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Großanlage für Standschwingungsversuche



 Schaubild: Großanlage für Standschwingungsversuche
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Die Großanlage für Standschwingungsversuche kann für strukturdynamische Untersuchungen an Strukturen unterschiedlicher Größe und Komplexität im Bereich der Luftfahrt, Raumfahrt und Energie eingesetzt und hierfür modular angepasst werden. Die Anwendungsszenarien reichen von Impulshammertests an kleinen Modellen und Bauteilen bis hin zum Standschwingungsversuch von Flugzeugen. Der modulare Aufbau erlaubt die zeitgleiche Durchführung von zwei Versuchen. Die Infrastruktur der Großanlage umfasst ein LMS Datenerfassungssystem mit eigenentwickelter Signalkonditionierung und Kabelführung, Schwingungserregern unterschiedlichster Größen, Sensoren für verschiedene Messaufgaben, sowie Versuchseinrichtungen zur Lagerung von Flugzeugen und Hubschraubern.

 

 Frontend Rack
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Datenerfassungssystem

Kernstück der Großanlage für Standschwingungsversuche ist ein mobiles Datenerfassungssystem der Firma LMS mit insgesamt 384 analogen Eingangskanälen. Das gesamte System besteht aus insgesamt 4 einzelnen Frontends des Typs SCADAS III. Ein einzelnes Frontend stellt 12 Einschubschächte für Messkarten bereit. Ein Einschubschacht pro Frontend wird für ein Kartenmodul genutzt, zur Synchronisation untereinander mit einem ringförmigen Datenbus per Glasfaserkabel.

Neben den analogen Eingangskanälen bietet das Datenerfassungssystem die Möglichkeit zur Erzeugung von insgesamt 16 analogen Ausgangssignalen. Diese können sowohl Standardsignale (Sinus, Gleitsinus, echtes und periodisches Rauschen, Chirp, Burst-Random, Burst-Chirp) herausgeben wie auch benutzerdefinierte Signale z. B. zur Optimierung des Energieeintrags der Anregung unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Teststruktur.

Sensoren für Schwingungsmessung

 Foto: Piezo-resistive Beschleunigungssensoren der Fa. ENTRAN
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 Skizze: Piezo-resistive Beschleunigungssensoren der Fa. ENTRAN
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 Piezo-elektrische Beschleunigungsaufnehmer PCB 352C65 sensor
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Für die Messung von Schwingungen werden Beschleunigungssensoren eingesetzt. Sensoren unterschiedlicher Bauart und mit unterschiedlichen Messprinzipien stehen für die jeweiligen Anwendungsfälle zur Verfügung.
Für den sehr niedrigen Frequenzbereich werden piezo-resistive Sensoren der Firma ENTRAN eingesetzt. Insgesamt stehen ca. 350 Sensoren dieses Typs zur Verfügung.

Für den höheren Frequenzbereich bis 10 kHz werden piezo-elektrische Sensoren der Firma PCB eingesetzt, welche im Messbereich ±50 g und Frequenzbereich von 0,3 –12.000 Hz operieren. Insgesamt stehen 230 Sensoren dieses Typs zur Verfügung.

Schwingungserregung

 Prodera 350N
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 Prodera 220N
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 RMS 2200N
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Für die Schwingungserregung stehen elektrodynamische Schwingungserreger verschiedener Baugrößen zur Verfügung.

Software zur Steuerung des Systems

Die Steuerung der Großanlage für Standschwingungsversuche erfolgt über die Windows-basierte Software Test.Lab von LMS. Die Software kommuniziert über ein KAT6-Ethernetkabel mit RJ45 Stecker mit einem der Frontends. Sowohl die Übergabe von Steuerungsparametern, als auch die Abnahme von Messwerten erfolgt über dieses Kabel. Das ermöglicht Distanzen von 100 m und mehr zwischen Steuerungsrechner und der Messdatenerfassungsanlage. Im Leistungsumfang der Software befinden sich Module für die Messung von Frequenzgängen unter Verwendung verschiedener Standardsignale (Schritt- und Gleitsinusanregung, Rauschen und Impulsanregung). Des Weiteren existiert ein Softwaremodul für Phasenresonanzverfahren, mit dessen Hilfe mehrere Schwingungserreger simultan gesteuert werden können. Die Identifikation von Eigenschwingungsgrößen aus gemessenen Frequenzgängen erfolgt mit Hilfe eines Programmmoduls für Modalanalyse in LMS Test.Lab. Hier stehen verschiedene modale Parameterschätzer zur Verfügung (Zeitbereich und Frequenzbereich).

Datenbank für Standschwingversuchsdaten

Als letzter aber wesentlicher Schritt in der Durchführung eines Standschwingversuchs steht die Bereitstellung, Klassifizierung und Begutachtung der gewonnenen Daten. In der Abteilung Strukturdynamik und Systemidentifikation ist in den letzten Jahren eine Lösung entwickelt worden, die unabhängig von kommerzieller Messhard- und Software betrieben werden kann. Die gemessenen Daten werden dabei zusammen mit den identifizierten Moden in einer SQL Datenbank gespeichert. Die speziell für strukturdynamische Versuche entwickelte Software Correlation Tool bietet eine direkte Anbindung an die Datenbank mit dem Ziel die große Menge der identifizierten Moden zu bewerten und zu klassifizieren. Dabei können alle Ergebnisse auf verschiedenste Arten visualisiert und miteinander verglichen werden. Gleichzeitig können Kunden über einen „read-only“ Zugang die enthaltenen Daten einsehen und den Testfortschritt verfolgen.


Kontakt
Julian Sinske
Gruppenleiter Strukturdynamische Versuche

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aeroelastik

Göttingen

Tel.: +49 551 709-2391

Fax: +49 551 709-2862

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