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Description
(Text)
Die vorliegende Dissertation leistet einen Beitrag zur experimentellen Modalanalyse und aktiven Schwingungsdämpfung biegeelastischer Rotoren. Die experimentelle Modalanalyse ist ein gängiges Verfahren zur Identifikation modaler Parameter in der Maschinen- und Strukturdynamik. Ebenso gilt dies für die aktive Schwingungsdämpfung, wobei hier die Entwicklung zuverlässiger Applikationen noch deutlich im Fluss ist. In beiden Fällen stellen Anwendungen in der Rotordynamik besondere Anforderungen dar. Die Einleitung der Schwingungsanregung bzw. der aktiv dämpfenden Kräfte in dem Rotor, die praktische
Umsetzung sowie die Aufnahme der Messdaten und deren Analyse sind einige in diesem Zusammenhang zu nennende Gründe.
Für die experimentelle Modalanalyse wird auf Grundlage des Magnetlagerprinzips ein zweiseitig wirkendes Magneterreger-Messsystem entwickelt. Mit diesem ist neben einer berührungslosen und messbaren Anregung des Rotors auch die Messung der Schwingungsantwort in zwei orthogonalenRichtungen möglich. Darüber hinaus können mit dem System auch die zur aktiven Schwingungsdämpfung nötigen Kräfte in den Rotor eingeleitet werden.
Der verwendete Rotorversuchsstand besteht aus einer 1,4 m langen, gleitgelagerten Rotorwelle auf der zwei Scheiben mit unterschiedlichen Durchmessern angebracht sind. Die größere Scheibe ist überkragend positioniert, um große gyroskopische Kräfte zu erzeugen. In dem zu untersuchenden Frequenzbereich von bis zu 500 Hz sind 10 biegeelastische Eigenfrequenzen zu finden, dessen Eigenformen sich aufgrund der gyroskopischen Kräfte zumeist deutlich in Gegen- und Gleichlaufeigenformen aufteilen.
Für die Identifikation der modalen Größen werde zunächst mit Hilfe der nichtparametrischen Identifikation die Frequenzgänge aus den gemessenen Erreger- und Antwortsignalen ermittelt. Anschließend ergeben sich aus den Frequenzgängen und der parametrischen Identifikation die modalen Größen Eigenfrequenzen und -formen sowie die Dämpfungsgrade.
Das Regelkreismodell für die aktive Schwingungsdämpfung besteht im Wesentlichen aus dem Rotor, dem Magneterreger-Messsystem und einer für die Elektromagnete notwendigen Stromverstärkung. In dem hybriden Rotormodell wird die Welle in finite Elemente diskretisiert und die Scheiben als Starrkörper modelliert. Die drehzahlabhängigen elastischen und dämpfenden Eigenschaften der hydrodynamischen Gleitlager werden ebenfalls berücksichtigt. Das mit
einem Model-Updating-Verfahren an die experimentell ermittelten modalen Parameter angepasste Rotormodell wird anschließend nach dem Verfahren der modalen Kondensation auf einige wenige Freiheitsgrade reduziert. Hierbei kommt dem dabei auftretenden Problem des Spillovers eine besondere Bedeutung zu. Aus der Analyse des Regelkreises ergibt sich ein Positiv-Position-Feedback (PPF-)Regler, der die Anforderungen der aktiven Schwingungsdämpfung
erfüllt. Die aktive Schwingungsdämpfung wird an dem stillstehenden und dem hoch- bzw. ablaufenden Rotor durch Simulationsrechnungen und experimentellen
Ergebnissen gezeigt.
