Experimentelle Dynamik

Diese Seite gibt einen Überblick über die aktuellen Forschungsprojekte im Bereich Experimentelle Dynamik.



Schwingungsreduktion durch Ausnutzung des Synchronisationsphänomens

Versuchsaufbau Schwingungsreduktion

Das Phänomen der Synchronisation, auch Lock-in-Effekt genannt, ist bereits seit Jahrhunderten bekannt und ist in neuerer Zeit Gegenstand der Forschung in den Bereichen Physik, Biologie, Chemie oder Psychologie u. a. Im mechanischen Sinne können sich zwei Oszillatoren mit unterschiedlichen Grundfrequenzen durch Kopplung auf die gleiche Frequenz synchronisieren. Dabei wird Energie vom schnelleren zum langsameren Oszillator übertragen. Die hier betrachteten Oszillatoren stellen nichtlineare selbsterregte Schwinger dar.

Zur mathematischen Beschreibung der Synchronisation gehören zwei Grundaufgaben: Aufstellung der Existenz- und der Stabilitätsbedingungen. Für nichtlineare Systeme müssen diese analytisch approximiert werden. Erfüllt die Kopplung zwischen zwei Oszillatoren die Existenzbedingungen so ist Selbstsynchronisation möglich, jedoch kann diese physikalisch instabil sein. Werden die Existenz- und Stabilitätsbedingungen gleichzeitig erfüllt, so hängt die Stabilität der Selbstsynchronisation von den gewählten Anfangsbedingungen ab, da Selbstsynchronisation im Allgemeinen nicht asymptotisch stabil ist. Eine zusätzliche Regelung einer der gekoppelten Oszillatoren kann jedoch asymptotische Stabilität gewährleisten. Bei geeigneter Regelung kann der Phasenwinkel sowie die Schwingungsamplitude des geregelten Oszillators im synchronen Zustand vorgegeben werden.

Erste Untersuchungen am Lehrstuhl haben ergeben, dass sich geregelte Oszillatoren gut zur Schwingungsreduzierung von dynamisch belasteten Strukturen eignen. Dabei können die Oszillatoren in den meisten Betriebspunkten energieautark betrieben werden. Eingangsgrößen für die Regelung ist unter anderem die gemessene Erregerkraft. Eine Messung des Systemzustandes ist nicht notwendig.

Die am Lehrstuhl gewonnenen Erkenntnisse sollen in folgenden Arbeiten vertieft und durch Experimente überprüft werden.

Ansprechpartner







DynAwind

Das Projekt DynAWind umfasst die strukturdynamische Analyse und Optimierung von Windenergieanlagen. Dieses Forschungsprojekt wird in Kooperation mit dem Rostocker Ingenieurbüro W2E Wind to Energy GmbH durchgeführt. Gefördert wird dieses Projekt durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit einer Fördersumme von rund 1,25 Mio € im Projektzeitraum von 2015 - 2018.

Im wesentlichen umfassen die Arbeiten innerhalb des Projektes die drei Arbeitspakete:  

  • strukturdynamische Vermessung realer Prototypen der 2 und 3 MW-Klasse
  • modelltechnische Untersuchungen im Labormaßstab
  • simulative Untersuchungen unter Verwendung von Mehrkörpersystemen
WEA

Das Forschungsprojekt verfolgt folgende Ziele:

  1. Analyse des dynamischen Verhaltens
    Obwohl eine Windenergieanlage modelltechnisch nur aus vier schlanken Balken besteht, so ergeben sich in deren Kombination doch eine Vielzahl komplexer Schwingformen. Darüber hinaus gibt es strukturdynamische Nichtlinearitäten durch die Verstellung der Blätter, sowie bei den Dämpfungsanteilen durch die Aerodynamik. Dieses Verhalten wird durch umfangreiche Messkampagnen an realen Prototypen untersucht.
  2. Validierung dynamischer Modelle
    Ein Projektziel ist die Validierung dynamischer Modelle. Hier wird das strukturdynamische Verhalten komplexer Simulationsmodelle auf Basis flexibler Mehrkörpersysteme und Messdaten realer Strukturen verglichen. Hierbei wird unter anderem eine Mindestmodelltiefe zur Darstellung des dynamischen Verhaltens ermittelt.
  3. Dynamische Optimierung
    Innerhalb des Projektes werden umfangreiche dynamische Simulationen zur strukturdynamischen Gesamtoptimierung durchgeführt. Das Ziel ist es, durch gezielte dynamische Verstimmung des mechanischen Systems, eine Reduktion der auftretenden dynamischen Lasten zu erzielen.
  4. Condition Monitoring und Regelung
    Ein weiteres Ergebnis der strukturdynamischen Untersuchungen sind die Positionierung von Sensoren zur strukturdynamischen Überwachung und Regelung von Windenergieanlagen.

In Kooperation mit

W2e - Wind 2 energy Logo

 

 

Gefördert durch:

BMWi