Aufbereitung mechanischer Parameter zur Simulation von Plattenschwingungen. - 113 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die effektive Verbesserung von mechanischen Systemen erfordert umfassende Analysen. Zusätzlich zur Systemanalyse ist auch eine Umgebungsanalyse notwendig. Dazu gehört auch das Gestell, welches oftmals aus Platten besteht. Für Optimierungssimulationen einer komplexen Nanomess- und -positioniermaschine (NMM) wird in der vorliegenden Arbeit ein MKS (Mehrkörpersystem)-Modell einer dicken Platte, die auf vier Auflagepunkten gelagert ist, erstellt. Zu diesem Zweck wird das Kontinuum Platte diskretisiert. Zur Generierung eines MKS-Modells des Kontinuums Platte werden zunächst theoretische Grundlagen zu Biegeschwingungen der untersuchten Kontinua hergeleitet. Anschließend wird ein Top-Down-Verfahren vorgestellt, mit dem die erforderlichen Parameter des Modells bestimmt werden können. Für dieses Verfahren werden Balken- und Plattenstrukturen mit diversen Methoden untersucht. Diese Analysemethoden werden auf die vorliegende Lagerung erweitert. Dabei erfolgt insbesondere auch eine Erweiterung der Verfahren auf die Anwendung der Theorie der dicken Platten nach Reissner/Mindlin. Anhand der Analyseergebnisse werden die Steifigkeitswerte des Modells theoretisch ermittelt und mit Untersuchungsergebnissen der real vorliegenden Platte verglichen. Auf dieser Basis wird ein Modell für das MKS-Simulationsprogramm alaska generiert. Es werden Kriterien zur Beurteilung des Modells herausgearbeitet und auf das MKS-Modell angewandt. Weitergehende Simulationen zum Vergleich mit FEM-Resultaten werden durchgeführt. Weiterhin wird eine Methode zur sehr effektiven Erstellung von Plattenmodellen in alaska implementiert. Aus diesem Grund kann nicht nur das eine erstellte Modell der Platte untersucht werden, sondern es wird eine Vielzahl von Platten mit unterschiedlichsten Lagerungen untersucht. Damit kann auch die Methode der Parameteridentifikation abgesichert werden.
Entwicklung und Konstruktion struktureller Verbindungselemente in Aluminium-CFK Hybridbauweise. - 139 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Durch strenger werdende gesetzliche Anforderungen und den Kundenwunsch nach immer mehr Sicherheits- und Komfortsystemen, sind die Automobile in den letzten Jahren beständig schwerer geworden. Die Fahrzeugmasse hat direkten Einfluss auf den für die Fortbewegung notwendigen Energiebedarf und den daraus resultierende Schadstoffausstoß. Um diesem Trend entgegen zu wirken und die Fahrzeugmasse zu reduzieren, wird fortwährend an neuen Leichtbauwerkstoffen und Materialkonzepten. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Verbindungsstelle zwischen einer faserverstärkten Leichtbaustruktur und einem konventionellen Stahlteil. Im Detail handelt es sich dabei um die Anbindung eines Sitzgestells an einen Unterboden in CFK-Sandwichbauweise. Dazu werden verschiedene Lösungsansätze für Krafteinleitungselemente entworfen und diese mit experimentellen Entwicklungsmethoden auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Abschließend finden ein Vergleich und die Bewertung der Teile hinsichtlich der zuvor ermittelten Anforderungen statt.
Mehrkörpersystementwurf und -simulation von biologisch inspirierten Sensorsystemen am Beispiel Vibrisse. - 129 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Vibrissen sind taktile Sinnesorgane, die insbesondere von Mäusen und Ratten genutzt werden, um ihre Umgebung zu erforschen. Neben der Fähigkeit, passiv Reize wahrzunehmen, sind die Nagetiere in der Lage, ihre Tasthaare mithilfe der in- und extrinsischen Gesichtsmuskulatur in Bewegung zu versetzten und so Quantität und Qualität der Reizinformationen aktiv zu steuern. Auf Basis dieses biologischen Sensorsystems werden zwei Mehrkörpermodelle entwickelt, die ein stark vereinfachtes mechanisches Modell einer Vibrisse darstellen und lediglich einige relavante Eigenschaften des Vorbildes berücksichtigen. Zurückgegriffen wird bei der Modellbildung zudem auf vorhandene Erkenntnisse über bereits bestehende Vibrissenmodelle in der Literatur. Die schrittweise Erhöhung der Körperanzahl und damit des Freiheitsgrades kann dabei als Übergang von Starrkörper- zu Kontinuummodellen angesehen werden. Ein Großteil der Arbeit beschäftigt sich mit der Anpassung und Auswahl eines geeigneten Regelalgorithmus. In Anlehnung an die Gesichtsmuskulatur des biologischen Vorbildes ist dieser dafür zuständig, dass die Körper des Modells einer vorgegebenen Trajektorie folgen. Numerische Simulationen werden verwendet, um verschiedene adaptive Regelungsverfahren zu vergleichen und die entwickelten Modelle hinsichtlich Wahrnehmungs- und Anpassungsfähigkeit zu untersuchen. Anhand der Regelgrößen sollen außerdem angreifende Störkräfte erkannt und unterschieden werden. Des Weiteren wird die Steifigkeitsverteilung des Gesamtsystems variiert um beispielhaft darzustellen, wie sich die Veränderung von Modellparametern auf die Simulationsergebnisse auswirkt.
Weiterentwicklung der Simulations-Methoden zum Rüttel-Klima-Dauertest. - 125 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der Simulationsmethoden zum Rüttel-Klima-Dauertest (RKD). In der Betriebsphase eines Fahrzeugs kommt es infolge von schwankenden Temperaturen und verschiedenen Schwingungsanregungen aus dem Fahrbetrieb zu einer Absenkung der Front- und Heckstoßfänger. Das Verformungsverhalten wird wesentlich durch die verwendeten Materialien und die konstruktive Gestaltung der Bauteile sowie deren Verbindungsstellen beeinflusst. Moderne Stoßfänger bestehen aus Kunststoffen, deren temperatur- und spannungsabhängige Materialeigenschaften sich auf die Stoßfängerabsenkung auswirken. Das Ziel dieser Arbeit ist es, auf der Grundlage von FE-Simulationen eine physikalisch plausible Simulationsmethode für die Stoßfängerabsenkung zu überprüfen und mit Hilfe von Versuchen zu validieren. Hierfür stehen Stoßfänger von zwei Fahrzeugmodellen sowie Schwingungsprüfstände und Klimakammern zur Verfügung. Letztlich soll der Reifegrad der Simulationsmodelle erhöht werden, um die Absenkung der Stoßfänger prognosesicher zu simulieren.
Schwingungstechnische Untersuchung von Hybridantriebssträngen. - 85 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Wegen der Energiewende setzen immer mehr Hersteller auf Hybridfahrzeuge. Um auch in den Hybridfahrzeugen die gewohnte Ruhe und damit den gewohnten Komfort zu gewährleisten, ist es notwendig, das Schwingungsverhalten des Antriebsstranges zu kennen. Da sich im Vergleich zum konventionellen Antriebsstrang zusätzliche Eigenformen ergeben, müssen diese betrachtet werden und auf kritische Resonanzen untersucht werden. Die Untersuchung der neuen Eigenformen wird im Rahmen dieser Arbeit an-hand eines vierzylindrigen P1- und eines sechszylindrigen P2-Hybrids durchgeführt. Es werden die inverse und die konventionelle Ausführungen der Trennkupplung genauso wie die Anbindung des Anfahrelements an die E-Maschine betrachtet. Die Eigenformen werden jeweils mit und ohne vorherigen Dämpfer sowie mit unterschiedlichen Anfahrelementen untersucht. Erwartungsgemäß sind die Ausführungen ohne vorherigen Dämpfer nicht realisierbar, während sich die Eigenform der Flanschwelle beim P1- und P2- Hybrid mit einem Zweimassenschwungrad beherrschen lässt. Die Resonanz der Anbindung ist in dem hier untersuchten Beispiel grenzwertig und sollte mit einem zusätzlichen Torsionsdämpfer bedämpft werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich die neuen Eigenformen der Hybridfahrzeuge mit den vorhandenen Methoden beherrschen lassen.
Beiträge zu kontinuierlichen Schwingungssystemen: Schwingungen abgesetzter Balken mit diskreten Elementen. - 70 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
In dieser Arbeit wird das dynamische Verhalten abgesetzter, biegeschwingender Balken, welche der Euler-Bernoulli-Theorie genügen, und längsschwingender Stäbe unter dem Einfluss von diskreten, viskoelastischen Lagerungen untersucht. Um einen Zugang zu dieser Problematik zu finden, werden dabei zunächst Longitudinalschwingungen von Stäben betrachtet. Zuerst werden einfache Systeme bestehend aus einem Abschnitt betrachtet und diskrete Dämpfungspunkte am Rand zugelassen. Anschließend folgt der Übergang zu abgesetzten Stäben. Es wird bewiesen, dass jeder abgesetzte Stab eine Eigenkreisfrequenz und gegebenenfalls einen Abklingkoeffizienten für alle Abschnitte besitzt und, bei unterschiedlichen Materialparametern, unterschiedliche Eigenwerte zur Beschreibung der einzelnen Abschnitte notwendig sind. Die Untersuchung des Schwingungsverhaltens von Balken erfolgt auf ähnliche Weise. Zunächst werden Balken betrachtet, welche aus nur einem Abschnitt bestehen. Anschließend werden abgesetzte Balken untersucht, bei welchen sich die Abschnitte sowohl geometrisch als auch in den Materialparametern unterscheiden dürfen. Es wird bewiesen, dass Balken mit Absätzen, genau wie Stäbe, eine Eigenkreisfrequenz besitzen. Abschließend werden einige ausgewählte Systeme bestehend aus mehreren Balkenabschnitten betrachtet und die Abhängigkeit der Eigenkreisfrequenzen von unterschiedlichen Parametern bestimmt.
Ein Beitrag zur Konzeptionierung, Entwicklung und Konstruktion eines Montage- und Justageautomaten für Schrankaufhänger. - 110 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer vollautomatischen Montageanlage für Schrankaufhänger schrittweise vorgestellt. Nach einer ausführlichen Analyse des Produktes werden Schwerpunkte für die Konstruktion der Montageanlage definiert. Dabei wird vor allem auf die Unabhängigkeit von Bauteilvarianzen und die Minimierung der Prozesszeiten eingegangen. Unter Berücksichtigung von Kundenforderungen werden anschließend Richtlinien zu Gestaltung des Layouts aufgestellt und deren Umsetzung in den Bereichen "Montageanlage" und "Rundtaktautomat" beschrieben. In einem weiteren Schritt werden die definierten Schwerpunkte und die daraus resultierenden Herausforderungen am Beispiel der "Justage- und Schraubstationen" aufgezeigt und konkrete Lösungsvorschläge dargestellt. Eine systematische Analyse der Prozessschritte deckt abschließend Fehlerquellen auf und liefert Instrumente zur Einhaltung der Qualitätsanforderungen.
Beiträge zu strukturdynamischen Untersuchungen kontinuierlicher und diskreter Schwingungssysteme: Balkenschwingungen. - 152 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelorarbeit, 2012
Mechanische Grundmodelle eindimensionaler Kontinua wie Balken oder Wellen stellen probate Mittel zur Schwingungsuntersuchung praktischer Problemstellungen aus Technik und Natur dar. Sie dienen als Modelle zur Untersuchung von Wellen in Getrieben und Antriebssträngen, Stabilisatoren in Fahrwerken oder gebetteten Bahngleisen. Weiterhin ermöglicht ihr Einsatz auch die Analyse biologischer Strukturen wie der von vielen Säugetieren zur Erweiterung ihres Tastsinnes genutzten Vibrissenhaare. Im Fokus dynamischer Betrachtungen stehen dabei vor allem die Bestimmung der charakteristischen Größen jener Systeme: Eigenkreisfrequenzen und zugehörige Eigenformen. Da die Komplexität solcher Systeme, wie dem Vibrissenmodell, die Anwendung analytischer Lösungsmethoden ausschließt, wird häufig auf Näherungsverfahren zurückgegriffen, die in dieser Arbeit näher betrachtet werden. Zu diesem Zweck wird zunächst die Theorie längs-, dreh- und biegeschwingender, eindimensionaler Kontinua unter Voraussetzung linearer Materialmodelle hergeleitet und auf klassische Probleme angewendet. Es wird gezeigt, dass die Berechnung der charakteristischen Systemgrößen komplexer Modelle beliebiger querschnittsvariabler Träger des Einsatzes numerischer Methoden bedarf. Dabei wird die Spezifik der Abschätzungsrichtung der vorgestellten Verfahren genutzt. Während das auf dem energetischen Gleichgewicht beruhende Rayleigh-Ritz-Verfahren und die Finite-Elemente-Methode zur Bestimmung oberer Eigenkreisfrequenzschranken genutzt werden, finden die auf der Systemaufspaltung beruhenden Formeln von Southwell und Dunkerley sowie die Methode der Mehrkörpersysteme zur Approximation der Systemgrößen von unten Anwendung. Für jene vier Verfahren werden auf beliebige konservative Systeme adaptierbare Lösungsalgorithmen hergeleitet. Des Weiteren wird die Qualität der jeweils erzielten Näherung, anhand analytisch lösbarer Systeme, durch Vergleich mit der exakten Lösung bestimmt und diskutiert. Anschließend steht die Erweiterung des Untersuchungssprektrums auf nichtkonservative, reibungsbehaftete Systeme im Zentrum der Betrachtung, wobei sich die für derartige Probleme anwendbaren Approximationsverfaren auf die Finite-Elemente-Methode sowie die Methode der Mehrkörpersysteme beschränken. Neben der analytischen Betrachtung verschiedener Dämpfungsphänomene wie viskoser Bettung oder Werkstoffdämpfung werden Wege zur Erweiterung der Näherungsverfahren auf diese Dämpfungsarten aufgezeigt. Die mit den Approximationsverfahren bestimmten Schranken werden schließlich mithilfe der analytischen Lösungen verifiziert. Am Beispiel einer Rattenvibrisse wird gezeigt, dass die untersuchten Näherungsverfahren für Systeme mit kombinierten Dämpfungsarten, deren Lösung nicht analytisch berechenbar ist, eine Beschränkung der Systemgrößen erlauben bzw. für experimentell bestimmte Eigenkreisfrequenzen und Eigenformen solcher Systeme die Identifizierung oberer und unterer Schranken von Systemparametern wie Dämpfung und Steifigkeit ermöglichen. Dazu wird mittels heuristischem Ansatz unter Anwendung der Methode der Mehrkörpersysteme ein Wertepaar bestimmt, durch das die Eigenfrequenzen des Modells hinreichend nah an denen des biologischen Vorbilds liegen. Die anschließende Verifikation mittels Finite-Elemente-Methode beweist, dass die vorgestellten Näherungsmethoden zur Eingrenzung und Identifikation gesuchter Systemparameter dienen. Sie sind insbesondere dann nützlich, wenn aufgrund der Systemkomplexität keine analytische Lösung bestimmt werden kann.
Beiträge zu adaptiven Regelungskonzepten von biomimetischen, wurmartigen Bewegungssystemen und deren Einsatz zum Wechsel von Antriebsmustern. - 100 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Ausgangspunkt der Arbeit ist das biologisch inspirierte Modell eines wurmartigen Lokomotionssystems. Das mechanische Modell besteht aus diskreten Massepunkten, zwischen denen sich viskoelastische Kraftaktoren befinden. Den Bodenkontakt stellen ideale Spikes dar, welche als Zwangskräfte die Rückwärtsbewegung einzelner Massenelemente sperren. Die Änderung des Abstandes zwischen benachbarten Elementen wird über eine adaptive Regelung realisiert, die eine Referenztrajektorie verfolgt. Dies führt in Zusammenhang mit dem Umgebungskontakt durch die Spikes zur (undulatorischen) Lokomotion des Systems. - Nach der Ableitung des beschriebenen Modells und der Vorstellung des (nicht-parameteridentifizierenden) adaptiven Reglers wird die gezielte Konstruktion von Referenzfunktionen für die Abstände, die bestimmte Gangarten ergeben, beschrieben. Dabei wird auf einen bestehenden Algorithmus zurückgegriffen, mit dem sich Vorgaben bezüglich der Anzahl und Abfolge der wirkenden Spikes und der resultierenden Geschwindigkeit machen lassen. In der anschließenden Untersuchung der Gangarten wird in Simulationsbeispielen für Wurmketten mit drei und vier Massepunkten eine Auswahl von Gangarten ermittelt, die bezüglich der Anforderungen an die Aktoren und die Spikes am besten geeignet sind. - Es werden einige Parameterstudien durchgeführt, aus denen hervorgeht, dass der Wurm auch mit modifizierten Massen, Feder- und Dämpferkonstanten, die sogar zeitveränderlich sein dürfen, erfolgreich geregelt werden kann. Nach Untersuchungen einiger Modifikationen des adaptiven Reglers können Empfehlungen zu dessen Verbesserung gemacht werden. - Zur Implementierung des automatischen Gangartwechsels werden mithilfe der Betrachtung verschiedener Simulationen die als Auslöser des Schaltens in Frage kommenden Kriterien festgelegt: Stellkräfte und Spikeskräfte, mit denen die Wahl der optimalen Gangart von Geschwindigkeit und der Untergrundsteigung abhängt. Mit einer Näherungsbetrachtung dieser Kräfte lassen sich steigungsabhängige Geschwindigkeitsbereiche einzelnen Gangarten zuordnen. Damit ist eine Kombination aus Geschwindigkeitsanpassung und Gangartwechsel umsetzbar, die ein optimales Kriechen bei vorgegebenen Begrenzungen der Stell- oder Spikekräfte gewährleistet. Zusätzlich werden Regelungsstrategien zum Erreichen einer konstanten Geschwindigkeit des Wurmkopfes geprüft.
Lastkollektivsimulation und Lebensdauerbewertung für Getriebekomponenten von Windenergieanlagen. - 146 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012
Im Zuge der Entwicklung und Verbreitung von Windenergieanalgen nahm die Vielfalt als auch der Grad der Anforderungen an die benötigten Komponenten stetig zu. Daher ist für die Weiterentwicklung derartiger Windenergieanlagen die Anwendung auf dem Gebiet der Simulationstechnik von existenzieller Bedeutung. In der vorliegenden Diplomarbeit wird dabei auf verschiedene Simulations- und Optimierungsmethoden eines Windenergieanlagengetriebes eingegangen. Zudem werden zahlreiche Simulationsmethoden der jeweiligen Teilsysteme einer Windenergieanlage mit dafür ausgewählter Software und bereits bekannter Modelle vorgestellt. Des Weiteren erfolgt das Analysieren und Vergleichen bestehender Daten bekannter Hersteller und simulierter Winddaten. Ferner werden resultierende Störungen und Probleme untersucht, Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt und qualitativ ausgewertet. Zuletzt wird auf den Aspekt der Dynamik solcher Simulationsmodelle sowie auf die Lebensdauerbewertung eingegangen.