Projekt-/Abschlussarbeit:

Ermittlung eines robusten Prozesses zur Bestimmung der Werkstoffdämpfung

 

Um dynamisch belastete Bauteile in Triebwerken, wie beispielsweise die Beschaufe-lung, richtig auszulegen, ist es essentiell über detaillierte Kenntnisse des Schwingver-haltens dieser Bauteile zu verfügen. Ein wichtiger Bestandteil des Schwingverhaltens ist die Dämpfung, die sich aus mehreren Komponenten zusammensetzt. Ein sehr geringer und deshalb bisher vernachlässigter Anteil ist die Werkstoffdämpfung des jeweiligen Materials. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein robuster Prozess ermittelt werden, um die Werkstoffdämpfung bei verschiedenen Temperaturen und Spannungen zu bestimmen. Die Versuche erfolgen mithilfe eines bestehenden Prüfstands, der Schwingungstests im Vakuum mit einer Anregung durch einen elektrodynamischen Shaker ermöglicht. Die Werkstoffprobe kann simultan durch eine Induktionsspule aufgeheizt werden. Für die Ermittlung des Prozesses, werden zunächst Anforderungen aus der theoretischen Darle-gung abgeleitet. In Hinblick auf diese Anforderungen werden daraufhin die Einflussparameter der Probengeometrie, der Probeneinspannung, des Luftdrucks und der Tempe-ratur untersucht und auf einen optimalen Wert festgelegt. Die Auswahl eines geeigneten Messverfahrens erfolgt durch Untersuchung verschiedener Anregungs- und Auswerte-verfahren. Dabei wird die Anregung sowohl durch ein weißes Rauschen als auch durch einen Sweep vorgenommen und diskutiert. Die Dämpfung wird durch die Halbwerts-breitenmethode und das Circle-Fit Verfahren ausgewertet und die Ergebnisse miteinan-der verglichen.


Der schließlich definierte Prozess liefert für kleine bis mittlere Spannungen unter Raumtemperatur gute Ergebnisse durch die Auswertung mit der Halbwertsbreiten-methode. Die Ermittlung unter Temperatur ist jedoch mit dem gewählten Messverfahren nicht möglich, da die geringen Temperaturschwankungen das System während der Mes-sung zu stark beeinflussen. Bei großen Schwingamplituden verhält sich das System nicht linear und ist mit den untersuchten Auswerteverfahren nicht korrekt bestimmbar, da beide Verfahren Linearität voraussetzen.

It is essential to possess detailed knowledge about vibration behavior of dynamically strained parts of jet engines, such as blades, in order to design them correctly. Damping is an important part of vibration behavior. It consists of various damping components. A minor component is material damping, which was neglected up until this point. In terms of this bachelor’s thesis, a robust process is to be found to determine material damping properties for various temperatures and strains. The tests are conducted on an existing test-bed that provides the possibility of vibrational testing in a vacuum chamber and excitation by an electrodynamic shaker. Simultaneously, the specimen can be heated up by inductive heating. In order to determine the procedure, at first, requirements are de-rived from the theoretical background. According to these requirements influence quan-tities of the specimen’s geometry, mounting, air pressure and temperature are examined and an optimal value for each influence quantity is found. An appropriate measurement procedure is attained by examining various excitation techniques and evaluating meth-ods. For this purpose both excitation by white noise and sweep are reviewed. The damp-ing properties are evaluated by determining the half-width value as well as using the Circle-Fitting method. The results of these methods are compared afterwards.


The determined process provides good results for small oscillation amplitudes and room temperature by using the half-width value. The determination of damping properties under higher temperatures is not possible because the influence of even small tempera-ture variations is too big. For bigger strains the system’s behavior is no longer linear and thus cannot be interpreted by the examined evaluation methods since both methods require linearity.

Autor:

Adina Grimmert


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  1. Projektdokumentation