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Strukturmechanik
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PSD-Analyse: Berechnung zufallserregter Schwingungen

Der virtuelle Rütteltisch: geschüttelt, nicht gerührt - hier wird nichts dem Zufall allein überlassen.

Übersicht

Seminar Experte

Erlernen Sie die Analyse von Zufallsschwingungen und deren Anwendung in der Praxis – von der Theorie bis zur Ermüdung von Bauteilen per virtuellem Shaker-Test. Diese Schulung wird als 2-tägiges Seminar angeboten.

Dauer
2 Tage

Voraussetzungen
Grundwissen in Ansys Mechanical

Verwendete Software
Ansys Mechanical

Nutzen
  • Wahrscheinlichkeit präzise erfassen.
  • PSD-Grundlagen verstehen.
  • Shaker-Tests simulieren.
  • Bauteillebensdauer ermitteln.

Beschreibung

Im Mittelpunkt dieses Seminars steht die Power Spectral Density (PSD) Analyse, eine Schlüsseltechnik zur Untersuchung der Antwort von Strukturen auf Zufallsanregungen mit spektralen Leistungsdichten. Teilnehmer lernen, wie PSD-Analysen zur Bewertung der Betriebsfestigkeit und Schädigungsakkumulation eingesetzt werden können. Besonderes Augenmerk liegt auf dem Verständnis und der Simulation klassischer PSD-Aufgaben mit Ansys Mechanical, einschließlich der Simulation eines Shaker-Tests, bei dem Bauteile auf der Rüttelplatte bis zum Anriss geprüft werden. Der Kurs gibt wertvolle Hinweise zum atypischen Einsatz von Submodelltechnik und Component-Mode Synthesis (CMS) zur Effizienzsteigerung bei rechenintensiven Analysen. Praktische Übungen, darunter die Anwendung von Python-Skripten zur Signalanalyse und Validierungstechniken mittels analytischer Formeln, fördern das Verständnis der notwendigen stochastischen Methoden und bauen Vertrauen in die Simulationsergebnisse auf.

Dieses Seminar richtet sich an Ingenieure mit soliden Grundkenntnissen in Ansys Mechanical und Erfahrungen in dynamischen Analysen, wie sie etwa im CADFEM Seminar Strukturdynamik und Schwingungstechnik erlernt werden. Die Kombination aus theoretischem Wissen und praxisnahen Simulationen bietet wertvolle Fertigkeiten zur Bewertung der Zuverlässigkeit von Bauteilen unter PSD-Anregung.

Detaillierte Agenda für diese 2-tägige Schulung

Tag 1

01 Signale und Strukturantworten

  • Dynamischer Lastfaktor 2: nicht immer die beste Wahl
  • PSD-Analyse vs. transiente Analyse: ein Vergleich
  • Modale Superposition (MSUP) als Methode der Wahl für die lineare Dynamik
  • Auswahl des passenden Analysetyps zur PSD Analyse
  • Demonstrator: Fahrt auf holpriger Straße interpretiert als Leistungsdichtespektrum

02 Die Theorie-Werkzeugkiste

  • Signalanalyse: Ein Upgrade für Ingenieure
  • Die Bedeutung der Fourier-Analyse
  • Das Leistungsdichtespektrum (PSD) verstehen
  • Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen und deren Nutzen
  • Übung: Signalanalyse verschiedener Zeitreihen unter Verwendung eines Python-Skripts

03 Vom Modellaufbau zur Standardabweichung

  • PSD-Analyse in Ansys Workbench aufsetzen
  • Bewährter Leitfaden: Netzgenerierung, Setup Modalanalyse, Massenbilanz
  • Eingabeparameter für PSD-Analysen entschlüsseln
  • Postprocessing-Möglichkeiten erkunden
  • Die Standardabweichung 1-sigma als wichtigstes Resultat
  • Übung: Shaker-Test an einer Felge

04 Ergebnisprüfung bei zufallserregten Schwingungen

  • Vertrauen in PSD-Ergebnisse gewinnen
  • Statische Vor-Analysen für Ergebnisabschätzungen nutzen
  • Einfache Kontrollrechnung mit der Miles-Gleichung
  • Ergebnisse der transienten- und der PSD-Analyse vergleichen
  • Übung: Fußpunktanregung mit weißem Rauschen

Tag 2

05 Besonderheiten der PSD-Analyse

  • Dämpfung und ihre Bedeutung in PSD-Analysen
  • Bewährte Techniken zur Modellbildung
  • Schrauben und andere vorgespannte Strukturen
  • Umgang mit Nichtlinearitäten wie Hyperelastizität oder Kontakt
  • Fehlende Phaseninformation - Achtung bei Kontaktkräften und von-Mises Spannung
  • Übung: Haltekräfte auf einer Leiterplatte (PCB) berechnen

06 Ermüdungsanalyse im Kontext von PSD-Analysen

  • Fortgeschrittenes Postprocessing: die Level-Crossing-Frequency
  • Ermüdungsansatz nach Steinberg: Anwendung und Grenzen
  • Erste Schritte in der Ermüdungssimulation mittels Fatigue Tool
  • Realistischer als 3-sigma: Spitzenlastabschätzungen durchführen
  • Übung: Schadensberechnung unter statistischer Belastung

07 Submodell Techniken

  • Ergebnisdateien mit cleveren Techniken reduzieren
  • Effizienter Modellaufbau gegenüber Brute-Force-Methode
  • Etagenspektrum als cleverer Ausweg
  • Skriptbasierter Ansatz zur Submodelltechnik in PSD-Analysen
  • Übung: Shaker-Test Kfz-Cockpit mit Spannungsbewertung

08 Nichtlineare PSD mittels CMS

  • Berücksichtigung von Nichtlinearitäten in der PSD mittels transienter Analysen
  • Grundidee des Reduktionsverfahrens Component-Mode-Synthesis (CMS)
  • Unterschiede zwischen herkömmlicher MSUP und CMS
  • Komfortable Nutzerführung zur CMS-Anwendung in Workbench

Ihre Referenten

Oliver Siegemund
Leiter Support, CADFEM Germany GmbH, Chemnitz
Klaus-Dieter Schönborn
Berechnungsingenieur, CADFEM Germany GmbH, Stuttgart

Einordnung in den CADFEM Lernpfad

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Das sagen CADFEM Kunden

Raphael Gutser

Gute fachliche Tiefe und verständliche Darstellung, sehr wertiges Seminar.

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Bereichsleiter Professional Development
Dr.-Ing. Marold Moosrainer