Experimentelle Modale Analyse: Theorie und Laborversuch Die vorliegende Diplomarbeit entstand am Institut für Hochbau und Technologie, im Forschungsbereich für Baumechanik und Baudynamik der TU-Wien. Die Experimentelle Modale Analyse (EMA) ist ein in vielen Ingenieurbereichen genutztes Instrument zur Verknüpfung von Theorie und Praxis: Mathematische Modelle werden unter Einbeziehen der aus Versuchen ausgewerteten dynamischen Parameter (Eigenfrequenz, Dämpfungsrate, und modale Konstante) korrigiert, verifiziert, validiert und schlussendlich bestmöglich verbessert. System- und Parameteridentifikation sind andere Begriffe für die EMA. Die Arbeit ist in zwei Abschnitte unterteilt: - Theoretische Grundlagen der EMA - Laborversuch: Praktische Anwendungen der EMA Im ersten Teil werden die Hintergründe und Zusammenhänge beschrieben: Theorie und Praxis werden allgemein behandelt. Allgemeines zu Modellbildung, Versuchsaufbauten und Auswertung von Versuchsergebnissen sind in diesem Abschnitt die wichtigsten Themen. Zwei verschiedene Abläufe führen idealerweise zur gleichen Lösung: Für den in der Arbeit untersuchten Stahlbalken werden mathematische Modelle formuliert. Eine experimentelle Routine befasst sich allgemein mit Versuchsaufbauten, wichtige EMA-Hardware- und Software-Elemente sind beschrieben. Das Ziel ist auch hier die Datengewinnung um ein mathematisches Modell zu bilden. Weiters werden im allgemeinen Teil Parameter-Auswertungsmethoden für Ein- und Mehrfreiheitsgradsysteme diskutiert. Frequenz-Antwort-Funktionen charakterisieren ein System im Frequenzbereich und werden daher genauer untersucht. Der zweite Abschnitt widmet sich der Anwendung: die Theorie soll verifiziert werden. Ein sechs Meter langer Versuchsbalken wird mit vier Schwingungserregern untersucht. In dem Test werden die ersten vier Eigenschwingungsformen des Trägers ermittelt. Frequenz-Antwort-Funktionen werden gemessen und anschließend aus den zugehörigen dynamischen Parametern die Eigenvektoren des Systems berechnet. Die aus den unterschiedlichen Auswertungsmöglichkeiten erstellten Modelle werden mit mathematischen Lösungen verglichen. Der letzte Abschnitt zeigt, wie Eigenschwingungsformen direkt angeregt werden können: Zugehörige Kraftvektoren werden berechnet und das System damit angeregt.
Experimental Modal Analysis: theory and laboratory experiment This master thesis was written at the Institute of Building Construction and Technology, in the area of research: Structural Mechanics and Dynamics, at the TU-Vienna. The Experimental Modal Analysis (EMA) is a commonly used tool for the combination of theoretical and practical exercises: Mathematical models are corrected, verified, validated and finally improved by using modal parameters (eigenfrequency, damping ratio and the modal constant), derived by experiments, in the theoretical model. System- and parameter-identification are other terms for this field of research. The thesis is divided into two parts: - Theoretical basics of the EMA - Laboratory experiment: the practical use - a steel beam is subjected by EMA-tests In the first chapter, the main focus is on the backgrounds of EMA: Theory and practical issues are both discussed in a general way. Modeling, experimental set-ups and interpretation of tests results are the most important topics of this general part. Two different routes of any EMA-application lead to the same solution: A theoretical and a practical way to obtain mathematical models of real systems. The theoretical process shows the modeling of the later analyzed steel beam. The experimental routine gives the reader an idea of the experiment set-up of an EMA-test: Important instruments for an EMA-test are described. Furthermore this master thesis is about parameter extraction methods such as Single Degree of Freedom or Multi Degree of Freedom -Methods, to obtain dynamic parameters of Frequency-Response-Functions. These system characteristics in the frequency domain are other issues of the work. In the second chapter, a laboratory experiment is realized: A six meter long steel beam is set-up with four shakers for a dynamic exercise. This part of the work gives an overview of important practical issues of a modal test. In the modal test, the first four modes are analyzed: Frequency-Response-Functions are derived from excitations by sweep-tests. Using different parameter extraction models described in part one, the mode shapes are computed in different ways and compared to the mathematical model. The last test shows how it's possible to excite exactly one of the four mode shapes: a mono-phased excitation vector is computed and gives very good test results.
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Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Zsfassung in engl. Sprache
