Motivation

Die Dynamik schlanker Kontinua ist in der Mechanik seit längerer Zeit Thema intensiver Forschung. Durch die Besonderheit eines extrem kleinen Verhältnisses von Durchmesser zu Länge sind solche Strukturen meist verhältnismäßig torsionsweich. Beispiele für solche Strukturen sind lange Brücken, Antriebswellen großer Containerschiffe oder Bohrstränge. Im Besonderen bei Bohrsträngen können aufgrund der Komplexität der angreifenden Kräfte (nichtlineare Reibung, impulsartiges Losreißen des Bohrstrangs von der Wand) verschiedene Bewegungsformen beobachtet werden, wie z. B. stabiles Verhalten, aber auch selbsterregte Schwingungen wie Stick-Slip-Zyklen. Generell stellt die Regelung und Schwingungsdämpfung solcher Strukturen unter dem Einfluss unbekannter und zeitvarianter Störungen eine große Herausforderung dar.

Vorgehensweise

Das Systemverhalten eines Bohrstrangs wird unter Verwendung verschiedener Modelle am Computer numerisch simuliert. Außerdem stehen zwei Versuchsstände zur Verfügung, an denen Experimente durchgeführt werden. Für die aktive Dämpfung von Torsionsschwingungen kommt ein wellenbasiertes Regelungsverfahren zum Einsatz, welches am Institut für Mechanik und Meerestechnik entwickelt wurde. Es ist im theoretischen Modell am Computer sowie in den Versuchsständen implementiert und wird ständig weiter entwickelt. Die Effektivität dieses Verfahrens und dessen Robustheit gegenüber Diskontinuitäten entlang eines realen Bohrstrangs sind dabei von besonderem Interesse. Diese Diskontinuitäten entstehen durch die Verschraubung einzelner Rohrelemente und äußern sich in Form von Fügestellendämpfung sowie ungleichen Massen- und Steifigkeitsverteilungen. Außerdem wird das Regelungsverfahren mit anderen bestehenden Verfahren verglichen.

Studentische Arbeiten

Dieses Thema deckt eine große Bandbreite der Bereiche Mechanik und Regelungstechnik ab und bietet viel Raum für studentische Arbeiten. Wer Interesse hat, im Rahmen einer Bachelor-/Projekt-/Master-/Studien-/Diplomarbeit bei diesem Thema mitzuwirken, kann sich gern bei uns melden.