Strukturdynamik

Dem architektonischen Trend folgend werden moderne Bauwerke zunehmend filigraner ausgeführt. Dies führt aus strukturdynamischer Sicht zu einer Steigerung der Schwingungsanfälligkeit der Baukörper, deren Planung mit einem klassischen konventionellen Tragwerksentwurf ohne dynamische Analyse immer häufiger unzureichend ist. Am CWE werden deshalb unter Verwendung von moderner Messtechnik und geeigneten dynamischen Strukturmodellen neue Maßnahmen der passiven und aktiven Schwingungstechnik entwickelt. Diese Maßnahmen dienen der Sicherstellung der Stand- und Gebrauchstauglichkeit sowie der Verlängerung der Lebensdauer. Die Forschungsschwerpunkte am CWE umfassen:

  • SystemidentifikationStrukturdynamik_1
  • Numerische Methoden und Struktursimulationen
  • System-Monitoring
  • Schwingungsreduktion
  • Bauwerkserschütterungen
  • Menscheninduzierte Schwingungen (z.B. Brücken)
  • Intelligente Dämpfersysteme
  • Verkehrs- und maschineninduzierte Schwingungen

Die zu untersuchenden Strukturen werden in Ergänzung zu den experimentellen Methoden der Systemidentifikation durch numerische Modelle zur Simulation, Analyse und Optimierung von passiven, semiaktiven und aktiven Maßnahmen zur Schwingungsreduktion untersucht. Hierbei kommen neben der Finiten-Elemente Methode auch Mehrkörpersimulationsmodelle zum Einsatz. Zur Erzielung besonders hoher Effektivitätsgrade werden am CWE intelligente Dämpfersysteme entwickelt, die sich adaptiv an die Systemrandbedingungen anpassen. Möglich werden diese Entwicklungen durch die enge Kooperation des CWE mit führenden Instituten der RWTH Aachen auf den Gebieten der Mess- und Regelungstechnik.Strukturdynamik_2

Ein wesentlicher Schwerpunkt des CWE liegt in der Bewertung und Vermeidung von menschinduzierten Schwingungen. Typische Problembereiche sind hier moderne weit gespannte und leichte Deckensysteme die schon unter normalen Nutzungsbedingungen leicht zu Schwingungen angeregt werden können. Eine weiteres Beispiel sind leichte Fußgängerbrücken, die bei ungünstiger Planung auf Grund der geringen Brückenmasse durch dynamische Einwirkungen zu großen Schwingungsamplituden neigen. Hier liegen am CWE umfangreiche Erfahrungen vor, um die Schwingungen in einem akzeptablen Rahmen zu halten und beispielsweise das Auftreten von „Lock-In-Effekten“ zu vermeiden. Im Bereich von Hochgeschwindigkeitszügen werden Untersuchungen zum dynamischen Verhalten von Brücken und sekundärer Bauwerke (z.B. Schallschutzwände) durchgeführt.

Für die experimentelle Beurteilung des strukturdynamischen Verhaltens steht am CWE umfangreiches Messequipment zur Verfügung. Dieses umfasst hochsensible Geschwindigkeits- und Beschleunigungsaufnehmer sowie Unwuchterreger in den für Bauwerke relevanten Frequenzbereichen. Dieses Messequipment kann im Rahmen des Bauwerks-Monitorings in Kombination mit Dehnungs-, Temperatur-, und Windgeschwindigkeitsmessern eingesetzt werden.