Statistische Methoden
Fraunhofer ITWM
Bei der Auslegung und Beurteilung mechanisch beanspruchter Bauteile hinsichtlich ihrer Betriebsfestigkeit / Zuverlässigkeit spielen statistische Methoden eine zentrale Rolle. Wichtige Aspekte sind dabei die Analyse des Kundenverhaltens, die Ableitung von Bemessungsgrundlagen sowie die Planung und Auswertung von Freigabeversuchen. Die Abteilung MDF verwendet und entwickelt Methoden zur Lösung all dieser Aufgaben.
Erfassung der Nutzungsvariabilität bei Lasten und Verbrauch
Eine wichtige Aufgabe für jeden Fahrzeughersteller ist die realistische Einschätzung von Beanspruchung und Verbrauch beim Kunden. Dies ist umso anspruchsvoller, je variabler das Einsatzspektrum eines Fahrzeugs ist. Für Land- und Baumaschinen mehr als für LKW und Transporter, und für diese in der Regel mehr als für PKW.
Weitere InformationenLastdatenanalyse, Kundenmodelle und Bemessungsgrundlagen
Beanspruchungsdaten auf System- und Bauteilebene aus Feldmessungen, am Prüfstand und im Berechnungsumfeld sind zunächst Zeitreihen. Wesentliche Informationen über die Belastung erhält man in der Regel aus den Amplituden (Rainflowzählung) oder Frequenzen (PSD) einer Lastfolge sowie abgeleiteten Kennwerten wie etwa Pseudoschädigungszahlen.
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Feldmessungen alleine reichen in der Regel nicht aus, um Aussagen über ein System im Kundenbetrieb zu machen. Die Messungen sind relativ kurz und man will auf längere Laufzeiten und extremere Ereignisse extrapolieren. Dabei helfen Methoden der Extremwertstatistik oder der nichtparametrischen Verteilungsschätzung.
Ein weiteres Problem ist die große Zahl möglicher Anwendungen, so dass die Häufigkeit bestimmter Aufgaben beim Kunden nicht ihrem Anteil an den Messungen entspricht. Um die Daten effektiv nutzen zu können, werden sie nach Einflussgrößen klassifiziert und zu Nutzungsprofilen rekombiniert, die den erwarteten Einsatz widerspiegeln.
Beruht die Klassifikation auf äußeren Bedingungen (Einsatzgebiet, Aufgabe, etc.), so erhält man eine systemunabhängige Beschreibung des Nutzungsspektrums, die sich mit Messdaten anderer Systeme bedaten lässt und z.B. Variantenvergleiche erlaubt. Dies funktioniert außer für Lastdaten auch für andere Erwägungen, etwa zur Abschätzung des Kraftstoffverbrauchs.
Für Freigabeversuche verwendet man in der Regel nicht die im Kundenbetrieb erwartete Last, sondern eine davon abgeleitete Referenzlast. Dabei ist zu berücksichtigen, dass man die Verteilung der Lasten und der Lebensdauer eines Bauteils nur für typische Fälle kennt, trotzdem aber Aussagen über extreme Ereignisse (Ausfälle im Kundenbetrieb) machen muss.
Ist die Referenzlast bestimmt, stehen verschiedene Verfahren aus der Optimierung und Statistik zur Verfügung, um sie etwa in eine Fahrvorschrift für die Teststrecke oder in ein Prüfstandsprogramm zu übersetzen. Neben einer möglichst guten Abbildung der Testlast geht es dabei immer auch um eine effiziente Durchführung bzw. kurze Dauer.
Anwendungsprojekte
Planung und Auswertung von Lebensdauerversuchen
Eine klassische Domäne der Statistik im Umfeld der Betriebsfestigkeit ist die Planung und Auswertung von Lebensdauerversuchen. Da aus wenigen Tests belastbare Aussagen über das Ausfallverhalten von Komponenten abgeleitet werden müssen, sind hier Methoden gefragt, die die vorhandene Information optimal ausnutzen.
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Seminare und Wissenstransfer
Neben der Lösung von konkreten Aufgaben aus dem Betriebsfestigkeitsumfeld bieten wir Beratung und Fortbildungsveranstaltungen zu den verwendeten Methoden an.
Dies geschieht einmal in Form eines Seminars für Anwender aus der Industrie, das statistische Grundlagen und relevante Verfahren an Beispielen aus der Praxis behandelt.
Darüber hinaus erstellen wir auf Projektbasis auch individuell zugeschnittene Berichte und Dokumentation zu ausgewählten Themen.
