Jahresbericht 2018

Hochfrequente Charakterisierung und numerische Simulation von Elastomerlagern.

Dynamische Elastomercharakterisierung, Elastomermodellierung, NVH Design

Im Auslegungsprozess neuer Fahrzeuge wird dem NVH-Verhalten des Fahrwerks eine immer stärkere Rolle beigemessen. Elastomerkomponenten im Fahrwerksbereich werden daher nicht nur hinsichtlich ihrer niederfrequenten Dynamik ausgelegt, sondern auch hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften. Deswegen ist eine detaillierte Kenntnis ihres hochdynamischen Verhaltens essentiell. LBF-Wissenschaftler haben Elastomerlager hochfrequent charakterisiert und multiaxiale, numerische Modelle entwickelt, die eine schnelle und effiziente Gesamtsystemsimulation auf Fahrzeugebene ermöglichen. 

Niederfrequente Charakterisierung

Mehrere Elastomerlager wurden mittels servohydraulischer Prüfmaschinen mechanisch im Frequenzbereich bis 50 Hz in allen sechs Freiheitsgraden bei verschiedenen Vorlasten und Amplituden charakterisiert. Aus den Messdaten wurden die dynamische Steifigkeit und der zugehörige Verlustwinkel für jedes Setup ermittelt, sodass eine Untersuchung der Auswirkung der verschiedenen Parameter wie bspw. der Vorlasten möglich wird. Darüber hinaus wurden statische Versuche durchgeführt um das statische Verhalten der Lager und ihre nichtlineare Steifigkeitskennlinie zu bestimmen.

Hochfrequente Charakterisierung

Alle Elastomere wurden anschließend im hochfrequenten Bereich von 50 bis 2000 Hz auf einem speziellen elektrodynamischen Versuchsstand charakterisiert. Um Resonanzen im Messaufbau zu vermeiden wurden die Adapter zur Anbindung der Lager an die Prüfmaschine sorgfältig hinsichtlich Gewicht und Steifigkeit ausgelegt. Mittels der gemessenen Kräfte und Beschleunigungen konnten die dynamische Steifigkeit und der Verlustwinkel für jedes Elastomerlager im jeweiligen Freiheitsgrad ermittelt werden.

Hochfrequente Modellierung – hocheffiziente Simulation

Unter Zuhilfenahme fraktionaler Ableitungen zur Beschreibung des dynamischen Elastomerverhaltens haben die Wissenschaftler im Fraunhofer LBF für alle Lager und Freiheitsgrade parametrische, numerisch sehr effiziente Modelle abgeleitet. Zum Abgleich der Modelle mit den ermittelten Messdaten wurde ein teilautomatisierter Prozess entwickelt und angewendet, welcher einen Optimierungsalgorithmus beinhaltet.

Mess- und Simulationsdaten zeigen eine gute Übereinstimmung in einem breiten Frequenzbereich. Mit den entwickelten numerischen Modellen sind somit hocheffiziente Simulationen des Fahrwerk-NVH-Verhaltens im Zeitbereich möglich.