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Maren Scheel

Frau Dr.-Ing.

Gruppenleiterin „Experimentelle Methoden“ im Bereich Strukturmechanik
Institut für Luftfahrtantriebe

Kontakt

+49 711 685 63655
+49 711 685 63505

Visitenkarte (VCF)

Pfaffenwaldring 6
70569 Stuttgart
Deutschland
Raum: 2/31

Fachgebiet

Ein technologischer Schlüssel für ressourcenschonende Maschinen in Luft- und Raumfahrt, Energieindustrie oder im Automobilbau ist der Leichtbau. Leichte, schlanke Strukturen sind aber schwingungsanfälliger. Für den sicheren Betrieb von modernen Maschinen ist es daher unerlässlich, das Schwingungsverhalten genau und zuverlässig vorherzusagen und zu analysieren. Essentiell um diese Vorhersagen zu validieren sind genaue und zuverlässige Messdaten.

Die erhöhten Anforderungen an Genauigkeit und Zuverlässigkeit führen dazu, dass nichtlineare Schwingungsphänomene nicht mehr vernachlässigt werden können. Nichtlineare Zusammenhänge zwischen den wirkenden Kräften und der Bewegung einer Struktur entstehen beispielsweise aufgrund von Fügestellen wie Schraub- oder Steckverbindungen oder durch das schlanke Design von Bauteilen und damit verbundenen großen Schwingungsamplituden.

Meine Forschung beschäftigt sich daher damit, neue Messverfahren zu entwickeln, welche nichtlineares Schwingungsverhalten berücksichtigen. Die Messverfahren beruhen auf innovativen Regelungskonzepten für die Anregung der Strukturen. Darauf aufbauend entwickele ich Methoden, um experimentelle und daten-getriebene Modelle der Bauteile zu erstellen. Meine Vision ist es, dass diese innovativen Messverfahren und experimentellen Modelle die Grundlage bilden, um moderne und zukünftige Maschinen schwingungssicher auszulegen.

Stichworte

  • Nichtlineare Moden

  • Experimentelle Modalanalyse

  • Nichtlineare Systemidentifikation

  • Experimentelle Schwingungsanalyse

  • Dynamische Substrukturtechnik

  • Dynamik reibungsgedämpfter Strukturen

Wir bieten innerhalb der Strukturmechanik Gruppe laufend Abschlussarbeiten zu diesem Themengebiet an. Wenn Sie Interesse haben, schreiben Sie mir bitte eine E-Mail.

Onlineauftritt auf LinkedIn , ResearchGate und ORCiD .

Aktuell

Begleiteter Online-Kurs: Wissenschaftliches Arbeiten in der LRT (Wintersemester, Modulnummer 106180, siehe C@MPUS )

Bachelor Luft- und Raumfahrttechnik

Begleiteter Online-Kurs: Wissenschaftliches Arbeiten in der LRT – Wintersemester 2022/2023

Einführung in die Festigkeitslehre – Wintersemester 2016/2017

Master Luft und Raumfahrttechnik

Strukturdynamik – Sommersemester 2017 – Wintersemester 2022/23

Seit Januar 2023 Post-Doc und Gruppenleiterin am Institut für Luftfahrtantriebe, Universität Stuttgart

September 2022: Promotion mit Dissertation “Experimental Nonlinear Modal Analysis - Method development with particular focus on nonlinear damping”

Juni – Juli 2023: Gastwissenschaftlerin an der Rice University, Houston, Texas, USA im Rahmen des Tribomechadynamics Research Camp

2016 – 2022: Akademische Mitarbeiterin und Doktorandin am Institut für Luftfahrtantriebe, Universität Stuttgart

2013 – 2016: Masterstudium des Maschinenbaus an der Universität Stuttgart

Juni – Juli 2015: Gastwissenschaftlerin bei Sandia National Laboratories und University of Mexico, Albuquerque, New Mexico, USA im Rahmen des Sandia Nonlinear Mechanics and Dynamics Summer Research Institute

März – Oktober 2015: Auslandstudium an der Chalmers University of Technology in Göteborg, Schweden

September 2014 - Januar 2015: Auslandstudium an der TU Delft, Niederlande

2009 – 2013: Bachelorstudium des Maschinenbaus an der Universität Stuttgart

Entwicklung der nichtlinearen experimentellen Substrukturtechnik zur Vorhersage von Schwingungen gekoppelter Strukturen

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Methode zur experimentellen Substrukturtechnik von großen Strukturen wie Windkraftanlagen, wobei geometrische Nichtlinearitäten und nichtlineare Dämpfung besondere Beachtung finden. Die Methode ermöglicht es erstmals, das resonanznahe nichtlineare Schwingungsverhalten von Strukturen präzise vorherzusagen, deren rein experimentelle Untersuchung praktisch nicht durchführbar wäre.

Beteiligter Mitarbeiter: Patrick Hippold

Ich danke der Baden-Württemberg Stiftung für die finanzielle Unterstützung der Forschungsarbeit im Rahmen des Eliteprogramms für Postdoktorandinnen und Postdoktoranden.



Virtual flutter testing of next-generation aircraft prototypes: fundamental research on predictive and data-based methods

Ziel dieses Projekts ist es, einen wegweisenden Beitrag zu virtuellen Flattertests von Flugzeugen der nächsten Generation zu leisten. Der Schwerpunkt liegt auf nichtlinearen aeroelastischen Wechselwirkungen von Tragflächen in Unterschallströmungen und auf der strukturellen Dämpfung durch Reibungsverbindungen. Darüber hinaus werden Metamaterialien und schwingungsdämpfende Vorrichtungen betrachtet, die aussichtsreich sind, um die Flattersicherheit von Flugzeugen der nächsten Generation zu gewährleisten.

In Kooperation mit dem Institut für Aerodynamik und Gasdynamik (IAG) und dem Institut für Statik und Dynamik der Luft- und Raumfahrtkonstruktionen (ISD)

Gefördert durch die Forschungs-Programmatik „Luft- und Raumfahrt 2050, Nachhaltig–Digital–K ooperativ“ durch Mittel des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg

Advancement of control-based nonlinear vibration testing – Masterarbeit, 2023, Universität Stuttgart

Das Phasenresonanzverfahren ist eine experimentelle Methode zur Ermittlung nichtlinearer modaler Parameter mechanischer Bauteile. Bei dieser Methode wird eine Phasenregelschleife (PLL) verwendet, um das System in Phasenresonanz zu halten, während das Erregungsniveau variiert wird. Allerdings ist dieser Ansatz derzeit mit einigen Einschränkungen verbunden. Die Arbeit soll die Frage beantworten, wie die reglerbasierte, nichtlineare Schwingungsprüfung auf zwei Arten robuster, präziser und schneller gemacht werden kann: Erstens sollen höherharmonische Anteile der Anregungskraft aufgrund von Struktur-Schwingerreger-Wechselwirkungen durch einen zusätzlichen Regelkreis eliminiert werden. Zweitens soll ein systematisches Auslegungsverfahren für die Parameter der Phasenregelschleife entwickelt werden, um eine stabile, robuste und schnelle Regelung mit begrenztem Wissen über das zu prüfende System zu erreichen.

Die Ergebnisse wurden in zwei begutachteten Artikeln veröffentlicht, und der Student präsentierte die Ergebnisse auf der International Modal Analysis Conference (IMAC) 2025 in Orlando, Florida, USA.

Nichtlineare experimentelle Modalanalyse mit multiharmonischer Anregung – Bachelorarbeit, 2020, Universität Stuttgart

Das Phasenresonanzverfahren ist eine experimentelle Methode zur Ermittlung nichtlinearer modaler Parameter mechanischer Bauteile. Bei dieser Methode wird eine Phasenregelschleife (PLL) verwendet, um das System in Phasenresonanz zu halten, während das Erregungsniveau variiert wird. Üblicherweise soll die aufgeprägte Anregungskraft dabei rein harmonisch sein. In dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit sich die Robustheit des Phasenresonanzverfahrens durch eine Anregung mit höherharmonischen Anteilen steigern lässt.

Numerische Modellierung eines reibungsbehafteten Balkens - Masterarbeit, 2019, Universität Stuttgart

Konzeption, Auslegung und Konstruktion eines Versuchsstandes für die Untersuchung dissipativer Strukturen - Masterarbeit, 2018, Universität Stuttgart

Bertha-Benz-Preis (2023) für eine herausragende Dissertation, Daimler und Benz Stiftung

Südwestmetall-Förderpreis (2023) für eine herausragende Dissertation, Südwestmetall Verband der Metall- und Elektroindustrie Baden-Württemberg

Publikationspreis der Universität Stuttgart (2023) für den Artikel: Scheel, M.: Nonlinear modal testing of damped structures: Velocity feedback vs. phase resonance. Mechanical Systems and Signal Processing 165, 108305, 2022

Amelia Earhart Fellowship (2021) von Zonta International

Reviewer of the Year 2020 der Fachzeitschrift Journal of Vibration and Acoustics

Harting Award (2020) der Fachzeitschrift Experimental Techniques für den herausragenden Artikel „State-space Dynamic Substructuring with the Transmission Simulator method“

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