Zur Minimierung der Simulationszeit werden bei der Werkzeugmaschinenentwicklung Modellordnungsreduktionsverfahren eingesetzt. Typischerweise geben diese Ersatzmodelle das Übertragungsverhalten beziehungsweise die Systemeigenschaften einiger ausgewählter Eingangspunkte zu einigen ausgewählten Ausgangspunkten wieder. Zur Berücksichtigung der Schlittenposition im Simulationsmodell wird allerdings eine größere Anzahl an Ein- und Ausgangsknoten benötigt. Durch die Erhöhung der Ein- und Ausgänge des Systems erhöht sich wiederum die Dimension des reduzierten Ersatzsystems massiv. Um dies zu vermeiden, wurden in transienten Simulationen bisher keine veränderten Schlittenpositionen berücksichtigt, wie sie in der Regel bei Werkzeugmaschinen auftreten. Das Ziel der Arbeit ist ein Verfahren zur zeiteffizienten Simulation von Werkzeugmaschinen unter Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften bei Änderung der Steifigkeits- und Massenverteilung mittels einer Kombination von Modellordnungsreduktionsverfahren.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Die Qualität von Kautschukprodukten wird maßgeblich durch den Prozessschritt der Vulkanisation beeinflusst. Essentiell für eine hohe Produktqualität ist die Bestimmung der geeigneten Heiztemperatur und Heizdauer für die Vulkanisation mit dem Ziel, eine optimale Ausheizgradverteilung innerhalb des Kautschuks zu gewährleisten. Durch eine modellbasierte Bestimmung der Prozessparameter wird eine systematische Auslegung des Vulkanisationsprozesses ermöglicht. Unterschiedliche Anforderungen innerhalb des Kautschuks werden dabei durch separate Heizzonen realisiert. Eine modellbasierte Temperaturregelung dient zur Sicherstellung der erforderlichen Heiztemperaturen innerhalb der einzelnen Zonen. Im laufenden Prozess auftretende Störungen werden mithilfe einer adaptiven Steuerung der Heiztemperaturen wirksam kompensiert.
Aktualisiert: 2021-05-26
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Die Qualität von Kautschukprodukten wird maßgeblich durch den Prozessschritt der Vulkanisation beeinflusst. Essentiell für eine hohe Produktqualität ist die Bestimmung der geeigneten Heiztemperatur und Heizdauer für die Vulkanisation mit dem Ziel, eine optimale Ausheizgradverteilung innerhalb des Kautschuks zu gewährleisten. Durch eine modellbasierte Bestimmung der Prozessparameter wird eine systematische Auslegung des Vulkanisationsprozesses ermöglicht. Unterschiedliche Anforderungen innerhalb des Kautschuks werden dabei durch separate Heizzonen realisiert. Eine modellbasierte Temperaturregelung dient zur Sicherstellung der erforderlichen Heiztemperaturen innerhalb der einzelnen Zonen. Im laufenden Prozess auftretende Störungen werden mithilfe einer adaptiven Steuerung der Heiztemperaturen wirksam kompensiert.
Aktualisiert: 2021-08-05
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Dieser Band der Reihe Fachwissen Technische Akustik behandelt die am weitesten verbreiteten, wellentheoretischen Verfahren der numerischen Akustik. Die Randelementemethode, die Finite-Elemente-Methode und die Ersatzstrahlermethode werden in den Kapiteln ausführlich behandelt. Weitere Methoden wie z. B. Approximationen für hohe Frequenzen, Verfahren der geometrischen Akustik oder die statistische Energieanalyse werden ebenfalls kurz angesprochen.
Aktualisiert: 2023-04-01
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In dieser Arbeit werden vollständige Planetengetriebe basierend auf Elastischen Mehrkörpersystemen mit knotenbasiertem Kontakt simuliert und untersucht. Dabei werden effiziente Methoden vorgestellt, wie der Aufwand bei der Kontaktkraftberechnung minimiert werden kann. Dies ist auch notwendig, da bei Systemen dieser Größenordnung und diesem Detaillierungsgrad selbst mit Elastischen Mehrkörpersystemen ein nicht unerheblicher numerischer Aufwand anfallen kann. Der numerische Aufwand kann, im Vergleich zu einem FE-Modell, hauptsächlich durch Modellordnungsreduktion erzielt werden. Dabei wird eine Projektionsmatrix zur Verringerung der Freiheitsgrade verwendet. Die Untersuchung von geeigneten Reduktionsmethoden zur möglichst effizienten Berechnung hat dabei das Ziel, die Kontaktdynamik und die innere Dynamik gut abbilden zu können.
Die Berechnung der korrekten Kontaktkraft ist dabei für die sich einstellende Dynamik entscheidend. In dieser Arbeit wird das Penalty-Verfahren zur Kontaktberechnung verwendet, da es im Allgemeinen weniger aufwändig ist als das Lagrange-Multiplikator-Verfahren.
Deshalb ergibt sich eine starke Abhängigkeit vom Penalty-Parameter. Für diesen wird eine Annäherung eingeführt, welche im Vergleich mit FE-Modellen eine qualitativ ähnlich gute Berechnung des Kontaktes erlaubt. Da jedoch ein Vergleich mit der Realität fehlt, wird ein Stoßexperiment durchgeführt, um das vorliegende EMKS mit knotenbasierter Kontaktkraftberechnung zu untersuchen. Der Fokus liegt hierbei auf Innenverzahnungen, da Hohlräder im Allgemeinen sehr viel elastischer sind als kleine, kompakte Stirnräder. Anhand von dynamischen Simulationen von vollständigen Planetengetrieben wird die Einsetzbarkeit der hier vorgestellten effizienten Algorithmen demonstriert.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Dieser Band der Reihe Fachwissen Technische Akustik behandelt die am weitesten verbreiteten, wellentheoretischen Verfahren der numerischen Akustik. Die Randelementemethode, die Finite-Elemente-Methode und die Ersatzstrahlermethode werden in den Kapiteln ausführlich behandelt. Weitere Methoden wie z. B. Approximationen für hohe Frequenzen, Verfahren der geometrischen Akustik oder die statistische Energieanalyse werden ebenfalls kurz angesprochen.
Aktualisiert: 2023-04-04
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In Kapitel 2 werden die für diese Arbeit wichtigen Grundlagen der Modellordnungsreduktion in der elastischen Mehrkörpersimulation vorgestellt. Das Ziel dieses Kapitels ist es, die in den darauf folgenden Kapiteln verwendeten Größen zu beschreiben und die hier verwendete Notation einzuführen. In Kapitel 3 wird die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte und für die Durchführung der Prozesskette der Modellordnungsreduktion sehr großer FE-Systeme notwendige Software Morembs++ vorgestellt. Dabei wird das Ziel verfolgt, dem Leser die einzelnen Abschnitte der Prozesskette und die vorhandenen Funktionalitäten vorzustellen. In Kapitel 4 werden zunächst die in dieser Arbeit verwendeten FE-Modelle beschrieben, um anschließend anhand eines typischen Fallbeispiels die Herausforderungen in der Modellordnungsreduktion sehr großer FE-Systeme zu identifizieren. In Kapitel 5 serfolgt die Analyse der Prozesskette. Das Ziel dieses Kapitels ist es, zu untersuchen, ob der Einsatz der zuvor beschriebenen Lösungsmethoden im Rahmen der hier verwendeten Modellordnungsreduktionmethoden möglich ist. Zuletzt werden in Kapitel 6 die Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst und ein Ausblick auf noch austehende Aufgaben gegeben.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Zur Minimierung der Simulationszeit werden bei der Werkzeugmaschinenentwicklung Modellordnungsreduktionsverfahren eingesetzt. Typischerweise geben diese Ersatzmodelle das Übertragungsverhalten beziehungsweise die Systemeigenschaften einiger ausgewählter Eingangspunkte zu einigen ausgewählten Ausgangspunkten wieder. Zur Berücksichtigung der Schlittenposition im Simulationsmodell wird allerdings eine größere Anzahl an Ein- und Ausgangsknoten benötigt. Durch die Erhöhung der Ein- und Ausgänge des Systems erhöht sich wiederum die Dimension des reduzierten Ersatzsystems massiv. Um dies zu vermeiden, wurden in transienten Simulationen bisher keine veränderten Schlittenpositionen berücksichtigt, wie sie in der Regel bei Werkzeugmaschinen auftreten. Das Ziel der Arbeit ist ein Verfahren zur zeiteffizienten Simulation von Werkzeugmaschinen unter Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften bei Änderung der Steifigkeits- und Massenverteilung mittels einer Kombination von Modellordnungsreduktionsverfahren.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Die Modellierung mechanischer Systeme als elastische Mehrkörpersysteme ermöglicht die Berechnung großer Starrkörperbewegungen und elastischer Verformungen. Durch die feine örtliche Diskretisierung mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode ist eine Reduktion der elastischen Freiheitsgrade zwingend erforderlich. Hierbei werden Verfahren der linearen Modellordnungsreduktion eingesetzt.
Bei einer steigenden Anzahl technischer Systeme sind die systembeschreibenden Matrizen parameterabhängig. Beispiel hierfür sind Systeme mit wandernden Lasten und Materialabtrag. In dieser Arbeit wird zur Simulation solcher mechanischer Systeme die parametrische Modellreduktion erweitert und eingesetzt. Die Grundidee der parametrischen Modellreduktion besteht in der Erstellung reduzierter Systeme, welche die wichtigsten Informationen der großen Originalsysteme enthalten und dabei den Erhalt der Parameterabhängigkeit ermöglichen. Dies kann durch die Erstellung lokal gültiger Modelle für ausgewählte Parameterwerte sicher gestellt werden. Anschließend können diese Modelle geeignet kombiniert oder interpoliert werden. Bei der Interpolation der reduzierten Systeme können die Projektionsmatrizen, Unterräume, reduzierten Systemmatrizen oder die Übertragungsmatrix interpoliert werden. Diese Verfahren werden für die Reduktion einer elastischen Platte mit variablem Materialabtrag in dieser Arbeit gegenübergestellt und bewertet. Dabei ist das Ziel dieser Arbeit die Bereitstellung parametrischer Reduktionsverfahren für elastische Mehrkörpersysteme.
Für die Simulation wandernder Interaktionen in elastischen Mehrkörpersystemen werden in dieser Arbeit zusätzlich zeitabhängige parametrische Reduktionsverfahren für mechanische Systeme vorgestellt und bewertet.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Die vorliegende Arbeit behandelt eine neuartige Methode zur Schwingungsdämpfung von zyklisch-symmetrischen Strukturen mittels beschalteter Piezowandler. Hierzu werden piezoelektrische Wandler auf den zyklischen Segmenten der Struktur appliziert und mit elektrischen Netzwerken beschaltet. Kommt es zu Strukturschwingungen, überführen die Piezowandler einen Teil der mechanischen Energie in elektrische Energie. Dieser Energieanteil wird dann an elektrischen Widerständen dissipiert und in der Folge sinken die Schwingungsamplituden der Struktur. Eine besondere Herausforderung bei der Auslegung der beschalteten Piezowandler ergibt sich aus der zyklischen Symmetrie, die zur Ausbildung von umlaufenden Schwingungsformen führt.
Es werden Methoden zur Berechnung der optimalen Platzierung der Piezowandler erarbeitet und eine Netzwerktopologie entwickelt mit der umlaufende Schwingungsformen gedämpft werden können. Mittels eines neuartigen modal-physikalischen Modells wird die Dämpfungswirkung der beschalteten Piezowandler numerisch berechnet. Anhand eines geometrisch einfachen Modellschaufelkranzes wird das Dämpfungsprinzip auf eine Anwendbarkeit in Turbomaschinen hin untersucht und die gute Dämpfungswirkung in experimentellen Untersuchungen erfolgreich nachgewiesen.
Aktualisiert: 2019-11-07
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