Die Modalanalyse kann numerisch und/oder experimentell durchgeführt werden. Die beiden Ansätze werden sowohl einzeln als auch in Kombination eingesetzt, um ein umfassendes Verständnis des dynamischen Verhaltens von Bauteilen, Strukturen und Systemen zu erhalten. Beide Methoden haben ihre Vor- und Nachteile, deshalb stellen wir Ihnen an dieser Stelle beide kurz vor:
Dabei wird das zu untersuchende System mittels einer ausreichend hohen Anzahl an finiten Elementen diskretisiert, um ein FE-Modell des Systems zu erhalten. Die Genauigkeit der Ergebnisse hängt dabei entscheidend von der Qualität der Modellierung und den verwendeten Materialparametern ab.
Vorteile
Anwendung in frühen Entwicklungsphasen
Die rechnerische/numerische Modalanalyse eignet sich gut, um das Verhalten eines Systems bereits in frühen Entwicklungsphasen vorherzusagen und mögliche Produktvariationen beurteilen zu können, bevor physische Prototypen überhaupt verfügbar sind.
Kosteneffizienz
Dank der virtuellen Simulation mittels FEM-Software lassen sich die Modalanalyse und daraus abgeleitete Optimierungen zunächst ohne physische Tests und Messungen durchführen, was die Anzahl an Prototypen signifikant reduziert und damit Material und Kosten einspart.
Nachteile
Die durch Simulation bestimmten Modaldaten können nur so gut sein wie das verwendete FE-Modell. Bei komplexen Systemen sollte die Analyse daher mit dem realen Verhalten abgeglichen und validiert werden, um aussagekräftige und verlässliche Ergebnisse liefern zu können.
Bei der experimentellen Modalanalyse werden tatsächliche Messungen an einem realen Objekt oder einer realen Struktur durchgeführt, um die modalen Parameter (Eigenfrequenz, Eigenform, modale Dämpfung und modale Masse) zu ermitteln.
Dies kann durch Anregung des Systems mit Schwingungserregern (Modalhammer, Shaker) und Messung der Antworten oder durch reine Antwortmessung infolge Umgebungsanregung (ambiente Erregung) erfolgen. Die experimentelle Modalanalyse liefert direkte Informationen über das tatsächliche Verhalten des Systems unter realen Bedingungen, unabhängig von Modellannahmen.
Vorteile
Anwendung an vorhandenen Strukturen
Die experimentelle Modalanalyse ist besonders nützlich, um das Verhalten bestehender Strukturen oder Komponenten zu untersuchen, für die möglicherweise keine detaillierten Modelle verfügbar sind.
Validierung numerischer Modelle
Experimentelle Modalanalysen werden häufig verwendet, um die bei der FE-Analyse ermittelten Modaldaten zu validieren und sicherzustellen, dass die simulierten Ergebnisse die Realität ausreichend genau abbilden.
Nachteile
Bei der experimentellen Messung wird immer ein physischer Prototyp benötigt, weshalb Versuche zur Untersuchung der Schwingungen stets mit höheren Kosten verbunden sind, als eine Simulation auf Basis eines Finite-Elemente-Modells.
Die Modalanalyse ist ein wertvolles Verfahren, um das dynamische Verhalten von Objekten und Strukturen beurteilen zu können – insbesondere deren systemeigene Schwingungseigenschaften sowie die potenziellen Reaktionen auf innere und äußere Anregungen.
Wir verwenden die Modalanalyse, um die Dynamik von Konstruktionen zu verstehen, zu optimieren und zu validieren. In vielen Bereichen, darunter die Automobil- und Halbleiterindustrie, die Luft- und Raumfahrt sowie der Maschinen- und Anlagenbau hat sich die Modalanalyse als integraler Baustein bei der Produktentwicklung und Optimierung bewährt.
Grundsätzlich kann die Modalanalyse auf zwei Weisen durchgeführt werden: einerseits analytisch über eine FE-Analyse durch Berechnung der modalen Struktureigenschaften mithilfe einer virtuellen Simulation und andererseits anhand von experimentellen Untersuchungen der Schwingung unter realen Bedingungen – bei unseren Kunden vor Ort oder in unserem hauseigenen Labor.
Auf diese Weise können wir zuverlässig die Eigenfrequenzen respektive Resonanzfrequenzen der Eigenschwingungen sowie die zugehörige Dämpfung der Bauteile berechnen beziehungsweise experimentell bestimmen. Die zentralen Systemeigenschaften Eigenfrequenz, Eigenform, modale Dämpfung und modale Masse werden auch modale Parameter genannt.
Die ermittelten Modalparameter werden weiterhin zusammengefasst als Modalmodell bezeichnet, welches wichtige Informationen über das Verhalten der untersuchten Bauteile und Strukturen liefert. Diese Informationen können anschließend zielorientiert für die Entwicklung und Optimierung von Produkten eingesetzt werden.
Unser oberstes Bestreben ist Ihr Erfolg. Deshalb bieten wir Ihnen individuelle Lösungen, die perfekt auf Ihre Anforderungen zugeschnitten sind. Dabei setzen wir auf eine Kombination aus FE-Analyse und experimentellen Schwingungsuntersuchungen sowie den Vergleich von Versuchs- und Analyseergebnissen sowie die Validierung der Modelle. Diese ganzheitlichen Ansätze ermöglichen es uns, Ihnen die bestmöglichen Ergebnisse zu liefern. Weitere Informationen über unser Unternehmen und unsere umfassenden Dienstleistungen finden Sie hier.
Die Finite-Elemente-Analyse (FE-Analyse) liefert fundierte Informationen beispielsweise über das mechanische und akustische Verhalten von Strukturen und unterstützt die gezielte Produktoptimierung. Die Simulation erlaubt eine frühzeitige numerische Untersuchung, Bewertung und Verbesserung der Produkteigenschaften sowie der Produktzuverlässigkeit unter realistischen Bedingungen. Der gesamte Entwicklungsprozess wird dadurch effektiver und besser beherrschbar, da mögliche Herausforderungen frühzeitig erkannt und
gemeistert werden können.
Unser umfassendes Angebot im Bereich der Schwingungsversuche hilft dabei, unerwünschte physikalische Phänomene anhand von Versuchen zu ermitteln, zu beurteilen und zu lösen. Darüber hinaus nutzen wir Schwingungsversuche, um Ihre Berechnungsmethoden und -modelle zu überprüfen, zu verbessern und zu validieren.
Unsere langjährige Expertise ermöglicht es uns, Ihnen fundierte Erkenntnisse zu liefern und Sie bei der Entwicklung Ihrer Produkte professionell zu unterstützen.
Unser spezieller ICS-Service, die computergestützte Modellanpassung, spielt eine entscheidende Rolle bei der Validierung von komplexen FE-Modellen. Durch diesen Ansatz können wir gezielt ausgewählte Modellparameter anpassen und dadurch die Abweichungen zwischen den Ergebnissen von Experimenten und Simulationen minimieren. Auf diese Weise erzielen wir eine höhere Genauigkeit und eine bessere Übereinstimmung zwischen den simulierten und den tatsächlichen Systemantworten.
In Branchen wie der Automobil- und der Halbleiterindustrie, der Luft- und Raumfahrt, sowie dem Maschinen- und Anlagenbau stehen technische Produkte vor anspruchsvollen Herausforderungen hinsichtlich Festigkeit, Vibration und Eigenfrequenz (Eigenschwingung) und Geräuschemission.
Die ICS hat ihre Fachkompetenz gezielt auf diese Branchen ausgerichtet und bietet umfassende Lösungen an. Unsere Dienstleistungen umfassen die Anwendung von FE-Analysen und Berechnungen, Schwingungsversuchen sowie Modellvalidierung. Unser Ziel ist es dabei, Ihnen maßgeschneiderte und integrierte Gesamtlösungen zu liefern, um diese anspruchsvollen Anforderungen erfolgreich zu meistern.
GERNE HELFEN WIR IHNEN WEITER!
