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Studentische Arbeiten

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Erstellt: Thu, 28 Mar 2024 23:05:33 +0100 in 0.0531 sec


Münch, Andreas;
FEM-Analyse einer elastischen Wurmstruktur unter dem Einfluss von Magnetfeldern zur Realisierung einer Fortbewegung. - 140 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Forschungsgegenstand dieser Arbeit ist die Abbildung einer concertina motion mittels der Methode der Finiten Elemente. In experimentellen Vorarbeiten wurde hierzu das Verhalten einer zylinderförmigen, wurmartigen Struktur aus einem Ferrofluid, umgeben von einer silikonartigen Hülle untersucht. Diese Struktur befindet sich in einem Kanal, ober- und unterhalb des Kanals sind äquidistant Spulen angebracht. Durch gezielte Ansteuerung der Spulen bewegt sich die Struktur analog einer concertina motion. Die Kraftwirkung auf den Wurm ist bereits in weiteren Arbeiten sowohl mittels FEM, als auch durch analytische Gleichungen untersucht worden. Diese Untersuchungen bilden die Grundlage für die in der Simulation eingesetzten Kraftdaten. Das entwickelte FEM-Modell zeigt nur eine geringe Abweichung zu den experimentellen Daten. Die Bewegung der Struktur lässt sich hierbei als lineare Funktion, überlagert von einer sinusförmigen Welle beschreiben. Neben der Modellerstellung wurde auch in einer Parameterstudie die Abhängigkeit der Bewegungsfunktion von Parametern wie Wurmdurchmesser, Kanaldurchmesser, Reibwert zwischen Wurm und Wandung sowie der Wurmsteifigkeit untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit des Wurmes exponentiell von der Reibung zwischen Wurmgeometrie und Kanalwandung abhängt.



Lux, Rüdiger;
Theoretische und experimentelle Untersuchungen an Systemen für die optische Inspektionstechnik. - 82 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Verbesserung der dynamischen Eigenschaften von Geräten der OptiCon AdvancedLine aus der AOI Geräteserie der Firma Göpel electronic. Die AOI wird angewandt, um zum Beispiel Fehlbestückungen oder Lötfehler von Leiterplatten zu identifizieren. Um die Prüfung möglichst schnell durchzuführen, wird eine Kamera automatisch über den einzelnen Prüfabschnitten positioniert. Für diese Positioniervorgänge müssen große Massen beschleunigt werden. Dabei wird das Gesamtsystem hohen, dynamischen Kräften ausgesetzt und zu Schwingungen angeregt. Die Aufnahme eines Bereichs kann erst erfolgen, wenn diese Schwingungen abgeklungen sind. Mit dem Ziel die Dauer zwischen zwei Positioniervorgänge zu verkürzen, wird das System, mit den Mitteln der Experimentellen und der Analytischen Modalanalyse, auf seine dynamischen Eigenschaften untersucht. Es wird eine Betriebsschwingungsanalyse durchgeführt, um die Erregung des Systems durch den Antrieb zu untersuchen. Dabei werden verschiedene Betriebszustände nachgestellt. Der Einfluss verschiedener Längen der Gestellfüße auf die Resonanzstellen des Aufbaus wird untersucht. Die Relativbewegungen zwischen Kamera und verschiedenen Punkten des Gerätes werden aufgezeichnet und ausgewertet. Die erlangten Kenntnisse werden evaluiert und diverse Vorschläge zur Verbesserung der Konstruktion erarbeitet. Abschließend werden die Konstruktionsvorschläge diskutiert und eine Empfehlung gegeben.



Popp, Jana;
Ferrofluide und Ferrogele : neue Materialien in der Anwendung für Lokomotions- und Manipulationssysteme. - 131 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Ferrofluide sind Suspensionen von ferromagnetischen Partikeln in Trägerflüssigkeiten mit einem mittleren Durchmesser von maximal 10 nm. Aus diesem Grund besitzen Ferrofluide paramagnetische und rheologische Eigenschaften. Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes reagiert die Flüssigkeit mit starken Form- und Lageänderungen. Die aktuelle Forschung beschäftigt sich damit Ferrofluide für lokomotive Aufgaben einzusetzen. Diese Arbeit befasst sich vorwiegend experimentell mit der Erzeugung und Bestimmung der Kraft pro Fläche (Druck), die vom Ferrofluid unter Einfluss eines Magneten erzeugt wird. Die vertikal wirkende Druckkomponente hat im Rahmen der geplanten Lokomotionsaufgabe die Funktion den Körper an der Ferrofluidoberfläche zu halten. Die horizontal wirkende Druckkomponente stellt die für den Vortrieb nötige Kraft zur Verfügung. Ziel ist die zweidimensionale Fortbewegung nichtmagnetischer Körper. In Hinblick auf die Zielstellung wurden anhand von statischen Messungen allgemein gültige Einflussfaktoren der vertikal wirksamen Druckkomponente und anschließend mittels dynamischer Messungen die vertikal und horizontal wirkenden Druckkomponenten untersucht. Es zeigte sich, dass der vertikale Ferrofluiddruck, von der Anregungsstärke der Elektromagneten, vom Abstand zum Magneten, von der Position innerhalb des Versuchsbeckens und von der Anzahl der gleichzeitig aktivierten Elektromagneten abhängig ist. Der maximal erzielbare vertikale Druck liegt im Bereich von 1000 bis 6000 Pa und ist damit verhältnismäßig gering. Das macht die Anwendung nur für sehr leichte Körper geeignet. Als Problemstellung zeigt sich, dass der Druckunterschied zwischen einer Position über einem Magneten und einer Position zwischen zwei Magneten gravierend ist. Dieses Phänomen ist umso stärker, je höher die magnetische Feldstärke ist. In einer Möglichkeitsstudie zur lokalen Druckerhöhung, wurde nachgewiesen, dass ein kombinierter Einsatz von Permanent- und Elektromagneten in Abhängigkeit von der Polarisation zwischen den Magnettypen und den Magnetpositionen räumlich eng begrenzt hohe Drucksteigerungen oder so genannte Druckkorridore zwischen Magnetpositionen erzielen kann. Im dynamischen Zustand können vertikal und horizontal wirkende Druckverteilungen in Abhängigkeit von den verwandten Anregungsspannungssignalen (trapez- oder rechteckförmig) der Elektromagnete und bei hinreichend kurzer Verzugszeit zwischen den Einzelspulenanregungen realisiert werden, die gleichmäßigen oder schubweise durchgehenden Transport ermöglichen. Für beide Druckkomponenten besteht eine Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der sich die Ferrofluidwelle fortsetzt. Der vertikale Trag- oder Hubdruck ist um ein Zehnfaches höher als der horizontale Schubdruck.



Füchsel, Dennis;
Simulation des Fahrverhaltens von mobilen Robotern. - 125 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Die mobile Robotik bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Deshalb ist das Interesse an ihr in den letzten Jahren stetig gestiegen. Mobile Roboter finden beispielsweise als radgebundene Landfahrzeuge und als Tauchroboter unter Wasser Verwendung. In dieser Arbeit wurde das Fahrverhalten von mobilen Robotern untersucht. Es wurden spezielle mobile Roboter analysiert, die als fußballspielende Systeme verwendet werden. Das Kapitel 4 beinhaltet eine Klassifizierung möglicher Fahrwerkkonfigurationen, die für mobile Roboter verwendet werden können. Es wird der Aufbau dieser Fahrwerkkonfigurationen beschrieben und deren Vor- und Nachteile erläutert. Mit der kinematischen Analyse bestimmter Fahrwerkkonfigurationen beschäftigt sich das Kapitel 5. Ein Ziel war es, verschiedene Abhängigkeiten zwischen den am Fahrzeug einstellbaren Parametern (z.B. Lenkwinkel, Winkelgeschwindigkeiten der Räder) und der daraus resultierenden Geschwindigkeit des Fahrzeuges herzuleiten. Außerdem konnte mit diesen kinematischen Beziehungen die Beweglichkeit der verschiedenen Fahrwerkkonfigurationen ermittelt werden. Anschließend (im Kapitel 6) wurde das Fahrverhalten von zwei mobilen Robotern simuliert. Es handelte sich dabei um ein Fahrzeug mit Differentialantrieb und um ein Fahrzeug mit omnidirektionalen Rädern. Zum Einsatz kam ein Mehrkörpersimulationsprogramm. Als Fahrmanöver wurden für die Beurteilung des Fahrverhaltes die stationäre Kreisfahrt und die beschleunigte Geradeausfahrt ausgewählt. Es stellte sich heraus, dass bei dem Fahrzeug (mobilen Roboter) mit Differentialantrieb der Reibungskoeffizient zwischen der Fahrbahn und dem Gleiter einen wesentlichen Einfluss auf das Fahrverhalten des Fahrzeuges hat. Der Gleiter ist ein notwendiger Abstützpunkt der Fahrzeuge mit Differentialantrieb, der dafür verantwortlich ist, dass das Fahrzeug nicht umkippt. Besonders deutlich wurde diese Abhängigkeit bei der beschleunigten Geradeausfahrt sichtbar. Weiterhin ergaben die Analysen, dass das Fahrverhalten bei Fahrzeugen mit omnidirektionalen Rädern von der konstruktiven Anordnung dieser Räder abhängig ist. Dabei hatte die Identität der Drehachsen von zwei Rädern eines dreirädrigen Fahrzeuges einen negativen Einfluss auf die Fahrdynamik.



Koch, Amelia;
Untersuchung und Anwendung Stochastischer Methoden bei der Auslegung von Raumfahrtstrukturen. - 59 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Eine Simulation, die auf der Monte-Carlo-Methode basiert, erlaubt es Unsicherheiten in einem mathematischen Modell zu berücksichtigen. Dies wird erreicht, indem die Eingabeparameter zufällig variiert und dutzende bis hunderte von deterministischen Analysen durchgeführt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es zu zeigen, dass durch eine stochastische Simulation ein besseres Verständnis des Verhaltens von Raumfahrtstrukturen gewonnen werden kann. Dies wurde für das Strukturmodell eines Weltraumteleskops bewiesen. Die Simulation gibt die Hauptsensitivität der echten Struktur wieder. Für ein vergleichbares Teleskop weist die Simulation auf die Stellen hin, an denen eine Überarbeitung der Konstruktion zu einer Verbesserung führen kann. Es wurden die Softwarepakete Nastran und MSC.Robust Design eingesetzt. Es werden praktische Hinweise zur Vorbereitung eines Strukturmodells für eine stochastische Simulation gegeben. - Es wurde ein einfaches Modell gestestet um die Eigenschaften der Methode "Stochastic Design Improvement" (SDI) zu ermitteln. Anders als eine Optimierung berücksichtigt das SDI Unsicherheiten. Daher wird für jede Iteration eine ganze Wolke von Stichproben erzeugt. Diese Wolke wird zu einem Ziel hinbewegt, welches das gewünschte Verhalten wiedergibt. SDI zielt nicht auf die Erzeugung eines Optimums, sondern einer Gruppe von akzeptablen Lösungen hin. Die robuste Lösung muss hinterher identifiziert werden. Wo ein optimaler Entwurf die Ressourcen erschöpft, kann ein robuster Entwurf Unsicherheiten aufnehmen. - Der größte Vorteil der Monte-Carlo-Methode ist ihre einfache Idee, dieselbe Aufgabe etliche Male zu wiederholen. Dies erlaubt es, mehr Zeit für die Auswertung der Ergebnisse zu verwenden als für das Einstellen der Parameter eines komplizierten mathematischen Algorithmus. Da die Methode auf Zufälligkeit beruht, hat sie sich als wenig fehleranfällig erwiesen. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie auf verschiedene Aufgabestellungen der Ingenieurtätigkeit angewandt werden kann. Der Rechenaufwand ist akzeptabel, wenn die Berechnungen außerhalb von Bürozeiten durchgeführt werden. Die Nutzung der innewohnenden Parallelität der Methode wird nicht durch die zur Verfügung stehende Rechenleistung, sondern durch die Anzahl der Rechenlizenzen begrenzt. Letztendlich erlaubt eine stochastische Simulation, das Potential eines bereits vorhandenen Modells voll auszuschöpfen.