Schwingungsprüfung und Kontaktmechanik

Im Rahmen unserer Forschung entwickeln wir innovative Messverfahren zur Untersuchung von Schwingungen und Kontaktvorgängen und setzen diese prototypisch in unseren Laboren um.

Eine zentrale Rolle spielen dabei nichtlineare Vorgänge wie Reibung und Stöße, welche für die Dämpfung von Turbomaschinenschaufeln und für neuartige Konzepte zur Schwingungsminderung ausgenutzt werden. Unsere experimentellen Untersuchungen sind die Basis, um die von uns entwickelten Methoden der Modellierung und Simulation zu validieren oder Kenngrößen sowie daten-basierte Modelle zu identifizieren.

Neben Triebwerksschaufeln untersuchen wir im Rahmen der Grundlagenforschung auch akademisch motivierte und projekt-spezifisch konstruierte Strukturen. Die Dynamik dieser Strukturen ist dabei wesentlich von Reibungsdämpfung und/oder Stoßvorgängen beeinflusst. Erst durch diese Konstruktionen können wir die Grenzen der von uns entwickelten Methoden bestimmen und erweitern.

Die von uns entwickelten Methoden zur experimentellen Untersuchung von Schwingungen basieren dabei auf Regelungskonzepten. Erst die Regelung der Anregung ermöglicht es uns, die komplexe Dynamik unserer Strukturen messbar zu machen.

Die trockene Reibung in Fügestellen ist verantwortlich für den Großteil der Dämpfung von Luft- und Raumfahrtstrukturen. Auch wenn die Bauteile mehrere Millimeter weit schwingen, liegen die relativen Bewegungen (Gleitwege) in den stark vorgespannten Kontakten im Sub-Mikrometer-Bereich. Auf der Längenskala spielt die Topographie der Oberfläche eine entscheidende Rolle; diese ist das Ergebniss von Fertigung und Verschleiß. Wir entwickeln Multi-Skalen-Methoden um die Reibdämpfung vorhersagbar zu machen und validieren diese in unseren Laboren.

Das von uns entwickelte Black-Metal-Tribometer ist weltweit einzigartig und ermöglicht die Vermessung von Kontakten mit noch nie dagewesener Präzision. Kraft-Weg-Zusammenhänge können sowohl für den Normalkontakt als auch für die Reibung (tangential zur Oberfläche) mit Milli-Newton- und Nano-Meter-Auflösung erfasst werden. Schlüssel zu dieser Präzision sind neben modernster Messtechnik die dank Festkörpergelenken spiel- und reibfreie Führung der Bewegung.

Für unsere Forschung nutzen wir Messinstrumente auf dem höchsten Stand der Technik. Rapid-Contro-Prototyping-Systeme ermöglichen die schnelle und passgenaue Implementierung der von uns entwickelten Regelungsmethoden. Durch verschiedene elektrodynamische Schwingerreger (Shaker) können wir Kraft- und Fußpunktanregung im Bereich von Milli-Newton bis über zehn Kilo-Newton aufprägen.

Mehrere Laservibrometrie-Systeme ermöglichen die berührungslose und hochpräzise Vermessung der Schwingungen,  ohne dabei die Dynamik der untersuchten Strukturen zu beeinflussen. Das an der Universität Stuttgart einzigartige Multipoint-Vibrometer ermöglicht die zeitgleiche Vermessung mit 24 Sensorköpfen, die sich beliebig kombinieren lassen um die räumliche Bewegung zu erfassen. Die zeitgleiche Messung ist entscheidend, da die von uns untersuchten Vorgänge oft nicht-periodisch oder transient sind.

Darüber hinaus sind wir mit hochwertiger Messtechnik zur Kraft- und Beschleunigungssensorik sowie einem kommerziellen Modul für die lineare Modalanalyse ausgestattet.