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Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Zimmermann

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Publikationen

Publikationen (gesamt)

Anzahl der Treffer: 714
Erstellt: Mon, 23 Nov 2020 23:12:35 +0100 in 0.0692 sec


Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Lysenko, Victor;
Mathematical model of a linear motor controlled by a periodic magnetic field considering dry and viscous friction. - In: Applied mathematical modelling : simulation and computation for engineering and environmental systems.. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, Bd. 89 (2021), S. 1155-1162

The paper deals with a drive concept that uses the controllable mechanical properties of a magnetorheological fluid (MRF). The biologically inspired operating principle is based on crawling using anisotropic friction, as of worms, and non-Newtonian fluids, as of snails. The MRF located between a slider and two slide-blocks is functionally relevant for the drive system to generate a translational motion. A controlled magnetic field is utilized to change the friction conditions in the drive system by varying the properties of the MRF. An extended friction model takes the dry friction into account, along with the viscous friction. In this case, apart from the ratio of the coefficients of viscous friction, it is necessary to introduce two more parameters: the ratio of the coefficients of dry friction in the absence and presence of the magnetic field, and the ratio of the characteristic forces of viscous and dry frictions. These parameters allow refining the mathematical model that governs the behavior of a linear motor. Using asymptotic methods of non-linear mechanics, an expression for the average velocity of the slider is obtained for the case when the friction force is assumed to be small in comparison with the driving force of the slide-blocks. The theoretical results are verified experimentally on a prototype.



https://doi.org/10.1016/j.apm.2020.08.021
Boeck, Thomas; Sanjari, Seyed Loghman; Becker, Tatiana;
Parametric instability of a magnetic pendulum in the presence of a vibrating conducting plate. - In: Nonlinear dynamics. - Dordrecht [u.a.] : Springer Science + Business Media B.V, ISSN 1573-269X, (2020), insges. 18 S.
- Published: 17 November 2020

A pendulum with an attached permanent magnet swinging in the vicinity of a conductor is a typical experiment for the demonstration of electromagnetic braking and Lenz law of induction. When the conductor itself moves, it can transfer energy to the pendulum. An exact analytical model of such an electromagnetic interaction is possible for a flat conducting plate. The eddy currents induced in the plate by a moving magnetic dipole and the resulting force and torque are known analytically in the quasistatic limit, i.e., when the magnetic diffusivity is sufficiently high to ensure an equilibrium of magnetic field advection and diffusion. This allows us to study a simple pendulum with a magnetic dipole moment in the presence of a horizontal plate oscillating in vertical direction. Equilibrium of the pendulum in the vertical position can be realized in three cases considered, i.e., when the magnetic moment is parallel to the rotation axis, or otherwise, its projection onto the plane of motion is either horizontal or vertical. The stability problem is described by a differential equation of Mathieu type with a damping term. Instability is only possible when the vibration amplitude and the distance between plate and magnet satisfy certain constraints related to the simultaneous excitation and damping effects of the plate. The nonlinear motion is studied numerically for the case when the magnetic moment and rotation axis are parallel. Chaotic behavior is found when the eigenfrequency is sufficiently small compared to the excitation frequency. The plate oscillation typically has a stabilizing effect on the inverted pendulum.



https://doi.org/10.1007/s11071-020-06054-y
Böhm, Valter; Schorr, Philipp; Feldmeier, Tanja; Chavez, Jhohan; Henning, Stefan; Zimmermann, Klaus; Zentner, Lena;
An approach to robotic end effectors based on multistable tensegrity structures. - In: New trends in mechanism and machine science. - Cham : Springer, (2020), S. 470-478

In this paper compliant multistable tensegrity structures with discrete variable stiffness are investigated. The different stiffness states result from the different prestress states of these structures corresponding to the equilibrium configurations. Three planar tensegrity mechanisms with two stable equilibrium configurations are considered exemplarily. The overall stiffness of these structures is characterized by investigations with regard to their geometric nonlinear static behavior. Dynamical analyses show the possibility of the change between the equilibrium configurations and enable the derivation of suitable actuation strategies.



Dornes, Theresa;
Modellbildung und Simulation eines Reibdämpfers zum Einsatz in Schwingungsminderungssystemen. - Ilmenau. - 121 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Zur Kontrolle und Minderung niederfrequenter Turmbiegeschwingungen von Windenergieanlagen werden u.a. gedämpfte passive Tilger eingesetzt, deren Dämpfungselement durch einen trockenen Reibdämpfer realisiert ist. Im Rahmen der im Hause Wölfel Engineering GmbH + Co. KG angefertigten Bachelorarbeit, wird das Reibverhalten der im Tilger verwendeten Reibpaarung experimentell untersucht sowie ein zur Nachbildung des Reibverhaltens geeignetes Reibmodell ausgewählt. Anschließend werden drei verschiedene Reibmodelle, das ausgewählte Reibmodell sowie das Coulomb-Modell und das lineare Dämpfermodell, zur Beschreibung des Reibverhaltens eingesetzt und das Schwingungsverhalten des gedämpften passiven Tilgers in Simulink simuliert. So kann eingeschätzt werden, in welchem Umfang sich auch einfache Reibmodelle zur Nachbildung trockener Festkörperreibung eignen, wenn weniger das Reibverhalten selbst, als das daraus resultierende Schwingungsverhalten des Tilgers interessiert.



Brod, Jannis;
Detektion von Defekten und Verschleiß an einem Sägewerkzeug mittels Schwingungsanalyse. - Ilmenau. - 43 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Methodik zur frühzeitigen Erkennung von Verschleiß bei Sägewerkzeugen. Um die wissenschaftliche Problemstellung zu beantworten, wurden Schwingungsmessungen mit neuwertigen und verschlissenen Sägeblatteinheiten durchgeführt. Die unterschiedlichen Messreihen dienten der Ermittlung von möglichen Auswirkungen der verschlissenen Sägewerkzeuge auf die Funktion der Maschine. Hiernach wurde eine Analyse der Messwerte durchgeführt, sodass anhand der gewonnenen Ergebnisse Aussagen zu der Problemstellung getroffen werden konnten. Auf Grundlage der erlangten Erkenntnisse können somit nun weitere Entwicklungen für zukünftige Verfahren angestoßen werden.



Schorr, Philipp; Schale, Florian; Otterbach, Jan Marc; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus; Böhm, Valter;
Investigation of a multistable tensegrity robot applied as tilting locomotion system. - In: IEEE Xplore digital library. - New York, NY : IEEE, ISSN 2473-2001, (2020), S. 2932-2938

https://doi.org/10.1109/ICRA40945.2020.9196706
Gast, Simon; Zimmermann, Klaus;
FEM model of a tactile sensor based on inductance measurements and magnetosensitive elastomer. - In: SMSI 2020. - Wunstorf : AMA Service GmbH, (2020), S. 333-334

Kutschat, Luis;
Modellierung und Simulation des dynamischen Verhaltens einer Tensegrity-Struktur als Mehrkörpersystem. - Ilmenau. - 67 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellbildung und dynamischen Simulation eines mobilen Roboters, der auf einer Tensegrity-Struktur mit zwei gekrümmten Elementen basiert. Die Bewegung des Roboters wird durch das Verfahren von Antriebseinheiten entlang der gekrümmten Elemente induziert. Die Modellbildung erfolgt als Mehrkörpersystem mittels des Programms alaska/ModellerStudio. Die Arbeit umfasst unter anderem Methoden der Kontaktmechanik und Regelungstechnik. Es werden sechs Modelle entwickelt, die sich in der Modellierung der Spannelemente und der Führung der Antriebseinheiten unterscheiden. Dynamische Simulationen zeigen, dass die Modelle in der Lage sind, sowohl einachsiges Rollen als auch Kippsequenzen auf ebenem, nicht geneigtem Untergrund auszuführen.



Schorr, Philipp; Li, Enrique Roberto Carrillo; Kaufhold, Tobias; Hernández, Jorge Antonio Rodríguez; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus; Böhm, Valter;
Kinematic analysis of a rolling tensegrity structure with spatially curved members. - In: Meccanica. - Dordrecht [u.a.] : Springer Science + Business Media B.V, ISSN 1572-9648, (2020), insges. 9 S.
- Published: 14 July 2020

In this work, a tensegrity structure with spatially curved members is applied as rolling locomotion system. The actuation of the structure allows a variation of the originally cylindrical shape to a conical shape. Moreover, the structure is equipped with internal movable masses to control the position of the center of mass of the structure. To control the locomotion system a reliable actuation strategy is required. Therefore, the kinematics of the system considering the nonholonomic constraints are derived in this paper. Based on the resulting insight in the locomotion behavior a feasible actuation strategy is designed to control the trajectory of the system. To verify this approach kinematic analyses are evaluated numerically. The simulation data confirm the path following due to an appropriate shape change of the tensegrity structure. Thus, this system enables a two-dimensional rolling locomotion.



https://doi.org/10.1007/s11012-020-01199-x
Zhang, Kaiwei;
Untersuchung eines kippenden Lokomotionssystem auf Basis einer Tesegrity Struktur. - Ilmenau. - 65 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Das Bewegungssystem ist ein wichtiger Teil des Roboters und seine Kernfunktion besteht darin, die kontrollierte Positionsänderung des Roboters zu realisieren. Ein innovatives Fortbewegungssystem kann dem Roboter mehr Flexibilität verleihen. Heutzutage gibt es viele verschiedene Bewegungsprinzipien, die in der Robotik genutzt werden, wie z.B. Rollen, Gehen und Kriechen. Gleichzeitig wird die Entwicklung weiterer Lokomotionsprinzipen angestrebt. Die aus der Architektur stammende Tensegrity-Struktur ist eine spezielle vorgespannte Struktur, die aus Zug- und Drucksegmenten besteht. Die Verbinndung der Drucksegmente miteinander erfolgt nicht direkt, sondern über Zugsegmente. Da die Tensegrity Struktur offensichtliche Vorteile wie ein hohes Gewichts-Last-Verhältnis oder eine Schockresistenz bietet, ist sie zur Realisierung von Lokomotionssystemen geeignet. Durch Formänderung der Struktur können Kippbewegungen ermöglicht werden, um eine kontrollierte Fortbewegung zu realisieren. In dieser Arbeit wird ein Bewegungssystem auf Basis einer Tensegrity Struktur vorgestellt. Die Fortbewegung wird hierbei anhand sukzessiver Kippsequenzen realisiert.