Schwingungsanalyse von kontinuierlichen, gebetteten, abgesetzten balkenähnlichen Strukturen mit diskreten Elementen. - 137 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Diese Arbeit befasst sich mit der Schwingungsanalyse von balkenähnlichen Strukturen. Anhand von mechanischen Modellen, die auf Vibrissen von Ratten und Mäusen basieren, soll ein Beitrag zur Abstandsdetektion mithilfe mechanischer Sensoren geleistet werden. Die bereits in der Literatur bestehenden Modelle werden verbessert und realistischer gestaltet: Die Elastizität des Follikel-Sinus-Komplexes (Lagerung der Vibrisse) und der Hautaustrittsstelle, sowie und der konische Verlauf werden berücksichtigt und deren Einfluss auf die dynamische Analyse wird bestimmt. Der Follikel-Sinus-Komplex ist durch eine Feder- und Dämpferbettung, die Hautaustrittsstelle durch eine diskrete Feder-Dämpfer-Paarung, der konische Verlauf durch drei Durchmesser und der Objektkontaktpunkt durch ein Festlager dargestellt. Außerdem werden zusätzlich unterschiedliche Arten der Lagerung (Einspannung, Festlager, Frei) betrachtet. Aufgrund der Komplexität des Modells erfolgt eine erste Einteilung in konservative und nicht konservative Systeme. Bei den konservativen Systemen werden drei Modelle untersucht. Hierbei wird der Einfluss von verschiedenen Parametern auf den Verlauf der Eigenwerte bestimmt. Außerdem werden drei Algorithmen entwickelt. Diese sollen mithilfe der Eigenwerte die Objektdistanz eindeutig bestimmen. Als erstes wird für die Analyse der Zusammenhang an den Übergangsstellen zwischen den Eigenkreisfrequenzen hergeleitet. Als zweites erfolgt die Aufstellung der Funktionen der Verschiebung mithilfe der Beziehung zwischen den Eigenwerten und Eigenkreisfrequenzen. Als letztes werden die Rand- und Übergangsbedingungen aufgestellt. Im Anschluss an die konservativen Systeme werden die nicht konservativen Systeme betrachtet. Hierbei werden als erstes drei Modelle mit einem diskreten Dämpfer und als zweites drei Modelle, mit einer Dämpferbettung betrachtet. Außerdem kann durch eine Veränderung der Dämpferkonstante (Veränderung der Lagerbedingungen) der Einfluss auf den Verlauf der Eigenkreisfrequenz bestimmt werden. Dazu wird als erstes der Zusammenhang an der Übergangsstelle zwischen den Separationsvariablen hergeleitet. Anschließend erfolgt die Aufstellung der Funktionen der Verschiebung mithilfe der Beziehung zwischen den Eigenwerten und Eigenkreisfrequenzen. Als letztes werden die Rand- und Übergangsbedingungen aufgestellt. Den Abschluss der Ergebnisse dieser Arbeit bildet ein experimenteller Aufbau, so dass Messungen die Anwendbarkeit der entwickelten Algorithmen gewährleisten und validieren.
Modellbildung und dynamische Untersuchungen biologisch inspirierter Sensoren am Beispiel Tiervibrisse. - 127 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Zur Unterstützung ihres visuellen Sinnessystems verfügen Säugetiere in mehr oder weniger ausgeprägter Form über Sinneshaare zur zusätzlichen taktilen Informationserfassung. Ratten sind damit beispielsweise in der Lage, sich in ihrer Umgebung zu orientieren, Hindernisse zu detektieren und auch Informationen über ihre Größe, Form und Oberflächenstruktur zu erhalten. In dieser Arbeit soll das biologische Vorbild Vibrisse als technischer Schwingungssensor modelliert und sein dynamisches Verhalten unter Nutzung der Biegebalkentheorie der Kontinuumsmechanik analysiert werden. Dazu werden mehrere von Tiervibrissen inspirierte Modelle, die sich jeweils in ihrer Geometrie und Lagerung voneinander unterscheiden, aufgestellt und in Form einer morphologischen Matrix zusammengefasst. Für die Analyse der Dynamik sind einheitliche Parameterwerte für Vibrissen nötig, welche aus zusammengetragenen Literaturwerten ausgemacht werden. Anschließend werden unter Variation von Geometrie und Lagerung die Eigenkreisfrequenzen einzelner Modelle sowohl für einen technischen als auch für einen biologischen Satz aus Parameterwerten berechnet und miteinander verglichen. Anhand von Messwerten zum Eigenkreisfrequenzspektrum des gesamten Vibrissenfeldes aus der Literatur werden diese Ergebnisse schließlich eingeordnet, und es wird auf Modellparameter geschlossen, mit welchen den Literaturwerten entsprechende Ergebnisse erzielbar sind.
Entwicklung eines Lagerungssegmentes für Schulteroperationen. - 60 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
In der folgenden Bachelorarbeit wird das Thema "Entwicklung eines Lagerungssegments für Schulteroperationen" untersucht. Es wird eine Neukonstruktion, Optimierung und rechnerische Auslegung eines medizinischen Produkts dargestellt. Dabei ist das Ziel, vorhandene Nachteile zu reduzieren und wenn möglich zu beseitigen. Zu Beginn erfolgt eine Vorstellung des aktuellen Modells. Dazu gehören eine Analyse von Nachteilen im Praxiseinsatz und der Vergleich mit Modellen von Mitbewerbern. Anschließend erfolgt die systematische Entwicklung eines neuen Schulterlagerungssegments bis hin zu einem ersten Funktionsmuster. Der Entwicklungsprozess beginnt mit dem Schreiben eines Lastenhefts. Darauf aufbauend folgt eine Prinzipfindung mit anschließendem Variantenvergleich und sicherheitsgerechter Dimensionierung. Das Ergebnis dieser Arbeit bildet eine CAD erstellte Lösung eines ersten Funktionsmusters. In einem Ausblick werden Probleme sowie Verbesserungspotential erläutert.
Entwicklung einer Orientierungseinheit für ein haptisches Eingabegerät. - 71 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Diese Bachelorarbeit beschreibt den konstruktiven Entwicklungsprozess eines haptischen Eingabegeräts zur Aufnahme der Bewegung des menschlichen Arm-Hand-Apparates. Dafür wurden zu Beginn bestehende Systeme analysiert und deren Schwächen aufgezeigt. Anschließend wurden Haupt- und Nebenfunktionen ermittelt und jeweils geeignete technische Prinzipe dafür gesucht. Diese wurden nach geeigneten Kriterien bewertet und anschließend jeweils die beste Variante ausgewählt. Die zur direkten kinematischen Transformation benötigte Rotationsmatrix wurde hergeleitet und daran das Problem der Singularitäten gezeigt. Die funktionsrelevanten Komponenten wurden dimensioniert und deren Parameter mit den Anforderungen verglichen. Aus dem konstruktiven Entwicklungsprozess ging ein CAD-Entwurf hervor, anhand dessen die Umsetzung der Teilfunktionen erläutert wird.
Dynamische Grundlagenuntersuchungen an Abgasturbolader-Gehäusen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode. - 66 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Der Einsatz von Abgasturboladern ermöglicht die Effizienzsteigerung und das Downsizing von Verbrennungsmotoren. Um die Entwicklungskosten für diese Komponenten gering zu halten, wird in der heutigen Forschung und Entwicklung verstärkt auf numerische Simulationsprogramme zurückgegriffen. Mit Hilfe dieser Programme können, bereits ohne kostenintensive Versuche mit Prototypen, erste aufschlussreiche Untersuchungen an einer Neuentwicklung durchgeführt werden. Die Einsatzbedingungen von Abgasturboladern sind, bedingt durch den motornahen Einbau in den Abgasstrang, dominiert von einer hohen thermisch-zyklischen Beanspruchung sowie von Motorschwingungen. Eine realitätsnahe theoretische Abbildung des Systemverhaltens erfordert eine Nachbildung des sich durch den Betriebszustand einstellenden Belastungszustandes mit niedrigem Abstraktionsgrad. Die Entwicklung derartiger theoretischer Modelle ist Stand aktueller Forschungsarbeiten. In dieser Arbeit erfolgen numerische Untersuchungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode zum dynamischen Verhalten des Abgassystems mit Fokus auf den Abgasturbolader unter dem Einfluss von thermischen Belastungen. Hierbei steht der Einfluss der Lage und Anzahl der Befestigungselemente auf das Schwingungsverhalten und den Beanspru-chungszustand des Abgassystems im Vordergrund. Zudem werden Maßnahmen zur Optimierung der Rechenzeit vorgestellt und bewertet.
Simulation eines zweistufigen Bördelvorganges an einem Hydrolager und Vergleich mit dem empirischen Versuch. - 69 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Simulation eines zweistufigen Bördelvorgangs von Hydrolagerhülsen mit Hilfe der nichtlinearen Finiten Elemente Methode. Die Simulation wird dabei mit einem empirischen Versuch des Umformvorgangs verglichen. Hierzu wird in einem ersten Schritt die Konstruktion des bei dem Bördelvorgang eingesetzten Versuchswerkzeuges erläutert. Die anschließende theoretische Beschreibung des Umformprozesses erfolgt unter Einbeziehung verschiedener Abstraktionsstufen. Im Anschluss werden die Ergebnisse der Simulation mit denen des Experimentes verglichen. Abschließend sollen zukünftige Aufgaben und Vorschläge zur Modellerweiterung bzw. -verbesserung diskutiert werden.
Untersuchungen und Optimierung eines Spiralabscheiders zur Schmutz-Luftseparierung in Reinigungsrobotern. - 57 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Der Einsatz von Reinigungsrobotern im Heimbereich erfährt wachsender Beliebtheit, weshalb die Verkaufszahlen dieser Geräte stark zunehmen. Bisher auf dem Markt verfügbare Reinigungsroboter besitzen nur einen einfachen Behälter mit Filter zum Abscheiden von Schmutz aus der aufgesaugten Schmutz-Luft. Bei diesen Abscheidern setzt sich der Filter schnell zu und reduziert dadurch den Volumenstrom, was wiederum die Reinigungsleistung reduziert. Aufgrund der geringen Größe der Reinigungsroboter besitzen die Schmutzbehälter ein kleines Volumen. Bedingt durch das Volumen ist eine häufige Entleerung des Behälters durch den Benutzer erforderlich. Die vorliegende Arbeit analysiert das System eines Spiralabscheiders zur Separierung von Schmutz und Luft für den Einsatz in Reinigungsrobotern. Durch die Variation geeigneter Komponenten und der Untersuchung ausgewählter Parameter konnte eine höhere Konstanz des Volumenstroms sowie eine größere Schmutzbeladung erreicht werden.
Entwicklung eines Prüfstandes zur realitätsabbildenenden Erzeugung von niederfrequenten extrinsischen Schwingungen zum Zwecke der Charakterisierung des Schwingungsverhaltens von Operationsmikroskopen. - 128 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Eine Vielzahl von operativen Eingriffen wird inzwischen mittels Unterstützung von Operationsmikroskopen durchgeführt. Dabei sind die Anforderungen an die mechanischen Komponenten der Stativsysteme bezüglich Positioniergenauigkeit und Positionstreue gegenüber extrinsischen Schwingungseinflüssen erwartungsgemäß hoch. Gängige Störgrößen sind extrinsische Schwingungen im Frequenzbereich von 4-14 Hz, hervorgerufen beispielsweise durch Klimaanlagen, Aufzüge, Schritte oder Straßenverkehr. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Schwingungsprüfstands für die Stativsysteme der Operationsmikroskope zur Charakterisierung des Schwingungsverhaltens und Identifikation schwingungsrelevanter Größen. Dazu werden zunächst auf der Grundlage eines entwickelten Mehrkörpermodells die Eigenfrequenzen des Stativsystems mit Hilfe einer Modalanalyse ermittelt. Daraufhin werden die Anforderungen bezüglich der Anregung des schwingungsfähigen Systems analysiert, mit denen die schwingungsrelevanten Größen, u.a. die Eigenfrequenzen, mit Hilfe des zu entwickelnden Prüfstands abgebildet werden können. Kernaufgabe ist hierbei eine Identifikation dieser Größen im Frequenzbereich zu ermöglich. Dies setzt eine klare Trennung der Anregungsfunktion von der schwingungsrelevanten Größen umfassenden Übertragungsfunktion voraus. Die analysierten Anforderungen beziehen sich in erster Linie auf die Anregungsrichtung des Systems und die Anregungssignale, welche die Eingangssignale der Prüfung darstellen. Als Ergebnis der Arbeit folgte ein Gesamtkonzept, welches die definierte periodische Schwingungsanregung, Schwingungsmessung und Auswertung des transienten Messsignals mittels diskreter Fouriertransformation umfasst.
Entwurf und Untersuchung des dynamischen Verhaltens einer aktiven Schwingungsdämpfung mittels elektrodynamischer Antriebe. - 29 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Untersuchung und Optimierung des dynamischen Verhaltens einer Zentrifuge, welches mittels aktiver Schwingungsisolation verbessert werden soll. Im ersten Teil der Arbeit wird das dynamische Verhalten mit Hilfe eines Mehrkörpersimulationsprogrammes untersucht. Dazu werden mehrere Mehrkörpermodelle erstellt. Durch eine Simulation des dynamischen Verhaltens werden die Eigenfrequenzen des technischen Systems ermittelt. Im zweiten Teil werden die Simulationsergebnisse validiert, dazu wird ein Testaufbau realisiert. Die Untersuchung des Prüfobjektes wird auf die Bereiche der simulativ ermittelten Eigenfrequenzen eingegrenzt. Die Erfassung der Bewegung erfolgt mittels zweier Beschleunigungssensoren. Die Ergebnisse werden in Diagrammen und Lissajous-Figuren dargestellt und unter Zuhilfenahme der theoretischen Grundlagen der mechanischen Schwingungen bewertet. Im Betriebsfall wird die Zentrifuge durch eine Unwucht angeregt. Die Reduzierung der Auswirkung der Unwuchterregung in einer medizinisch genutzten Zentrifuge wird durch den Einsatz von Aktoren erreicht. Diese werden neben den passiven Elementen parallel angeordnet. Das Ergebnis der Arbeit bildet die Grundlage für die weitere Optimierung des dynamischen Verhaltens der Zentrifuge. Darauf aufbauend können in den nachfolgenden Simulationen gezielt Lösungsmöglichkeiten untersucht werden um die auftretenden Schwingungserscheinungen zu mindern.
Beiträge zu strukturdynamischen Untersuchungen von biegeschwingenden Kontinua mittels linearer und nichtlinearer Modelle. - 49 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Diese Arbeit gibt einen kurzen Überblick über die kontinuierliche lineare und nichtlineare dynamische und statische Theorie von Biegeproblemen. Dabei liegt ein Fokus auf Verständlichkeit und Anwendbarkeit. Deshalb sind die genutzten Maple-Skripte auf Anfrage erhältlich. Nach kurzer Erläuterung der Definition und Begriffe wird auf die wissenschaftliche Methode eingegangen. Der Hauptteil der Arbeit ist untergliedert in statische und dynamische Modelle, die nacheinander vorgestellt, voneinander abgegrenzt und schließlich ineinander überführt werden. In einem die Arbeit begleitenden Beispiel werden die Auswirkungen von Steigkeitsänderungen diskutiert und die Validität der genutzten Modelle hinterfragt. Mehrfach wird in der Arbeit auf die richtige Anwendung der Modelle eingegangen. Wichtig ist hierbei, dass die Grundlagen richtig vermittelt werden und das Verständnis der Modelle entsteht. Die Mathematik steht dann als Hilfsmittel zu Verfügung. Um den Überblick zu behalten, wird für jedes Modell gezeigt, wie es andere Modelle erweitert und wie es auf diese zurückgeführt werden kann. Ein Ausblick liefert zu guter Letzt weitere Informationen über Forschungsfelder innerhalb der mechanischen Biegetheorie und interessante Anwendungsgebiete.