Experimentelle Dynamik
Überblick
Die Ingenieurwissenschaften haben den Anspruch, sich den grundlegenden Herausforderungen unserer heutigen Zivilisation zu stellen: Mobilität, Ernährung und Energieversorgung. All dies muss erhalten und verbessert werden, während die globale Gefahr des Klimawandels Effizienz und Nachhaltigkeit erzwingt. Die Notwendigkeit, eine nachhaltige globale Gesellschaft zu schaffen, bestimmt auch die Bereiche, die in der Experimentellen Dynamik behandelt werden: rotierende Maschinen, Eckpfeiler der Energieversorgung und Mobilität; Leichtbaustrukturen, Spitzentechnologie, die die heutigen Fahrzeuge und Gebäude ermöglicht; Medizintechnik, grundlegender Teil erstaunlicher Durchbrüche, die die menschliche Gesellschaft neu geformt haben; und mehr.
Der Schwerpunkt der Experimentellen Dynamik liegt auf der Analyse mechanischer Eigenschaften anhand von Prüfständen. Aus der Vielzahl der Anwendungen ergibt sich ein breites Spektrum an wissenschaftlichen und technologischen Aspekten: Welche Eigenschaften sind von Interesse - Haltbarkeit, Schwingung oder Alterungseffekte? Liegt der Fokus auf linearen Schwingungen, nichtlinearen Gelenken, multiphysikalischen Magnetlagern, humanoiden Robotern oder gar menschlichen Zellen? Das Gesamtziel lenkt den Blick auch auf technische Fragen, wie bspw. den zur Analyse verwendeten Methoden und Messgeräten, bei denen speziell angefertigte Sensoren, Kameras oder Laser-Vibrometer zu den verfügbaren Werkzeugen gehören. Fragen und Bereiche, die unsere Forschung maßgeblich beeinflussen.
Ein Experiment kann nur dann sinnvoll aufgebaut werden, wenn die zu erwartenden Beobachtungen auf einer soliden theoretischen Grundlage beruhen. Im Allgemeinen ist eine experimentelle Untersuchung gerechtfertigt, wenn das analysierte System zu komplex ist oder zu viele Unbekannte enthält, um es ausschließlich numerisch zu behandeln. Ähnlich wie in anderen empirischen Disziplinen bedarf der wissenschaftliche und technologische Fortschritt die Iteration von Experiment und Theorie. Experimentelle Erkenntnisse werden benötigt, um die simulierte Vorhersage kontinuierlich zu schärfen. Diese Verbindung zwischen Experimenteller Dynamik und Simulation ist unabdingbar und geht über den reinen Austausch von Parameterwerten hinaus, woraus sich der Bereich der Experimentellen und Hybriden Substrukturierung ergibt.
Obwohl Experimente notwendig sind, ist der Aufbau von prototypischen Testumgebungen ganzer Systeme in vielen Fällen unerschwinglich. Es ist entscheidend, Effizienz und Nachhaltigkeit auf das experimentelle Testen selbst auszudehnen. In der Experimentellen Dynamik wird dies durch das Substrukturierungs-Paradigma angegangen: die Kombination von experimenteller und numerischer Analyse auf Substrukturebene ermöglicht die isolierte Analyse komplexer Substrukturen, die möglicherweise nicht ausreichend detailliert simuliert werden können, gefolgt von einer hybriden Vorhersage auf Baugruppenebene. Trotz der scheinbar einfachen theoretischen Basis ist die erfolgreiche experimentelle Umsetzung der Hybriden Substrukturierung alles andere als trivial, was in unseren Bemühungen zur Systemidentifikation und Echtzeit-Hybriden Substrukturierung resultiert.