Bachelor-/Masterarbeit: Entwicklung einer Methode für passive, semiaktive und aktive schwingungstechnische Strukturoptimierung von tragwerksanalogen Systemen

Fraunhofer LBF, Strukturdynamik, Schwingungstechnik / 3.7.2019

Die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von technischen Systemen nimmt stetig zu. Dabei stellen die verschiedenen Wechselwirkungen und physikalischen Effekte von dynamischen, mechatronischen Systemen für Entwickler, trotz vieler unterstützender Tools für die virtuelle Produktentwicklung, eine besondere Herausforderung dar. So ist es erforderlich, ein Optimum für sich zum Teil wider­sprechende Zielsetzungen wie z.B. Minimierung der Masse und Maximierung der Steifigkeit bzw. Resonanzfreiheit in einem spezifizierten Frequenzbereich zu erreichen.

Hinzu kommen verschiedene passive (z.B. Tilger), semiaktive (z.B. variable Steifigkeiten) und aktive (z.B. Inertialmassen­erreger) Maßnahmen zur Schwingungsreduktion, deren Effektivität in Gänze nur innerhalb einer ganzheitlichen Betrachtungsweise bewertet werden kann.

Ziel der Arbeiten ist die Entwicklung einer Methodik zur ganzheitlichen Auslegung von schwingungs­technischen Systemen mit Hilfe verschiedener virtueller Tools (CAD, FEM, MKS, Matlab/Simulink), Methoden zur Optimierung (Topologie-, Geometrie-, Bemessungs- und Materialoptimierung mit diversen Algorithmen), sowie Berücksichtigung von passiven, semiaktiven und aktiven Maßnahmen zur Schwingungsreduktion und deren Verifikation anhand vereinfachter tragwerksanaloger Systeme.

 

Inhalte der Arbeiten (je nach konkreter Aufgabenstellung):

 

  • Recherche zu anwendungsnahen Optimierungstools in verschiedenen Softwareumgebungen (z.B. Autodesk-Inventor, ANSYS, Adams, Matlab/Simulink) und deren Leistungsumfang.
  • Recherche und Vergleich verschiedener Optimierungsansätze (generische Optimierung, Monte-Carlo-Verfahren, Gradientenverfahren) und Kombinationsmöglichkeiten.
  • Entwicklung und Aufbau eines tragwerksanalogen Struktursystems als Versuchsumgebung für die experimentelle Validierung schwingungstechnischer Strukturoptimierungen.
  • Experimentelle Untersuchung von Maßnahmen zur schwingungstechnischen Strukturoptimierung anhand eines tragwerksanalogen Struktursystems.
  • Entwicklung und Vergleich von Optimierungs-Methoden für die schwingungsoptimierte Auslegung von dynamischen, mechatronischen Systemen unter Berücksichtigung von passiven, semiaktiven und aktiven Maßnahmen.

 

Was Sie mitbringen:

Kenntnisse in der Strukturdynamik, der numerischen Simulation (ANSYS, Adams, Matlab/Simulik), in CAD (Autodesk-Inventor), sowie der Messtechnik sind je nach konkreter Aufgabenstellung von Vorteil, können aber auch im Laufe der Arbeit erworben werden. Das Thema ist für Studierende der Studienrichtungen Maschinenbau, Mechatronik sowie verwandter Fachrichtungen geeignet.