Sicherheit, Zuverlässigkeit

Effiziente Systementwicklung: Gekoppelte Betrachtung strukturdynamischer Auswirkungen und betriebsfestigkeitsrelevanter Belastungen

Presseinformation / 08. Juni 2021

Bei der zuverlässigen Auslegung von Produkten und Systemen lässt sich die Grenze zwischen der Betriebsfestigkeit und der strukturdynamischen Beanspruchung nicht immer eindeutig definieren. Die Frequenzbereiche, in denen klassische betriebsfestigkeitsrelevante Belastungen einwirken, führen oftmals aufgrund der Wechselwirkung mit den strukturdynamischen Eigenschaften zu weiteren Beanspruchungen. Diese haben ebenfalls eine Ermüdung und ein Bauteilversagen zur Folge oder beeinflussen den Komfort und die Nutzbarkeit eines Systems stark. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit haben innovative Ansätze entwickelt, die eine gekoppelte, übergeordnete numerisch als auch experimentelle Betrachtung der Gesamtsystembeanspruchungen möglich machen.

Experimentelle Untersuchungen, gekoppelt mit strukturdynamischen Auswirkungen, machen die Betrachtung der Gesamtsystembeanspruchungen von Bauteilen möglich.

Gesamtsystembeanspruchungen sind besonders bei sicherheitskritischen Systemen von Bedeutung. Denn hier können Ausfälle oder eine mangelnde Verfügbarkeit aufgrund von Funktionseinschränkungen zu hohen wirtschaftlichen Schäden führen. Zum Beispiel können Unwuchten an Schienenrädern bei hohen Geschwindigkeiten Eigenmoden anregen. Oder medienführende Rohrleitungen werden durch Druckstöße, Anbindung an Maschinen, Antriebseinheiten oder gar Windlasten zusätzlich angeregt. Auch Halterungen oder Befestigungen von Anbauteilen werden durch Massebeschleunigungen und die Verformungen der angrenzenden Strukturen beansprucht

Sowohl bei den beschleunigungsinduzierten Beanspruchungen als auch bei den Verformungen können anregungsabhängig Eigenformen oder Resonanzen einen Einfluss auf die Beanspruchungen haben, was die zuverlässige Funktion beeinflusst.

Leichtbau im Fokus

Besondere Bedeutung ergeben sich darüber hinaus aus Anforderungen, die an den Leichtbau gestellt werden: Neben neuen Werkstoffen, Funktionalitäten und Fertigungstechnologien, müssen ebenfalls Betrachtungen zur Sicherheit und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems sowie zur Wirtschaftlichkeit unter Berücksichtigung von Lebensdauer und Verfügbarkeit erfolgen. Diese Randbedingungen machen eine gekoppelte, übergeordnete numerische als auch experimentelle Betrachtung der sich aus dem Betrieb ergebenden Gesamtsystembeanspruchungen notwendig.

Welche Methoden und Ansätze hierfür gibt es? Wie können die Betrachtungen realisiert werden? Wie lassen sich diese in den Entwicklungsprozess integrieren? Was ist dabei zu beachten?

Die fachübergreifenden Forscherteams im Fraunhofer LBF verfügen über langjährige Erfahrung und hohe Expertise in der Betriebsfestigkeits- und NVH-Bewertung. Sie betrachten die Bewertung und den Eignungsnachweis von vorhandenen Systemen oder von im Entwicklungsprozess stehenden Produkten. Prozessbegleitend kommen numerische Simulationswerkzeuge zum Einsatz. Experimentelle Untersuchungen auf großen Versuchsfeldern sind für Bauteile bis hin zum Gesamtfahrzeug möglich.

Praxisbezogener Austausch mit Experten

Das kostenfreie Online-Seminar »Systeme unter dynamischen Beanspruchungen bewerten«, am 17. Juni von 15.00 - 17.00 Uhr illustriert durch praktische Beispiele, wie messtechnische Möglichkeiten und Simulationswerkzeuge zu einer kombinierten Bewertung von Betriebsfestigkeits- und NVH-Parametern genutzt werden können.

Das Seminar richtet sich an Produktentwickler sowie Berechnungs- und Prüfingenieure.