Experimentelle Modalanalyse (EMA) und Output-Only Modalanalyse (OMA)

Das „eigene“ Schwingungsverhalten von Maschinen oder Strukturen resultiert im Wesentlichen aus deren Geometrie, den verwendeten Werkstoffen sowie Übergangs- und Randbedingungen. Mathematisch lässt sich dieses „eigene“ Schwingungsverhalten durch sogenannte „Moden“ beschreiben. Jede Mode ist charakterisiert durch drei Größen:

  • Eigenfrequenz,
  • Eigenform und
  • modaler Dämpfungsgrad.

Sind die relevanten Moden einer Maschine oder Struktur bekannt, kann dies maßgeblich zum Verständnis von Schwingungseffekten (z.B. Resonanzeffekte) beitragen. Zusätzlich eröffnen sich Möglichkeiten zur gezielten Optimierung des Schwingungsverhaltens.

Ziel der Modalanalyse ist es, die oben genannten Größen zu bestimmen. Sie kann sowohl an einem digitalen Modell (z.B. FE-Modell), als auch an einer realen Maschine (durch Messung) durchgeführt werden. Dabei können zwei Verfahren unterschieden werden:

Bei der klassischen EMA wird das Schwingungsverhalten des Prüflings in seinem Einbauzustand oder unter "Frei-Frei-Randbedingungen" analysiert. Hierfür wird der Prüfling mit einer ausreichenden Anzahl von meist Beschleunigungssensoren ausgestattet – alternativ können wir auch ein Scanning-Laser-Doppler-Vibrometer (SLDV) einsetzen. Beim Versuch wird der Prüfling typischerweise mit einem (Modal-)Hammer oder einem Shaker angeregt. Das Anregungssignal (Kraft) wird mit einem Kraftsensor erfasst. Mit einer Spezialsoftware werden aus der gemessenen Kraftanregung und den Schwingantworten des Prüflings die modalen Größen ermittelt.

Einer der wesentlichen Unterschiede der OMA ist es, dass bei einer solchen Messung keine definierte äußere Anregung aufgebracht wird. Die Schwingungsanregung erfolgt durch die Umgebung – idealerweise breitbandig. Das Verfahren der OMA kommt ursprünglich aus dem Bereich der Baudynamik, wo zum Beispiel eine breitbandige Anregung durch den Wind erfolgen kann. Bei der Analyse von Maschinenbaustrukturen kann eine eventuell benötigte, zusätzliche breitbandige Anregung durch einen Shaker künstlich erzeugt werden. Auch hier wird eine spezielle Software benutzt, die die modalen Größen extrahiert.

Eingesetzt wird die Modalanalyse vor allem zur:

  • Ermittlung modaler Größen,
    • die einer Modellierung nur schwer zugänglich sind (Dämpfung)
    • z.B. für das Model-Updating (MAC-Werte etc.) eines digitalen Zwillings
  • detaillierten Analyse, um einen Einblick in das Schwingungsverhalten einer Maschine oder Struktur zu erhalten

Unsere Spezialgebiete

_____________

Während einige Aufgabenstellungen – beispielsweise eine effizientere oder zuverlässigere Gestaltung der Produktion sowie die Einhaltung von Arbeitsschutzvorschriften – für alle Maschinentypen ähnlich sind, gibt es in jeder Branche auch individuelle Herausforderungen. Über die letzten Jahrzehnte hinweg konnten wir in unzähligen Projekten für Hersteller und Betreiber von Papiermaschinen und Werkzeugmaschinen wertvolles Spezialwissen in diesen Zweigen aufbauen:

Referenzen

Case Study "Experimentelle Modalanalyse (EMA) eines Elektromotorgehäusesfür FE-Model Updating" 1.60 MB
Case Study "Experimentelle Modalanalyse (EMA) eines Elektromotorgehäuses für FE-Model Updating"

Um die Genauigkeit des Simulationsmodells eines Elektromotors zu erhöhen, sollte für die Firma SIEMENS eine Experimentelle Modalanalyse (EMA) durchgeführt werden. Zu untersuchen waren das Gehäuse eines Elektromotors sowie dessen Statorblechpaket. Anhand der zu ermittelnden modalen Parameter wie Eigenfrequenzen, zugehörige Eigenformen und modale Dämpfungen sollen unsichere Parameter des bestehenden Finite-Element-Modells (FE-Modell) im Rahmen eines Model-Updates angepasst werden.

Um die Case Study in PDF-Form herunterzuladen, füllen Sie bitte das Formular rechts aus. Sie erhalten anschließend das PDF per Mail (Absender: Wölfel-Gruppe, info@woelfel.de)


Kontaktieren Sie uns gerne persönlich

________

Wir beraten Sie gerne bei Fragen rund um Schwingungen und Lärm im Maschinenbau.

Dr.-Ing. Manuel Eckstein
Leiter Simulation + Predictive Maintenance (KI)

Dr.-Ing. Marcus Ries
Leiter Schwingungsmessung + -minderung

+49 931 49708-370
ries@woelfel.de
Kontaktformular