FEM-Analyse von Pressverbindungen auf einem Wellenabsatz bei Nabenüberstand und -unterstand Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen besitzen im Maschinenbau eine große Bedeutung. Bei der Übertragung von Biegemomenten kann es zu Relativbewegungen zwischen Welle und Nabe kommen. Die dabei entstehende Reibkorrosion setzt im Allgemeinen die Tragfähigkeit herab und führt zu Reibdauerbrüchen. In der hier vorliegenden Arbeit wurde die Zylinderpressverbindung unter thermischer und Wechselbiegebeanspruchung für gegebene Abmaße numerisch simuliert. Vordergründiges Ziel war es, das Verhalten von Welle-Nabe-Verbindungen bei Belastung für Nabenüberstand und -unterstand miteinander zu vergleichen.

The investigations of the clues for the optimum construction and optimum operation management, that is working point dependent regulation of the active power and reactive power, of a twice fed asynchronous generators by his application in wind power station with regard to the maximum efficiency in the fully and partial load range. The representation of an asynchronous generator by field-oriented regulation is suggested by a simplistic equivalent circuit diagram. The method of the calculation of the rated value of the rotor current components for different working conditions is shown, and the space vector modulation of these rated values with the help of a 4 quadrant converter is valued. A Scaling of the general machine design of a twice fed asynchronous generator for wind power station with following analysis with the help of Finite element method of the electromagnetic and thermal fields in the cross section of the asynchronous generator is carried out. The optimum operation management of the wind power station is investigated. / Die Untersuchungen der Anhaltspunkte für die optimale Auslegung und optimale Betriebsführung, das heißt arbeitspunktabhängige Regelung der Wirk- und Blindleistungen, eines doppelt gespeisten Asynchrongenerators bei seinem Einsatz in Windkraftanlage bezüglich des maximalen Wirkungsgrades im Voll- und Teillastbereich. Die Darstellung eines Asynchrongenerators bei Feldorientierter Regelung wird durch ein vereinfachtes Ersatzschaltbild vorgeschlagen. Die Methode zur Berechnung der Sollwerte der Rotorstromkomponenten für verschiedene Betriebszustände wird dargestellt, und die Raumzeigermodulation dieser Sollwerte mit Hilfe eines 4-Quadranten-Stromrichters bewertet. Eine Skalierung des allgemeinen Maschinenentwurfes eines doppelt gespeisten Asynchrongenerators für Windkraftanlage mit anschließender Analyse anhand Finite-Elemente-Methode der elektromagnetischen und thermischen Felder im Querschnitt des Asynchrongenerators wird durchgeführt. Die optimale Betriebsführung der Windkraftanlage wird untersucht.

In this paper, we study the partial Fourier method for treating the Lamé equations in three-­dimensional axisymmetric domains subjected to nonaxisymmetric loads. We consider the mixed boundary value problem of the linear theory of elasticity with the displacement u, the body force f \in (L_2)^3 and homogeneous Dirichlet and Neumann boundary conditions. The partial Fourier decomposition reduces, without any error, the three­dimensional boundary value problem to an infinite sequence of two­dimensional boundary value problems, whose solutions u_n (n = 0,1,2,...) are the Fourier coefficients of u. This process of dimension reduction is described, and appropriate function spaces are given to characterize the reduced problems in two dimensions. The trace properties of these spaces on the rotational axis and some properties of the Fourier coefficients u_n are proved, which are important for further numerical treatment, e.g. by the finite-element method. Moreover, generalized completeness relations are described for the variational equation, the stresses and the strains. The properties of the resulting system of two­dimensional problems are characterized. Particularly, a priori estimates of the Fourier coefficients u_n and of the error of the partial Fourier approximation are given.

Der Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung spezieller Lösungsmethoden zum Problem des Kontaktes eines elastischen Körpers mit einem festen Hindernis sowie des Kontaktes zweier elastischer Körper miteinander. Grundlage der Betrachtungen ist dabei ein Lösungsverfahren, das auf Unterraum-CG-Techniken beruht. Die zu Grunde liegende partielle Differentialgleichung zur Modellierung der Verformung eines elastischen Körpers ist die Lame-Gleichung. Aufbauend auf dieser Gleichung wird das Problem des Kontaktes in einer neuen Formulierung, die auch große Verformungen zuläßt, betrachtet. Um diese Probleme mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode numerisch lösen zu können, erfolgt die Betrachtung der üblichen Variationsformulierung mit Hilfe von Variationsungleichungen sowie die Angabe einer alternativen Formulierung, die auf einer Variationsgleichung beruht. Zur Konstruktion eines effektiven Lösungsalgorithmus werden die Problematiken der a-posteriori Fehlerschätzung, Voraussetzungen an Vernetzungen sowie moderner Lösungsmethoden zum Auflösen des Finiten-Elemente-Gleichungssystems betrachtet. Um die aus dem Kontaktproblem resultierenden Restriktionen zu erfüllen, wird die Klasse der Unterraum-CG-Verfahren einführend betrachtet und es wird die Anpassung dieser Verfahren auf die betrachteten Probleme vorgestellt. Die für derartige Lösungsmethoden verwendeten Projektoren werden formuliert und es werden verschiedene Formulierungen dieser Projektoren in Bezug auf Effektivität der Implementierung sowie Speicheraufwand miteinander verglichen. Es wird auf einige verschiedene Möglichkeiten der Beschreibung von Hindernissen sowie des Kontaktproblems zweier elastischer Körper miteinander eingegangen und es werden Referenzimplementierungen zu diesen Problemen angegeben. Zu den implementierten Projektoren werden Beispielrechnungen am Ende der jeweiligen Abschnitte vorgestellt sowie die Rechenzeiten und Konvergenzverhalten restringierter und unrestringierter Elastizitätsprobleme verglichen. Es zeigt sich dabei der Vorteil der entwickelten Verfahren in einem vergleichbaren numerischen Aufwand zwischen restringierten und unrestringierten Problemen bei einer übersichtlichen Implementierbarkeit und guter Stabilität. Die Problemklasse von Restriktionen im Inneren des betrachteten Gebietes wird anhand des Clinch-Problems formuliert, und die zur Lösung derartiger Probleme verwendeten Projektoren betrachtet. Die Referenzimplementierung aller vorgestellen Algorithmen und Projektoren erfolgt dabei in einem adaptiven 2D-FEM-Programm, welches innerhalb des DFG-Sonderforschungsbereichs 393 "Parallele Numerische Simulation für Physik und Kontinuumsmechanik" entstanden ist.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die numerische Simulation piezoelektrischen Materialverhaltens, sowie spezieller Probleme aus der Mechanik (inkompressibles Materialverhalten) unter Anwendung der Methode der finiten Elemente. Hierbei wird die Strategie der adaptiven Netzsteuerung angewendet, welche mit Hilfe einer lokalisierten a-posteriori Fehlerschätzung erlaubt, den lokalen Feinheitsgrad der Diskretisierung den Besonderheiten der Aufgabenstellung anzupassen. Beide betrachteten Problemklassen führen nach der Diskretisierung und FEM auf Gleichungssysteme in spezieller Blockstruktur, die insgesamt symmetrisch, aber nicht positiv definit ist. Als Löser kann nicht der gewöhnliche CG verwendet werden, stattdessen wird eine Variante des Bramble-Pasciak-CGs benutzt, welcher als Speziallöser die Matrizenstruktur ausnutzt. Für diesen Löser wird eine Strategie zur Parameterwahl vorgeschlagen sowie die Wirksamkeit einer Vorkonditionierung im piezoelektrischen Fall theoretisch nachgewiesen. Weiterhin wird die FEM einschließlich Adaptivität für Piezomaterialien auf rotationssymmetrische Probleme erweitert, so daß diese spezielle Problemklasse zweidimensional gerechnet werden kann. Numerische Vergleiche mit echter 3D-Rechnung illustrieren enorme Vorteile in Genauigkeit und Rechenaufwand. Im letzten Kapitel werden in piezoelektrische Materialien hineinwachsende Risse betrachtet und entsprechende Anpassungen vorgenommen. Mit Wahl geeigneter Datenstrukturen und einer passenden Vorkonditionierung ist es möglich, eine Simulationssoftware bereitzustellen welche als Grundlage zum Test von Bruchkriterien verwendet werden kann. Die beschriebenen numerischen Methoden wurden in ein bestehendes adaptives 2D-FEM-Programm implementiert, und an ausgewählten Beispielen ein Vergleich mit einer analytischen Lösung durchgeführt sowie die Effektivität der Rechnung getestet.

Die Genauigkeit der Ergebnisse einer numerischen Simulation von Umformvorgängen wird maßgeblich durch die Beschreibung des Materialverhaltens bestimmt. Neben der Auswahl eines geeigneten Stoffgesetzes zur Darstellung einer Klasse von Werkstoffen ist die Identifikation der in den Modellen enthaltenen Materialparameter zur Charakterisierung seiner besonderen Eigenschaften notwendig. In der vorliegenden Arbeit wird die Bestimmung der Materialparameter eines elastisch-plastischen Deformationsgesetzes zur Beschreibung der plastischen Anisotropie auf Basis der Fließbedingung von Hill unter Berücksichtigung großer Deformationen vorgenommen. Die Ermittlung der Parameter erfolgt durch die Lösung einer nichtlinearen Optimierungsaufgabe (Fehlerquadratminimum) basierend auf dem Vergleich von experimentell durchgeführten Eindringversuchen mit Ergebnissen der numerischen Simulation.

Im Rahmen des Modellierungsseminars wurde die Kopplung einer Strömung mit der Ausbreitung einer reaktiven Substanz im Strömungsgebiet untersucht. Die Strömung wurde dabei durch die inkompressiblen Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben. Zusätzlich wurde ein mathematisches Modell für die Ausbreitung der Substanz durch eine Diffusions-Konvektions-Gleichung bestimmt. Beide wurden durch die FEM- Sofware NAVIER berechnet und simuliert.

Zur numerischen Simulation piezoelektrischer Probleme mit linearem Materialgesetz wird die adaptive Finite-Element-Methode genutzt. Bei der Lösung der entstehenden Gleichungssysteme vom Sattelpunktstyp wird auf eine Variante des Bramble-Pasciak-CG zurückgegriffen. Die Einbettung von Projektionstechniken in den Löser erlaubt eine Behandlung von verschiedenen Problembesonderheiten, speziell wird hier auf die Fälle konstanten Potentials auf Teilrändern sowie Kontaktprobleme an wachsenden Rissen eingegangen. Erste numerische Ergebnisse werden an einigen Beispielen demonstriert.

In diesem Preprint werden grundlegende Gleichungen zur Behandlung von transversal isotropem Materialverhalten zusammengetragen. Wir betrachten ein transversal isotropes Materialgesetz mit linear elastischem Verhalten. Die angegebenen Materialgleichungen sind zur Beschreibung sowohl kleiner als auch großer Deformationen geeignet. Sie bilden eine wesentliche Grundlage zur Lösung statischer Probleme mit der Methode der finiten Elemente. Es werden Gleichungen für den ebenen Spannungszustand und den ebenen Verzerrungszustand hergeleitet.

Adaptive anisotropic refinement of finite element meshes allows to reduce the computational effort required to achieve a specified accuracy of the solution of a PDE problem. We present a new approach to adaptive refinement and demonstrate that this allows to construct algorithms which generate very flexible and efficient anisotropically refined meshes, even improving the convergence order compared to adaptive isotropic refinement if the problem permits.