Frequenzganganalyse
Die Frequenzganganalyse fällt unter den strukturmechanischen Berechnungsmethoden der FEM in den Bereich der Dynamik. Mit ihr wird die Antwort einer Struktur auf eine harmonische Anregung im stationären, d.h. eingeschwungenen Zustand ermittelt. Geht man nach der Art der Anregung, ist der englische Begriff „Harmonic Frequency Response“ treffender. Die deutsche Namensgebung orientiert sich im Gegensatz dazu am Ergebnis der Simulation, bei der für einen bestimmten Frequenzbereich der Anregung das Antwortverhalten ermittelt wird. Das Ergebnis ist die Amplitude und der Phasenwinkel als Funktion der Anregungsfrequenz, der sogenannte Phasenfrequenzgang bzw. Anregungsfrequenzgang.
Die Betrachtung erfolgt grundsätzlich im Frequenzbereich. Veränderungen des Strukturverhaltens infolge von nichtlinearen Effekten können ebenso wenig berücksichtigt werden wie Lasten, die mit unterschiedlicher Frequenz auf die Struktur einwirken. Eine Änderung der Anregungsamplitude oder der Erregerfrequenz sind gleichfalls nicht möglich. Sind aus technischer Sicht die Reaktionen auf derartige Lastwechsel zu betrachten, muss dazu eine transiente dynamische Analyse durchgeführt werden. Dämpfung kann hingegen auf verschiedene Art in die Systembeschreibung mit einbezogen werden.
Rechenzeit / Modellgrösse
Für eine Frequenzganganalyse stehen verschiedenen Methoden zur Verfügung, die sich im numerischen Aufwand und den Möglichkeiten zur Berücksichtigung von physikalischen Effekten unterscheiden. Die gängigsten Verfahren sind die direkte Lösung und die modale Superposition. Der Ansatz, direkt die vollständigen Systemmatrizen zu verwenden, ist bezüglich Rechenzeit am intensivsten, bietet aber auch die genaueren Ergebnisse.
Bedeutung
Eine Frequenzganganalyse deckt einen in der technischen Anwendung weit verbreiteten Fall der dynamischen Strukturbelastung ab. Insbesondere Maschinen und Anlagen erfahren vielfach eine stationäre harmonische Anregung, die sich mit dieser Analyseart betrachten lässt.
Bei der Anregung durch Unwucht oder den Schlag einer schnell laufenden Welle kommen noch weitere Einflüsse wie die Corioliskraft, gyroskopische Momente, die Spannungsversteifung und das „spin softening“ zum Tragen und müssen entsprechend berücksichtigt werden. Dieser häufig vorkommende Sonderfall der harmonischen Anregung fällt in das Fachgebiet der Rotordynamik.
Weitere Spezialfälle der Frequenzganganalyse stellt die Fluid-Struktur Interaktion oder die Selbsterregung einer Struktur durch Reibungseffekte dar.
