Theorie der modalen Superposition mit Beschreibung der modalen Masse und des modalern Beteilungsfaktors hinzugefügt

This commit is contained in:
2015-07-19 11:06:32 +02:00
parent ff51c51df7
commit 8564740597

View File

@@ -727,7 +727,7 @@ Im Falle von positiven Realteilen ist das System instabil und die Amplituden neh
%[[Modale Superposition, ggf. Effektive Massen]]
\paragraph{Transiente Analyse}~\\
Neben der Volumendiskretisierung wird für die Zeitintegration von transienten Feldgleichungen das zu untersuchende Zeitintervall in diskrete Zeitabschnitte \(\Delta t\) unterteilt
Neben der Volumendiskretisierung wird, für die Zeitintegration von transienten Feldgleichungen, das zu untersuchende Zeitintervall in diskrete Zeitabschnitte \(\Delta t\) unterteilt
\[
[0,T] = \bigcup \Delta t \quad \text{mit } \Delta t = t_{n+1} - t_n
\]
@@ -774,6 +774,49 @@ Wird zusätzlich für die numerische Dämpfung der \textsc{Newmark}"=Methode ein
\gamma \geq 0
\]
Kann das halbdiskrete FE"=Gleichungssystem modal entkoppelt werden
\[
\tensor{\tilde{M}}\tensor{\ddt{q}} + \tensor{\tilde{D}}\tensor{\dt{q}} + \tensor{\tilde{K}}\tensor{q} = \tensor{\tilde{r}}
\quad\text{bzw.}\quad
\tilde{m}_i \ddt{q}_i + \tilde{d}_i \dt{q}_i + \tilde{k}_i q_i = \tilde{r}_i ~, \quad i=1,\ldots,p \leq n
\]
mit den in modalen Koordinaten beschriebenen Lasten
\[
\tensor{\tilde{r}}(t) = \tensor{\Phi}^\T \tensor{\hat{r}}(t)
\]
kann die Methode der \emph{modalen Superposition} genutzt werde.
Vorerst werden mit der numerischen Zeitintegration nach \textsc{Newmark} die modalen Koordinaten bestimmt und anschließend diese in die physikalischen Koordinaten rücktransformiert.
\[
\tensor{\hat{u}}(t) = \tensor{\Phi} \tensor{q}(t) = \sum \tensor{\phi}_i \cdot \tensor{q}(t)
\]
In der Regel werden von den \(n\) Gleichungen die ersten \(o\) Eigenfrequenzen und Eigenformen berechnet und dabei die höheren Eigenmoden vernachlässigt.
Bei strukturdynamische Probleme beschreiben zumeist die niedrigen Moden das Verhalten der Struktur.
Aus diesem Grund werden von den \(o\) berechneten Moden oftmals die ersten \(p\) Eigenfrequenzen und Eigenformen mitgenommen.
Der Vorteil der Berechnung des Gleichungssystems mit der modalen Superposition liegt zum einen an das entkoppelte Gleichungssystems und zum anderen an der unvollständigen Transformation (\(\tensor{\Phi}_{n\times p}, p < n\)) des Gleichungssystems, wobei, gegenüber dem vollen Gleichungssystem, weniger Differentialgleichungen gelöst werden.
Zur genaueren Beschreibung von \glqq in der Regel\grqq\ und \glqq oftmals\grqq , für die unvollständige Transformation beziehungsweise der gewählten Anzahl von Moden \(p < n\), sollte auf eine Systemanregung von mindesten 85 bis 90 Prozent der Gesamtmasse \(m\ti{ges}\) je Raumrichtung geachtet werden.
\[
\sum\limits_{i=1}^p m_{ik}\ho{eff} \approx m\ti{ges}
\]
Hierin ist \(m_{ik}\ho{eff}\) die \emph{effektive Masse} zu der \(i\)"=ten Mode und der \(k\)"=ten Raumrichtung.
Berechnet wird die effektive Masse mit der modalen Masse und den zugehörigen \emph{modalen Beteiligungsfaktor} \(\Gamma_{ik}\)
\[
m_{ik}\ho{eff} = \tilde{m}_i \Gamma_{ik}^2
\]
Der modale Beteiligungsfaktor \(\Gamma_{ik}\) gibt mit der folgenden Beziehung
\[
\Gamma_{ik} = \frac{1}{\tilde{m}_i} \tensor{\phi}_i \tensor{M} \tensor{d}_k
\]
an, wie groß der Anteil einzelner Moden je Raumrichtung ist.
Hierin beschreibt \(d_k\) die Starrkörperbewegung des Systems in die Richtung von \(k\).
Soll beispielsweise, für ein globales System mit den globalen Freiheitsgraden \(xyz\), die \(x\)"=Richtung beurteilt werden, nimmt der Vektor zur Beschreibung der Starrkörperbewegung folgenden Form an
\[
\tensor{d}_k = \begin{bmatrix}
1 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & \cdots & 1 & 0 & 0
\end{bmatrix}^\T
\]
%\paragraph{Stationäre Analyse}~\\