Entwicklung eines Verfahrens zur automatisierten Identifikation von Schwingformen bei Schienenfahrzeugen

Abstract

Schienenfahrzeuge sind wie viele andere Fahrzeuge Schwingungssysteme, welche aufgrund von Wechselwirkungen mit der Umwelt Anregungen erfahren. Die Reaktion eines Schwingungssystems auf solche Anregungen wird durch das Eigenverhalten bestimmt. Dieses Eigenverhalten eines Systems kann in einer frühen Produktentwicklungsphase mithilfe der Modalanalyse charakterisiert werden. So können spezielle, schienenfahrzeugtypische Kombinationen von einzelnen Teilbewegungen, sogenannte Schwingformen, hinsichtlich ihrer Eigenfrequenz vorausgelegt werden. Ein mögliches Mittel für die Durchführung einer Modalanalyse ist die Nutzung des numerischen Simulationsprogrammes SIMPACK. Anhand subjektiver Eindrücke von der Animation der Eigenform in SIMPACK können den Moden Schwingformen zugewiesen werden. Dieses Verfahren ist jedoch aufwändig und fehleranfällig. Das Ziel dieser Arbeit ist daher, ein neues, automatisiertes Verfahren für die Auswertung zu entwickeln. Dieses Verfahren wird in Form eines MatLab-Tools umgesetzt. Dieses Tool identifiziert anhand der durch SIMPACK ausgegebenen Modalanalyse-Ausgabedateien automatisiert vorhandene Schwingformen, ordnet diese den entsprechenden Eigenfrequenzen und Dämpfungen zu und gibt die Ergebnisse aus. Als Bewertungskriterium wird die kinetische Energie genutzt.

Rail vehicles, like many other vehicles, are vibration systems that experience excitation due to interaction with the environment. The reaction of a vibration system to such excitations is determined by its eigenbehaviour. The eigenbehaviour of a system can be characterized in an early product development phase by use of a modal analysis. Thus, the natural frequencies of the forms of vibration, special combinations of individual partial movements typical for rail vehicles, can be layed out in advance. One possible way to perform a modal analysis is the use of the numerical simulation program SIMPACK. Based on subjective impressions of the animation of the eigenmode in SIMPACK, vibration forms can be assigned to the modes. However, this procedure is complex and error-prone. The aim of this thesis is therefore to develop a new, automated method for the evaluation. This procedure is implemented in form of a MatLab tool. This tool automatically identifies existing vibration modes on base of the modal analysis output files generated by SIMPACK, assigns them to the corresponding eigenfrequency and damping values and returns the results. The kinetic energy is used as the evaluation criterion.