methode ermöglicht die Analyse von Betriebsschwingungen und die Ableitung von Prüfvorgaben, die für Auslegung und Qualifikation vibrationsbelasteter Bauteile verwendet werden können. Auf Basis eines durchgängigen Dynamik- und Schädigungsmodells wird ein PSD-Prüfspektrum erzeugt, das schädigungsäquivalent zu den gemessenen Betriebslasten ist. Aus der Analyse aller relevanten Betriebszustände können Spektren abgeleitet werden, die die Belastung über die gesamte Lebensdauer für verschiedene Einsatzszenarios abdecken. Die Methode kann dabei das dynamische Systemverhalten sowie die relevanten Schädigungsmechanismen, wie z.B. Ermüdung oder Verschleiß, berücksichtigen. Deren Parameter können in der Regel aus Vorgängerbauteilen abgeschätzt werden. Die Software errechnet die gewünschte Prüfdauer und gibt die zuerwartende Über- oder Unterprüfung hinsichtlich Beanspruchungs-Maximalamplituden aus.

Leistungen
 

Lastdatenerfassung und Aufbereitung

• Sensorapplikation und messtechnische Ausrüstung von Versuchsfahrzeugen
• Durchführung Messkampagnen zur Erfassung von Betriebslasten
• Aufbereitung und Analyse der Messergebnisse

Ableitung schädigungsäquivalenter Prüfvorgaben – Test Tailoring

• Beschreibung von Lastzuständen durch Fatigue-Response Spektren (FRS)
• Kombination von Nutzerprofilen für individuelle Einsatzprofile (Mission Profiling)
• Ableitung schädigungsäquivalenter Prüfspektren und Prüfzeitsignale mittels Fatigue Equivalent Testing Modul (FET)

Qualifizierung

• Durchführung von Vibrationsprüfungen im Frequenzbereich bis 2500 Hz auf elektromechanischen Shakern oder servohydraulischen Schwingtischen mit bis zu 10t Prüflingsmasse, wahlweise unter Klima- und Umweltbedingungen
• FEM-Simulation und rechnerische Betriebsfestigkeitsanalyen

Entwicklungsbegleitung

• Optimierung vibrationsbelasteter Bauteile und Systeme bezüglich dynamischem Verhalten und Lebensdauer
• Werkstoff- und Schadenanalysen zur Problembehebung und Bauteiloptimierung