2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/15652Partikeldämpfer sind einfach zu bauende passive Dämpfungselemente. Hierbei werden Behältnisse mit granularen Partikel befüllt und an die schwingende Struktur angebracht oder darin integriert. Aufgrund der Schwingungen werden die Partikel in Bewegung versetzt und durch Reib- und Stoßvorgängen zwischen den Partikeln wird Energie dissipiert. Dies sind nichtlineare Effekte die zu einem hoch nichtlinearen Verhalten der Partikeldämpfer führen können. Partikeldämpfer sind einfach anzuwenden, auch bei schon existierenden Maschinen. Es konnte gezeigt werden, dass diese Dämpfer mindestens so effektiv wie andere Dämpfungsmethoden sein können. Die Mechanismen der Energiedissipation sind nicht auf eine einzelne Frequenz beschränkt sondern wirken über einen breiteren Frequenzbereich. Darüber hinaus sind Partikeldämpfer sehr anpassungsfähig, beispielsweise durch verschiedene Formen und Größen des Dämpferbehältnisses, der Anzahl der Partikel oder durch verschiedene Materialien. Die numerischen und experimentellen Analysen aus der ersten Projektphase haben gezeigt, dass der Großteil der dissipierten Energie durch Partikelstöße entsteht. Deshalb sollte die Stoßzahl so klein wie möglich sein, damit eine möglichst große Menge an Energie dissipiert. Um eine möglichst große Übertragung von kinetischer Energie der schwingenden Struktur auf die Partikel zu ermöglichen, sind schwere, metallische Partikel wie Stahl, Messing oder Wolfram zu bevorzugen. Für diese Materialien haben FE Simulationen gezeigt, dass die Stoßzahl für Partikel-Partikel Stöße recht hoch ist und somit die Menge an dissipierter Energie limitiert ist. Ein Weiterer großer Nachteil bei der Benutzung von metallischen Partikeln für Partikeldämpfer ist die Erzeugung von nicht unerheblichem Lärm durch die Partikelstöße. Es gibt bereits erste Versuche von Partikeldämpfern mit polymeren Granulaten. Allerdings wird aufgrund der geringeren Partikelmasse eine geringere Dämpfung der Struktur erzielt. Das Forschungsziel ist die Weiterentwicklung einer simulationsbasierten Entwicklungsmethode von verteilten Partikeldämpfern für die passive Schwingungsdämpfung von Leichtbaustrukturen und -maschinen. Dieses Projekt hat dabei das Ziel komplett neue hybride Partikeldämpfer zu entwickeln und zu bewerten. Dadurch werden weitere Freiheitsgrade bezüglich des Designs geschaffen, indem verschiedene Materialien verwendet werden und somit die Masse der Partikel und die Stoßzahl einzelner Partikelkollisionen teilweise entkoppelt voneinander sind. Hierbei sollte ein schweres metallisches Partikel mit einem viskoelastischen Material mit hoher Dämpfung gepaart werden. Durch diesen Ansatz entsteht eine komplett neue Designphilosophie, um kleine Partikeldämpfer zu erhalten, welche deutlich mehr Energie dissipieren als vergleichbare homogen Partikeldämpfer mit ähnlicher Masse. Als Nebeneffekt wird zudem erwartet, dass diese hybriden Partikeldämpfer deutlich geräuschärmer als die klassischen Partikeldämpfer sind.Particle dampers are simply designed passive damping elements. Granular particles are embedded in a container attached to a vibrating structure or within holes embedded in the vibrating structure. Due to the structural vibrations momentum is transferred to the granular material and energy is dissipated due to inter-particle impacts and frictional effects. In the last decades there has been an increased interest in particle dampers. Particle damping is easy to apply even in already existing hardware and it has been shown that it can be at least as effective as other damping techniques. This effectiveness in dissipating energy is not restricted to a single frequency but exists over a broader frequency range which is not usual in conventional damping solutions. Moreover, particle dampers are highly adaptive with various forms and sizes and a variety of particle types and materials.Numerical and experimental analysis performed in the first project phase has shown that the vast portion of kinetic energy dissipation is due to impacts. Thus, the coefficient of restitution (COR) should be as small as possible to dissipate maximal energy. In order to allow the transfer of significant kinetic energy from the vibrating structure onto the particles, heavy metallic particles such as steel, brass or even tungsten are advantageous. For these materials FE simulation show that the COR is relatively high for inter-particle impacts, providing a limitation on the kinetic energy dissipation. Another major drawback of particle dampers using metallic particles is the generation of considerable noise due to impacts. There have been first attempts using particle dampers made of polymer particles, however due to their much lower particle weight their damping effect is smaller than using heavier metallic particles.The research objective is the further development of a new simulation-based design methodology for passive vibration damping of lightweight structures and machines using distributed particle dampers. Hereby this project aims to develop a completely new type of hybrid particle dampers. Thereby, additional design degrees of freedom are introduced by using two different types of materials to decouple in some extend the mass and the coefficient of restitution of the individual contacts. Hereby, a heavy metallic material should be paired with a viscoelastic material with high damping capability during dynamic loading. With this approach, a completely new design philosophy should be developed to obtain small particle dampers, which dissipate significant more energy than optimized homogenous particle dampers of comparable mass. As a side-effect it is also expected, that these hybrid particle dampers are significantly calmer than the classical particle dampers.