Experimentelle Mechanik at Universität Magdeburg

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Welche Möglichkeiten zur Befestigung von Beschleunigungssensoren gibt es und wie beeinflusst die Befestigung das dynamische Strukturverhalten?

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Welches sind die Hauptfelder experimenteller Untersuchungen in der Mechanik?

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Beschreiben Sie die typischen Messaufgaben, auf die sich ein technisches Messproblem zurückführen lässt!

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Wie sind Aktoren in der Mess- und Aktorkette definiert?

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Wie sind Sensoren in der Mess- und Aktorkette definiert?

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Welche Wandlerprinzipien kennen Sie?

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Was sind die Merkmale von passiven und aktiven Sensoren?

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Erläutern Sie den Ansatz der Ähnlichkeitsmechanik

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Wie sind die modalen Größen definiert und was ist der Vorteil der modalen Schreibweise?

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Wie lassen sich zeitabhängige Signale klassifizieren?

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Geben Sie typische Filtercharakteristiken für Signalfilter an!

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Wann sind Modellversuche erforderlich?

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Experimentelle Mechanik

Welche Möglichkeiten zur Befestigung von Beschleunigungssensoren gibt es und wie beeinflusst die Befestigung das dynamische Strukturverhalten?

  • Wachsfilm
  • Verschraubung
  • Magnet
  • Klebeband
  • Kleber

setzt Eigenkreisfrequenz herab

Experimentelle Mechanik

Welches sind die Hauptfelder experimenteller Untersuchungen in der Mechanik?

Zwei Hauptfelder experimenteller Untersuchungen lassen sich ableiten:

  • Spannungs- und Verformungsmessungen sowie dynamische Analysen an Bauteilen und Konstruktionen zur Überprüfung der Gültigkeit theoretischer Modelle und zu Erkenntnisgewinn überhaupt.
  • Aufstellen von Berechnungsmodellen einschließlich der Bestimmung ihrer Parameter auf Basis von Messungen.

Experimentelle Mechanik

Beschreiben Sie die typischen Messaufgaben, auf die sich ein technisches Messproblem zurückführen lässt!

  1. Optimierung von Produkten
  2. Ermittlung von Beanspruchungen
  3. Überprüfung der Berechnung
  4. Werkstoffkenngrößen ermitteln

Experimentelle Mechanik

Wie sind Aktoren in der Mess- und Aktorkette definiert?

  • sind signalwandlerbezogene Gegenstück zu Sensoren
  • Bindeglied zwischen nichtel. Umwelt und Ansteuerungssignalen
  • viele Bauformen (abhängig phys. Effekt)
  • Auswahl des Aktors abhängig von der erforderlichen Auslenkung, Kraft, Dynamik
    • Shaker (dyn. Messung)
    • Hydraulik (Zugprüfmaschinen)

Experimentelle Mechanik

Wie sind Sensoren in der Mess- und Aktorkette definiert?

Bindeglied zwischen nichtel. Umwelt und Messtechnik

Unterteilung in 3 Typen:

  1. Sensorelement
  2. integrierter Sensor
  3. intelligenter Sensor
  • intelligenter Sensor:
  • integrierter Sensor:
    • Sensorelement:
      • Umformung: nichtel Eingangssignal -> nichtel Zwischengröße (Beschl. in Dehnung)
      • Wandler: nichtel. in el. Größe
    • Anpassungsschaltung: verstärken, linearisieren, kalibrieren
  • A/D Wandler: analoge Eingangssignale in digitale Datenstrom
  • Mikrocontroller: Halbleiterchips (inkl. Arbeitsspeicher)

Experimentelle Mechanik

Welche Wandlerprinzipien kennen Sie?

  • passiv
    • Dehnungsmessstreifen: Längenänderung ~ Widerstand
  • aktiv
    • Thermoelement: Temperaturdifferenz ~Spannung

Experimentelle Mechanik

Was sind die Merkmale von passiven und aktiven Sensoren?

Passive Sensoren

Aktive Sensoren

Verändern ihre elektrischen Eigenschaften unter dem Einfluss einer nichtelektrischen physikalischen Größe (z.B. ein Widerstandssensor/DMS verändert seinen elektrischen Widerstand infolge einer Temperaturänderung d.h.

Wandeln eine nichtelektrische physikalische Größe in eine elektrische Größe um (z.B. Verformung in eine Spannung bei Piezokeramik), physikalisch stellen sie Energiewandler dar

Benötigen zur Auswertung eine Hilfsenergie

Keine Hilfsenergie zur Auswertung erforderlich

Hohe Genauigkeiten sind erreichbar

Oft nur geringe Genauigkeiten erreichbar, vor allem bezüglich der Langzeitstabililtät àhäufige Kalibrierung erforderlich

Experimentelle Mechanik

Erläutern Sie den Ansatz der Ähnlichkeitsmechanik

  • 2 Vorgänge ähnlich bei gleichen Grundgleichungen
  • Übertragungsmaßstab notwendig: Maßstabsfaktoren (SI_v=SI_m/SI_h)
  • nur unvollkommene Ähnlichkeit idR realisierbar

Experimentelle Mechanik

Wie sind die modalen Größen definiert und was ist der Vorteil der modalen Schreibweise?

  • Überlagerung von Ein-Freiheitsgrad-Systemen
  • entkoppelte Systeme
  • generalisierte Koord. bestimmen zeitliches Verhalten und Anteil der Eigenform an Gesamtschwingvorgang
  • durch Bestimmung von modalen Parametern (Eigenfrequenzen, Eigenformen, modale Dämpfungsgrade, genaralisierte Massen) kann dynamisches Systemverhalten gut berechnet werden 
  • Vorteil:
    • aus partiellen DGLs werden gewöhnliche DGLs
    • wenige Eigenformen reichen für Schwingungsverhalten aus

Experimentelle Mechanik

Wie lassen sich zeitabhängige Signale klassifizieren?

  • kontinuierlich / diskontinuierlich(∆t)
  • analog / diskret(x_k(t))
  • determiniert / stochastisch
  • stationär / insationär (abhängig von t=0)

Experimentelle Mechanik

Geben Sie typische Filtercharakteristiken für Signalfilter an!

Unterdrückung Frequenzanteile

  • Hochpassfilter (oberhalb passieren)
  • Tiefpassfilter
  • Bandpassfilter (innerhalb)
  • Bandsperren (außerhalb)


Experimentelle Mechanik

Wann sind Modellversuche erforderlich?

  • wenn Hautausführung nicht verfügbar
  • Variantenvergleich
  • zu teuer
  • mathematisch-technische Lösung nicht möglich
  • Grundlagenforschung

-> Übertragung der Modellversuche auf Hauptausführung mittels der Ähnlichkeitsmechanik

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