TY - THES

T1 - Entwicklung einer Prüfvorrichtung für Hochtemperaturversuche an einem elektrodynamischen Shaker

AU - Prommegger, Marco

N1 - gesperrt bis 13-12-2024

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Prüfvorrichtung, die es ermöglicht Hochtemperaturversuche an einem elektrodynamischen Shaker durchzuführen. Der elektrodynamische Shaker ist ein hochfrequentes Prüfsystem, welches am Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau an der Montanuniversität in Leoben zur Verfügung steht. Mit diesem System können Schwingfestigkeitsversuche bis zu einer Schwingspielzahl von 1E9 in wirtschaftlich vertretbarer Zeit gemacht werden. Zur Aufbringung einer Kraft nutzt der Shaker Resonanzeffekte einer Struktur und der damit verbundenen großen Verstärkung der Beschleunigungsamplituden. Dieses Prüfsystem soll um eine Wärmekammer für isotherme Versuche bis zu einer Temperatur von 350°C erweitert werden. Eine wesentliche Anforderung an die Prüfvorrichtung, die den Shaker mit der Wärmekammer verbindet, ist es ohne zusätzliche Kühlung auszukommen. Mithilfe Parameterstudien mit einem Finite-Elemente-Programm werden ideale Dimensionen sowie Werkstoffe für die Prüfvorrichtung ausgewählt. Das Ergebnis ist eine Konstruktion bestehend aus drei Teilen. Ein Titanflansch und ein Stahlflansch, welche durch ein Keramikzwischenstück verbunden sind. Mithilfe von Modalanalysen werden Eigenfrequenzen, Eigenmoden und Beteiligungsfaktoren bestimmt. Dadurch ist es möglich die Vorrichtung strukturdynamisch zu optimieren, um sie möglichst variabel im Bezug auf Prüffrequenzen einsetzen zu können. Verstärkungskurven und die Spannungen im Prüfquerschnitt werden mit Frequenzganganalysen unter Berücksichtigung der Rayleigh-Dämpfung bestimmt. Durch Versuche mit einem elektrodynamischen Shaker und der gefertigten Teile, kann ein Unterschied in der Resonanzfrequenz zwischen Simulation und realen System von 6,5% festgestellt werden. Dies ist eine nur geringe Abweichung, zurückzuführen auf Einflüsse wie Kontaktbedingungen und Elementanzahl im Simulationsmodell, welche das System versteifen. Der Dämpfungsgrad des realen Systems ist um 50% niedriger als der Wert, der für die Simulation verwendet wurde. Diese Differenz ist der schwer zu beschreibenden Dämpfung und den konservativen Werten für den Dämpfungsgrad der Literatur zuzuschreiben. Ein geringerer Dämpfungsgrad ist positiv, da somit die maximale Verstärkung des Systems größer ist, als in der Simulation berechnet. Dehnungen werden mittels Dehnungsmessstreifen gemessen und die Spannungen im Prüfquerschnitt berechnet. Die Abhängigkeit zwischen vorgegebener Beschleunigung und gemessenen Spannungsniveau ist durch eine lineare Beziehung gegeben. Bei größeren Belastungen, wie sie für Ermüdungsversuche verwendet werden, kann ein Fehler zwischen gemessenen und berechneten Werten von ca. 3% festgestellt werden. Ermüdungsversuche an zwei Belastungsniveaus zeigen gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen von Versuchen am bestehenden Prüfaufbau. Durch die Validierung der Simulationsergebnisse mit Versuchen am Shaker kann somit die volle Funktionstüchtigkeit der Prüfvorrichtung festgestellt werden.

AB - Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Prüfvorrichtung, die es ermöglicht Hochtemperaturversuche an einem elektrodynamischen Shaker durchzuführen. Der elektrodynamische Shaker ist ein hochfrequentes Prüfsystem, welches am Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau an der Montanuniversität in Leoben zur Verfügung steht. Mit diesem System können Schwingfestigkeitsversuche bis zu einer Schwingspielzahl von 1E9 in wirtschaftlich vertretbarer Zeit gemacht werden. Zur Aufbringung einer Kraft nutzt der Shaker Resonanzeffekte einer Struktur und der damit verbundenen großen Verstärkung der Beschleunigungsamplituden. Dieses Prüfsystem soll um eine Wärmekammer für isotherme Versuche bis zu einer Temperatur von 350°C erweitert werden. Eine wesentliche Anforderung an die Prüfvorrichtung, die den Shaker mit der Wärmekammer verbindet, ist es ohne zusätzliche Kühlung auszukommen. Mithilfe Parameterstudien mit einem Finite-Elemente-Programm werden ideale Dimensionen sowie Werkstoffe für die Prüfvorrichtung ausgewählt. Das Ergebnis ist eine Konstruktion bestehend aus drei Teilen. Ein Titanflansch und ein Stahlflansch, welche durch ein Keramikzwischenstück verbunden sind. Mithilfe von Modalanalysen werden Eigenfrequenzen, Eigenmoden und Beteiligungsfaktoren bestimmt. Dadurch ist es möglich die Vorrichtung strukturdynamisch zu optimieren, um sie möglichst variabel im Bezug auf Prüffrequenzen einsetzen zu können. Verstärkungskurven und die Spannungen im Prüfquerschnitt werden mit Frequenzganganalysen unter Berücksichtigung der Rayleigh-Dämpfung bestimmt. Durch Versuche mit einem elektrodynamischen Shaker und der gefertigten Teile, kann ein Unterschied in der Resonanzfrequenz zwischen Simulation und realen System von 6,5% festgestellt werden. Dies ist eine nur geringe Abweichung, zurückzuführen auf Einflüsse wie Kontaktbedingungen und Elementanzahl im Simulationsmodell, welche das System versteifen. Der Dämpfungsgrad des realen Systems ist um 50% niedriger als der Wert, der für die Simulation verwendet wurde. Diese Differenz ist der schwer zu beschreibenden Dämpfung und den konservativen Werten für den Dämpfungsgrad der Literatur zuzuschreiben. Ein geringerer Dämpfungsgrad ist positiv, da somit die maximale Verstärkung des Systems größer ist, als in der Simulation berechnet. Dehnungen werden mittels Dehnungsmessstreifen gemessen und die Spannungen im Prüfquerschnitt berechnet. Die Abhängigkeit zwischen vorgegebener Beschleunigung und gemessenen Spannungsniveau ist durch eine lineare Beziehung gegeben. Bei größeren Belastungen, wie sie für Ermüdungsversuche verwendet werden, kann ein Fehler zwischen gemessenen und berechneten Werten von ca. 3% festgestellt werden. Ermüdungsversuche an zwei Belastungsniveaus zeigen gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen von Versuchen am bestehenden Prüfaufbau. Durch die Validierung der Simulationsergebnisse mit Versuchen am Shaker kann somit die volle Funktionstüchtigkeit der Prüfvorrichtung festgestellt werden.

KW - Hochtemperaturversuche

KW - Wärmekammer

KW - Ermüdungsversuche

KW - Modalanalyse

KW - Frequenzganganalyse

KW - Dynamisches Verhalten

KW - high temperature tests

KW - heating chamber

KW - fatigue tests

KW - modal analysis

KW - frequency response analysis

KW - dynamic behaviour

M3 - Masterarbeit

ER -