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Optische Technologien für die Untersuchung von Schwingungen

Optische Hochgeschwindigkeitsverfahren werden aufgrund des ansteigenden Bedarfs komplexer dynamischer Analysen zur Untersuchung der Strukturdynamik bald die Regel sein. Europäische Forscher verglichen drei solcher Vollfeld-Technologien.
Optische Technologien für die Untersuchung von Schwingungen
Die moderne Kameraelektronik ist in einem solchen Maße fortgeschritten, dass äußerst komplexe und schnell variierende Schwingungen gemessen und beobachtet werden können. Die Wissenschaftler des Projekts TEFFMA (Towards experimental full field modal analysis) untersuchten und verglichen drei Technologien: Die Speckle-Interferometrie (electronic speckle pattern interferometry, ESPI); die digitale Bildkorrelation (digital image correlation, DIC) und die Laser-Doppler-Anemometrie (scanning laser doppler velocimetry, SLDV). Alle drei Technologien gelten als Vollfeld-Technologien, da mit diesen gleichzeitig große Bereich gemessen werden können.

Die ESPI-, DIC- und SLDV-Verfahren werden am häufigsten zur Untersuchung der Strukturdynamik von Leichtbaukomponenten verwendet, die besonders empfindlich auf Schwingungen reagieren. TEFFMA setzte mit dem Bau eines Framework an, um unter Anwendung jeder Technologie Instrumente speichern zu können. Es wurde eine Software geschrieben, um die Datenerfassung, die Visualisierung und den Instrumentenvergleich handhaben zu können. Für die Untersuchung wurden angemessene strukturdynamische Probleme ausgewählt.

Die Forscher nahmen für jeden Testfall Messungen. Begonnen wurde mit einer schwingenden Leichtbauplatte, wobei alle drei Technologien gleichzeitig angewandt worden waren. Es wurden breite Frequenzbereiche verwendet, um Vergleichskennzahlen zu erhalten.

Über TEFFMA wurden basierend auf den Übertragungsfunktionen unter Abbildung des dynamischen Verhaltens jeder Struktur gegenüber dem Schwingungsinput experimentelle Vollfeld-Modelle erstellt. Da bei jedem Instrument dieselbe Struktur verwendet worden war, konnten Unterschiede aufgrund von Beschränkungen und Fehlern vermieden werden.

Dynamische Rotationen und Oberflächenbelastungen lassen sich auf Grundlage der Vollfeld-Übertragungsfunktionen berechnen und als experimentelle Modelle in dem Frequenzbereich abbilden. Die Belastungsabbildungen können daraufhin zur Erstellung von Gefahrenkartierungen und Fehlertoleranzbewertungen sowie zur Vorhersage von Erschöpfung und Beschädigung genutzt werden. Da Daten zu allen drei Verfahren verfügbar waren, wurden weitaus genauere Resultate erzielt, indem Probleme mit einzelnen Verfahren enthüllt und vielfältigere sowie konsistentere nummerische Modelle ermöglicht wurden.

Der Projektansatz für koordinierte Vollfeldmessungen wird zu Anwendungsmöglichkeiten im Bereich des mechanischen Maschinenbaus und in zahlreichen weiteren Gebieten führen. Hierzu zählen die Raumfahrt- und Fahrzeugtechnologien, das Testen elektronischer Komponenten unter widrigen Umgebungsbedingungen, eine fortschrittliche Analyse zum Verhalten von Materialien, eine Risikobewertung sowie die Qualitätskontrolle bei der Herstellung.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Optische Technologien, Schwingung, TEFFMA, ESPI, DIC, SLDV
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