Modellierung von Werkstoff- und Fügestellendämpfung

Die schwingungstechnischen Eigenschaften von Strukturen werden maßgeblich von deren Massen- und Steifigkeits- sowie von ihren Dämpfungseigenschaften beeinflusst. Als Werkzeug für strukturelle Berechnungen hat sich die Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgesetzt, mit deren Hilfe die Massen- und Steifigkeitsverteilungen gut abgebildet werden können. Eine hinreichend genaue Modellierung der Dämpfungseigenschaften ist hingegen nicht Stand der Technik. Als Dämpfungsmechanismen kommen in erster Linie die Werkstoffdämpfung sowie die Energiedissipation in den Fügestellen (beispielsweise Schraub-, Klemm- oder Nietverbindungen) in Betracht. Im Rahmen des Vorhabens sollten daher auf der Basis von experimentellen Untersuchungen geeignete Kenngrößen zur Beschreibung der Dämpfung ermittelt werden. Da das Dämpfungsvermögen in Fügestellen von mehreren Parametern abhängt, wie Werkstoffpaarung, Anpressdruck oder Anregungsamplitude, sind systematische experimentelle Untersuchungen von ausgewählten Fügestellen vorgesehen. Parallel dazu werden geeignete Verfahren entwickelt, um die gemessenen Dämpfungseigenschaften in ein entsprechendes FE-Modell einzubeziehen. Das Vorhaben wurde aus DFG- und FVV-Mitteln gemeinsam finanziert.

Forschungsstelle: Institut für Angewandte und Experimentelle Mechanik (IAM), UNI Stuttgart

Obmann: Dipl.-Ing. Detlef Kurth, Man Diesel Se

figure 1

Finite-Elemente-Modell des Verbrennungsmotors mit Dünnschichtelementen zur Fügestellen-Modellierung (Quelle: Article 250, ISMA, USD 2010)

Vorausberechnung des Brennverlaufs von Gasmotoren mit Piloteinspritzung

In diesem Projekt wurden zwei Verbrennungsmodelle erstellt, ein phänomenologisches Modell zur Einbindung in die Arbeitsprozessrechnung und ein Verbrennungsmodell, das zur Kopplung mit 3D-CFD-Simulationstools geeignet ist. Die Modelle basieren auf umfangreichen experimentellen Untersuchungen, die im Rahmen des Projekts durchgeführt wurden. Am LVK wurde ein Einzylinder-Gasmotor mittels eines Common-Rail-Systems aus dem Pkw-Bereich auf Piloteinspritzung umgerüstet. Am LAV wurden optische Untersuchungen der Verbrennung an einem Einhubtriebwerk durchgeführt, welches mit dem gleichen Einspritzsystem ausgestattet war. Mit den beiden Versuchsträgern konnten dadurch in einem weiten Betriebsbereich Aussagen über die während der Einspritzung und Verbrennung ablaufenden Prozesse gewonnen werden. Darüber hinaus wurden Untersuchungen an einer optisch zugänglichen Einspritzkammer und einem Einspritzverlaufsindikator durchgeführt. Auf der Basis der Versuchsergebnisse wurden die Verbrennungsmodelle erstellt. Beiden gemeinsam ist, dass sie die Vorgänge während der Einspritzung bis hin zur Selbstzündung weitgehend getrennt von der anschließenden Vormischverbrennung betrachten. Das Vorhaben wurde aus Mitteln des BMWi über die AiF (15590 N) finanziert.

Forschungsstellen: Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (LVK), TU München Lehrstuhl für Aerothermochemie und Verbrennungssysteme (LAV), Eth Zürich

Obmann: Dr.-Ing. Ioannis Vlaskos, Ricardo Deutschland