Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFSchwingungs- und Akustikverhalten komplexer Systeme beherrschen
Die Abteilung System Dynamics entwickelt innovative Lösungen zur Verbesserung von Komfort, Präzision und Sicherheit von technischen Strukturen und Systemen sowie zur Abbildung neuartiger Funktionen. Dafür kombinieren wir modellbasierte Entwurfsmethoden, experimentelle Analysen, datenbasierte Algorithmen und numerische Simulationen. Im Fokus stehen mechanische Schwingungen, die analysiert, überwacht, unterdrückt oder gezielt erzeugt werden sollen. Hierfür kommen innovative Ansätze, wie Metamaterialien, programmierbare Materialien, interpretierbare künstliche Intelligenz und neuartige Aktorwerkstoffe zum Einsatz. Neben klassischen Herangehensweisen schaffen wir durch integrierte Sensor- und Aktorsysteme sowie KI-gestützte Regelungsansätze smarte Systemlösungen, die eine automatische Anpassung der Systemdynamik an wechselnde Bedingungen ermöglichen. So gewährleisten die entwickelten Lösungen einen präzisen und störungsfreien Betrieb von Maschinen und Anlagen bei gesteigerter Effizienz.
Unsere Kompetenzschwerpunkte
- Aktive und passive Lärm- und Schwingungsminderung durch Material-/Strukturmaßnahmen und aktive Regelung
- Beeinflussung von Wellenfeldern durch (programmierbare) Metamaterialien & phononische Kristalle, Impedanz‑ und Randkontrolle sowie aktive Wellensteuerung
- Experimentelle und numerische Analyse und Bewertung dynamischer Systeme unter Berücksichtigung von Unsicherheiten sowie Entwicklung passender neuartiger Methoden
- Entwicklung smarter Strukturen mit integrierter Sensorik, Aktorik und echtzeitfähiger Regelung, Systemintegration und Embedded‑Implementierung
- Datenbasierte Algorithmen und Analysen mit supervised, unsupervised, Bayesian oder sparse Modellen sowie Explainable AI, hybride Modelle und Edge-Analytics
- Monitoring auf Basis dynamischer Kennwerte (z. B. modale Parameter, FRF‑Drifts, ODS) mit integrierter Anomalie‑ und Trenddetektion.
- Prognosefähige, physik‑ und datengetriebene Digitale Zwillinge für die Entwurf- und Betriebsphase
- Umsetzung neuer Funktionskonzepte in einen verifizierbaren Prototyp, um Machbarkeit, Nutzen und Risiken vor einer Produktivumsetzung zu bewerten
- Beratung, Troubleshooting und fachbezogene Schulungen
Mehrwert für Industrie und Partner
Mit unseren Kompetenzen ist das Fraunhofer LBF strategischer Innovationspartner für die Entwicklung neuartiger Technologien für komplexe strukturdynamische und mechatronische Systeme. Wir identifizieren neuartige technologische Lösungen für unsere und treiben diese ganzheitlich voran: aus einer Hand begleiten wir Projekte von der Problemidentifikation über die Konzeption und numerischen Auslegung bis hin zum funktionsfähigen Prototyp und dessen experimentellen Validierung. Wir lösen Lärm- und Schwingungsprobleme, überwachen Systeme mit künstlicher Intelligenz und erzeugen gezielt Schwingungen, um technische Funktionen abzubilden. Durch die Kombination von experimenteller und modellbasierter Analyse gelingt es uns Ursache-Wirkungs-Ketten schnell zu identifizieren und damit die Entscheidungssicherheit in kritischen Design- und Freigabeprozessen zu erhöhen und die Time-To-Market für unsere Kunden signifikant zu verkürzen.
Einbindung in unsere Leistungs- und Forschungsfelder
Die Abteilung System Dynamics entwickelt durch den synergetischen Einsatz experimenteller und numerischer Methoden innovative Lösungen zur Vibrations- und Lärmreduktion, um den Komfort, die Präzision sowie die Zuverlässigkeit technischer Systeme nachhaltig zu steigern. Durch die ganzheitliche Bewertung des Schwingungsverhaltens unter realistischen Betriebsbedingungen gewährleisten wir zudem die frühzeitige Absicherung geforderter Spezifikationen sowie die abschließende Validierung komplexer Systeme.
Durch die Entwicklung digitaler Zwillinge und den Aufbau durchgängiger Prozessketten ermöglichen wir die virtuelle Abbildung und Analyse von komplexen strukturdynamischen und mechatronischen Systemen über den gesamten Entwicklungszyklus hinweg. Die systematische Kopplung von numerischer Simulation und experimentellen Daten erlaubt dabei eine belastbare Bewertung von Designvarianten.
Die Abteilung System Dynamics realisiert den Aufbau funktionaler Prototypen, um innovative mechatronische Konzepte und autonome Funktionen unter realen Bedingungen erlebbar und prüfbar zu machen. In Kombination mit hybriden Prüfmethoden und Hardware-in-the-Loop (HiL)-Umgebungen ermöglicht dies eine frühzeitige, effiziente Absicherung unter realistischen Randbedingungen.
Basierend auf modellbasierten Entwurfsmethoden und detaillierten experimentellen Analysen bewerten und optimieren wir gezielt das dynamische Verhalten komplexer Komponenten und Gesamtsysteme. Durch die gezielte Integration leistungsfähiger Sensor- und Aktorsysteme erweitern wir diese Systeme um Funktionen zur Zustandsüberwachung und ermöglichen eine automatisierte, adaptive Anpassung an variierende Betriebsbedingungen.