Untersuchung des dynamischen Verhaltens einer Tensegrity-Struktur mittels Mehrkörpersimulation. - Ilmenau. - 33 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Diese Arbeit befasst sich mit der Modellierung und dynamischen Simulation eines theoretischen Referenzmodellsoretischen Modells [7]. Das Studienmodell, das einer zweidimensionalen Tensegrity-Struktur entspricht, wurde in [7] am Lehrstuhl für Technische Mechanik der Technischen Universität Ilmenau veröffentlicht. Leider wurde festgestellt, dass das Referenzmodell während der Simulation nicht wie geplant funktionierte, da die Simulation in einer dreidimensionalen Umgebung durchgeführt wurde, wie in 3.1 beschrieben. Infolgedessen passte sich das Referenzmodell nicht an, da die Kräfte nicht ausreichten, um die dritte Dimension zu erhalten. Infolgedessen wird ein neues Modell mit der gleichen Anzahl von Zug- und Druckstäben, aber einer anderen Form und Geometrie erstellt. Um die fehlende Stabilität zu erreichen, hat die neu entwickelte Form drei Kontaktpunkte mit dem Boden. Zunächst wurden zwei Gleichgewichtszustände festgelegt, zwischen denen das Modell wechseln sollte. Anschließend wird die Konstruktion mit einem Softwareprogramm von Alaska modelliert, um das dynamische Verhalten der Struktur zu analysieren. Alle Verfahren zur Entwicklung des Modells werden werden in diesem Papier als die Prinzipien der Kontaktmechanik und die Berechnungsweise von Alaska beschrieben. Die Längen der Federn werden mit Hilfe von Funktionen mit linearer Zeit verändert, um die Kippsequenz zu erreichen. Auf diese Weise konnten wir die Federkräfte kontrollieren. Diese Forschung führte zu einer Kippsequenz, die auf zwei Gleichgewichtszuständen basiert, die in einer Schleife wiederholt werden, um eine ununterbrochene einachsige Bewegung zu erzeugen. In dieser Arbeit werden die daraus resultierenden kinematischen Informationen aufgezeichnet und dokumentiert. Der Reibungskoeffizient wird geändert, um das Verhalten des Modells in verschiedenen experimentellen Situationen zu untersuchen. Situationen zu untersuchen. Auch die kinetischen Ergebnisse werden aufgezeichnet
Entwicklung einer bruchmechanischen Nachweismethodik für Impact Schäden in CFK Bauteilen auf Basis von Impact Versuchen. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Die Ermittlung der Resttragfähigkeit von faserverstärkten Kunststoffen nach einer vorhergehenden Schädigung ist in der Luft- und Raumfahrt von großer Bedeutung. Die Resttragfähigkeit liefert wichtige Kenntnisse über die Schadensresistenz und -toleranz. Zur Bestimmung der Restdruckfestigkeit nach einer Schlagbeanspruchung, einem Impact, wird der sogenannte "Compression After Impact"-Test genutzt. Dieser kann anhand von zeit- und kostenaufwendigen Materialprüfungen oder mittels Simulationen auf Basis der Finiten Elemente Methode durchgeführt werden. Für die Umsetzung des "Compression After Impact"-Tests als Simulation werden in der vorliegenden Masterarbeit verschiedene bestehende Modellierungsansätze für Impactschäden vorgestellt und angewandt. Als Grundlage für die Simulationen dienen dabei ein normgerechter Laminataufbau eines Faserverbundwerkstoffs und ein nicht-normgerechter dünnerer Aufbau. Für die Simulation des dünneren Laminataufbaus müssen, aufgrund eines unerwarteten Materialverhaltens, die Modellierungsansätze angepasst werden. Die Ergebnisse der durchgeführten Simulationen werden mit den Ergebnissen von realen Tests verglichen. Dabei zeigt sich, dass die angepassten Modellierungsansätze für das dünnere Laminat teilweise sehr gute Übereinstimmungen von unter 10% Abweichung zu den Tests liefern. Die Abweichungen der Simulationen am normgerechten Laminat sind deutlich höher. Abschließend werden für eine vereinfachte Abbildung von Impactschäden Modellierungsrichtlinien formuliert. Vor einer allgemeingültigen Anwendbarkeit dieser Modellierungsrichtlinien sind bezüglich einiger genutzter Modellierungsparameter noch weitere Studien durchzuführen
Theoretische und experimentelle Untersuchungen von Transportsystemen mit ferrofluidischer Lagerung. - Ilmenau. - 63 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Ferrofluide entwickeln sich für mehrere Jahre als dynamisches Forschungsgebiet. Sie gewinnen an großer Bedeutung in Vielen Anwendungen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem neuen Konzept für ein Transportsystem aus ferrofluidischen Modulen nach dem biologischen Vorbild karpaler Vibrissen. In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und theoretische Untersuchungen des neu entwickelten Systems durch Modelle, Simulationen und Experimente durchgeführt, um die Bewegung des Systems zu untersuchen. Ergebnisse der Versuche mit unterschiedlichen Frequenzen des Bewegungsablaufs werden am Ende dieser Arbeit visualisiert und ausgewertet.
Modellbildung und mehrkörperdynamische Simulation schwingungstechnischer Probleme mit der Software Matlab. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Die Schwingung ist eine sich repetierende oder periodische Zustandsänderung eines physikalischen Systems. Die Erscheinungen der Schwingung in der Natur und Technik sind am meisten untersucht. In dieser Arbeit werden zwei Typen der Schwingung beschrieben, welche nach dem Freiheitsgrad des schwingenden Systems klassifiziert sind. Der eine ist ein Einmassenschwinger und der andere ein Mehrmassenschwinger. Durch die numerische Integration mit der Software Matlab werden Berechnungsmodelle anhand von drei Beispielen, Brückenkran, Doppelschaukel und Kondensatormikrofon erstellt. Eine Simulation des Modells für E-Learning-Umgebungen wird durch die Gui-Methode von der Software Matlab aufgestellt. Durch die Ergebnisse der Simulation kann der Prozess der Schwingungen direkt beobachtet werden.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Untersuchungen haben gezeigt, dass das Hinzufügen nachgiebiger Elemente zu den Robotergelenken die Energieeffizienz des bipedalen Roboters steigern kann, wobei nichtlineare elastische Elemente besser als lineare elastische Elemente sind. Diese Arbeit befasst sich auf drei Synthesen von Mechanismen unter Hinzufügen von nachgiebigen Elementen( Gelenk mit gebeugten elliptischen nachgiebigen Element , Elliptische Nachgiebige Element als Gelenk und Elliptische Nachgiebige Element als Gelenk und mit gebeugten elliptischen nachgiebigen Elementen ). Unter Verwendung des Euler-Bernoulli-Balkens als Modell wurde die Programmiersoftware verwendet, um die von den drei Mechanismen erzeugten Momentkennlinien für Drehwinkel zwischen -0,4 und 0,4 rad zu berechnen. Nachgiebige Mechanismen, eine neu entstehende disziplinäre Richtung in der Mechanismusforschung, decken ein sehr breites Spektrum an Themen ab. Obwohl in diesem Arbeit einige Simulationen zu dem Thema durchgeführt wurden, sind aufgrund der kurzen Zeit weitere Forschungen in den folgenden Bereichen erforderlich: 1. Für die Untersuchung nachgiebiger Elemente konzentriert sich dieser Arbeit nur auf ein ellptische nachgiebige Element und versäumt es, eine vergleichende Analyse der Leistung anderer nachgiebiger Element mit komplexeren Strukturen durchzuführen. 2. Für den Analyseteil wurde nur eine einfache Simulationsanalyse dafür durchgeführt, und bei der Simulation wurde nur die Wirkung von verschiedene Mechanismen auf die Momente berücksichtigt, während die Wirkung von wie z.B die Abmessungen auf die Elemente nicht berücksichtigt wurde. 3. Aufgrund der Bedingungen wurden in diesem Arbeit nur theoretische Analysen und Simulation durchgeführt, und es wurde keine angewandte Forschung dazu durchgeführt. Die neue Sachen müssen den Naturgesetzen entsprechen, um sich entwickeln zu können. Die Entwicklung der Maschinen von reiner Steifigkeit zu einer Kombination aus Steifigkeit und Flexibilität entspricht genau den Naturgesetzen. Die überwiegende Mehrheit der Lebewesen (einschließlich des Menschen) besteht aus einer Mischung aus Starrheit und Flexibilität, wobei der gesamte Körper eine komplexer, flexibler Körper. Obwohl viele praktische Produkte mit nachgiebigen Strukturen in Übereinstimmung mit diesem Naturgesetz entworfen wurden, wie z. B. Flatterflugzeuge, ist die Entwicklung nachgiebiger Mechanismen bei weitem nicht ausreichend und viele Probleme müssen noch gelöst werden. Nachgiebige Mechanismen haben eine vielversprechende Zukunft, aber sie stehen auch vor vielen Herausforderungen und erfordern weitere gründliche Forschung. Diese Arbeit befasst sich auf drei Synthesen von Mechanismen unter Hizufügen von nachgiebigen Elementen( Gelenk mit gebeugten elliptischen nachgiebigen Element , Elliptische Nachgiebige Element als Gelenk und Elliptische Nachgiebige Element als Gelenk und mit gebeugten elliptischen nachgiebigen Elementen ). Unter Verwendung des Euler-Bernoulli-Balkens als Modell wurde die Programmiersoftware verwendet, um die von den drei Mechanismen erzeugten Momentkennlinien für Drehwinkel zwischen -0,4 und 0,4 rad zu berechnen.
Experimentelle Untersuchung von magnetoaktiven Elastomeren in Lokomotionssystemen. - Ilmenau. - 84 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Magnetoaktive Elastomere (MAE) gehören zu den intelligenten Werkstoffen, welche unter einem Magnetfeld ihre Materialeigenschaften reversibel verändern können. Sie bestehen aus einer weichen Elastomere Matrix und darin dispergierten weich- od./und hartmagnetischen Partikel, außerdem könnten sie auch Additive (z.B. Silikonöl) enthalten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Lokomotionssystemen, welche ein MAE-Funktionselement, eine Spule und einen Aufsatz als Hauptbestandteile enthalten. Eine Wechselspannung erzeugt in der Spule ein wechselndes Magnetfeld, dabei verformt sich der Balken unter einer wechselnden magnetischen Kraft. Durch die wechselnden Verformungen verschieben sich die beiden Enden des Balkens mithilfe unsymmetrischer Reibung in eine uniaxiale Richtung. Diese unsymmetrische Reibung entsteht durch schräg abstehende Beine am Balken. Hierbei werden die Parametereinflüsse auf das Bewegungsverhalten von zwei Lokomotionssystemen mit unterschiedlichen MAE-Funktionselementen, welche gleiche Abmessungen aber verschiedenen Zusammensetzungen haben untersucht. Das eine Funktionselement besitzt einen mehrpoligen MAE-Balken aus weich- und hartmagnetischen Partikeln mit einem Südpol in der Mitte und zwei Nordpolen an den Enden. Der andere enthält weichmagnetische Partikeln mit einem Anteil von 80 Gew.-%. Bei den Untersuchungen werden 10 additiv gefertigten Aufsätzen genutzt, welche verschiedene Abstände zwischen der Spule und dem MAE-Balken erzeugen. Außerdem wird das Bewegungsverhalten für Steigungen und Gefälle von 0-30˚ untersucht. Dabei werden Geschwindigkeitsdiagramme in Abhängigkeit der Anregungsfrequenz des Magnetfelds erstellt. Die Ergebnisse werden unter der theoretischen Bewegungsanalyse ausgewertet.
Design and investigations on soft tensegrity structures with magnetic actuation. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Weiche Tensegrity-Strukturen bestehen aus nachgiebigen Elastomerelementen, die die Funktionen von Zug- und Druckteilen erfüllen. Es ist auch möglich, Elastomerelemente zu haben, die durch magnetische Kräfte beeinflusst werden, indem man ferromagnetische Partikel zu ihrer Zusammensetzung hinzufügt. Dies eröffnet die Möglichkeit, eine weiche Tensegrity-Struktur durch magnetische Kräfte zu betätigen, die auf einige Teile der Struktur wirken können. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Prototyp eines Mechanismus entwickelt, der eine lineare weiche Tensegrity-Struktur magnetisch antreibt. Um diese Bewegung zu erreichen, wurde zunächst eine oszillierende Winkelbewegung für eine lineare Tensegrity-Struktur vorgeschlagen und die vorgespannte Konfiguration der Spannungselemente festgelegt. Anschließend wird der Herstellungsprozess unter Berücksichtigung von Chargenberechnungen, Formüberlegungen und den einzelnen Schritten der Elastomerelementherstellung im Detail erläutert. Schließlich wurde ein Antriebsmechanismus zur Betätigung der weichen Tensegrity-Struktur entworfen, und die kinematischen Berechnungen des Mechanismus wurden ebenfalls berücksichtigt.
Mehrkörpersimulation eines Antriebsmoduls für mobile Roboter. - Ilmenau. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
In den letzten Jahren und Jahrzehnten hat die Relevanz mobiler Roboter sowohl im industriellen als auch im privaten Sektor deutlich an Dynamik gewonnen. Einen besonderen Zielkonflikt stellt hierbei der Gegensatz von Positionierbarkeit und Fahrdynamik dar; meist muss bisher auf eine Kompromisslösung zurückgegriffen werden. Auf Basis dessen wurde am Fachgebiet „Technische Mechanik“ der Technischen Universität Ilmenau ein omnidirektionales Antriebsmodul entwickelt, welches beide genannten Eigenschaften vereinen soll. Ziel dieser Arbeit ist die simulative Validierung dieser Merkmale. Dazu soll zunächst ein Mehrkörpermodell des Fahrmoduls entwickelt und anschließend in mehrfacher Ausführung zu einem mobilen Roboter zusammengebaut werden, um durch die klassischen Versuche der Fahrzeugtechnik Geradeausfahrt, stationäre Kreisfahrt und doppelter Spurwechsel die Fahreigenschaften von Roboter und Modul zu überprüfen. Das omnidirektionale Antriebsmodul soll sich dabei in Hinblick auf Fahrdynamik wie Positionierbarkeit als äußerst geeignet herausstellen; der primäre Konflikt liegt jedoch in der Komplexität des Aufbaus und somit in den Kosten. Demnach ist zu schlussfolgern, dass der Einsatzzweck des Fahrmoduls für Anwendungen prädestiniert ist, welche besonders hohe Anforderungen an sowohl fahrdynamische als auch omnidirektionale Eigenschaften stellen, bei denen finanzielle Aufwendungen jedoch nebensächlich sind.
Theoretische und experimentelle Untersuchungen von mobilen Robotern mit Mecanum Rädern. - Ilmenau. - 49 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
In den letzten Jahren haben sich mobile Roboter aus einem Nischenbereich der Forschung herausentwickelt und sind heutzutage ein Massenprodukt, welches selbst in private Haushalte Einzug gehalten hat. Und das Mecanumrad biet mehr Möglichkeiten für die Mobilität von Robotern. Das Mecanum-Rad ist ein sehr erfolgreiches Allround-Rad mit seiner kompakten Bauweise und flexiblen Bewegung. Mit vier dieser neuen Räder in Kombination lässt sich die omnidirektionale Mobilitätsfunktion noch flexibler und einfacher realisieren. Das Mecanum-Rad wird heute in einer Vielzahl von omnidirektionalen mobilen Plattformen, Gabelstaplern, Rollstühlen, Lagerrobotern, Stuntrobotern und verschiedenen Spielzeugen eingesetzt. Ob in der Produktion von Schwerlastmaschinen, im Eisenbahnverkehr, in automatisierten intelligenten Lagern, in Supermärkten, in großen automatisierten Fabriken, in Terminals, in Häfen, auf Flughäfen oder sogar in der Luft- und Raumfahrt. Das Mecanum-Rad ist normal mit 45˚ zwischen Räder und Reifen so gibt es eine Entwicklungsmöglichkeit mit veränderbarer Winkel. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Mecanumrad so die Winkel zwischen Räder und Reifen veränderbarer sein.
Untersuchungen zum Fahrverhalten von mobilen Systemen mit Mecanum-Rädern. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
In der vorliegenden Arbeit wird die Kinematik eines Mecanum-Rades untersucht. Ein Grundverständnis wird für die Bewegung eines mobilen Systems mit omnidirektionalen Rädern über eine konzipierende Patentrecherche mit konkreter Stichwortvorgabe ausgearbeitet und dargestellt. Um verschiedene Rädertypen miteinander zu vergleichen, werden die kinematischen Zwangsbedingungen des jeweiligen Rades berechnet. Auf Basis der erarbeiteten kinematischen Zwangsbedingungen eines Mecanum-Rades wird ein mobiles System bestehend aus vier Mecanum-Rädern untersucht und typische Fahrmanöver mittels Matlab implementiert und visualisiert. Am Beispiel eines Ausweichmanövers wird die Arbeit zusammengefasst.