Dieser Vortrag befasst sich mit der Prozesskette bei der Entwicklung spinnenartiger Laufroboter. Es wird eine Möglichkeit der Abstraktion von der Natur aufgezeigt, sowie dessen Überführung in ein technisches System. Das kinematische Modell wird anschließend in MSC Adams simuliert.

Die Mehrkörpersimulation (MKS) kommt in immer mehr Bereichen zum Einsatz. Bis vor einigen Jahren war das Thema fast ausschließlich im Automobilbereich wichtig. Heute wird der Ansatz in fast allen Bereichen der Technik, in dem „Bewegungsabläufe“ eine Rolle spielen, eingesetzt. Im Gegensatz zur Finite Elemente (FE)-Methode, für die eine detaillierte Bauteiltopologie mit einer Vielzahl von Elementen nötig ist, können mit MKS-Systemen selbst komplexe mechanische Systeme mit einer relativ geringen Anzahl an Freiheitsgraden abgebildet werden. Das Programm Adams hat diese Entwicklung maßgeblich mit gestaltet. Neben den Erweiterungen im Bereich der Solver und anderer mathematischer Formulierungen war immer die einfache Benutzerführung, die Integration von weiteren Simulationstechnologien und auch die Entwicklung von Spezialanwendungen ein wichtiges Thema der Entwicklung. Im Rahmen dieses Vortrages wird der Einsatz von Adams an Hand von Beispielen demonstriert. Weiterer Schwerpunkt ist die Erweiterung der Modelle durch Berücksichtigung der elastischen Materialeigenschaften einzelner Bauteile. Die Kopplung zur Lebensdauerberechnung an Hand von Beispielen schließt den Beitrag ab.

Das generelle Vorgehen beim Erstellen von Simulationsmodellen in Mehrkörperdynamik-Software besteht in der Abstraktion eines realen Systems, der Umsetzung in ein virtuelles Modell, der Validierung und eventuellem Einfügen in Toolketten. Mit diesen Modellen können nun Simulationen zur Auslegung und Zertifizierung des realen Objektes vorgenommen werden. Anhand zweier Beispiele werden Modifikationen und Erweiterungen von Standard-Analysen in der Mehrkörperdynamik-Software alaska erläutert, welche diese Prozesse erheblich erleichtern und verbessern: 1. Freie Resultatkonfiguration in der Linearisierung zur Analyse und Auslegung von schwingfähigen Systemen -- am Beispiel der Auslegung eines Tilgers einer Windkraftanlage, 2. Berechnung schwerkraftinduzierter Lasten in transienter Analyse zur Reduktion von Lasten in der Zertifizierung -- am Beispiel der Biegemomente in Rotorblättern von Windkraftanlagen.

In slide chain conveyors vibrations often appear. These cause detrimental effects in conveying process and decrease the durability of chains. To study the vibrations, a multi-body simulation model has been developed, in which rheological elements are used to represent the dynamic effects. A focus was determining material values required for the model. These were identified by hysteresis experiments. Finally, the model was verified by comparing simulation results with measurements in the conveyor system. / In Gleitkettenfördersystemen werden häufig Schwingungen der Kette beobachtet, die einen zuverlässigen Förderprozess auf diesen Anlagen beeinträchtigen können. Ziel dieser Arbeit ist die Erforschung dieser Schwingungen mit Hilfe von einem Mehrkörpersimulationsmodell. Zur Abbildung der dynamischen Effekte wurden rheologische Elemente verwendet. Ein Schwerpunkt lag bei der Ermittlung der für das Modell notwendigen Materialkennwerte. Diese wurden mit Hilfe von Hystereseversuchen herausgefunden. Zum Schluss wurde das Modell über einen Abgleich zwischen Simulation und Messung im Fördersystem verifiziert.

Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick zu möglichen Anwendungsbereichen von Systemsimulation bei der Maschinenentwicklung und stellt einige Beispiele und Ergebnisse aus diesen Bereichen vor. Ausgehend von einfachen Grundmodellen zeigt dieser Beitrag, wie mithilfe von Systemsimulation einzelne Antriebsachsen als auch gesamte Anlagenmodelle generiert werden können. In diesem Zusammenhang können anwendungsspezifische Besonderheiten des jeweiligen Maschinentyps berücksichtigt werden. Dazu zählen die Wechselwirkungen zwischen Prozess und Maschinenverhalten sowie die Anzahl und Ausprägung, bspw. mechanisch oder elektromechanisch, der aktiven Antriebsachsen. Von der Antriebsauslegung über die virtuelle Inbetriebnahme bis hin zur Zustandsüberwachung im Betrieb werden die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten des Systemmodells betrachtet und zugehörige Entwicklungsaufgaben eingeordnet.

Dieser Vortrag befasst sich mit der Prozesskette bei der Entwicklung spinnenartiger Laufroboter. Es wird eine Möglichkeit der Abstraktion von der Natur aufgezeigt, sowie dessen Überführung in ein technisches System. Das kinematische Modell wird anschließend in MSC Adams simuliert.

Als elastische Koppelglieder üben Elastomere im Fahrwerk maßgeblichen Einfluss auf die Elastokinematik der Radaufhängung und damit auf die Radstellgrößen aus. Bereits einfache zylindrische Probekörper zeigten in der Vergangenheit Veränderlichkeit der Federsteifigkeiten bei mehrachsiger Belastung auf. Daraus ließ sich ableiten, dass das Bauteilverhalten von zylindrischen Elastomerkörpern, bzw. Fahrwerklagern, schwer vorhersagbar ist und dieser Effekt durch die Verwendung komplexer Geometrien zusätzlich beeinflusst wird. Eigens im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Prüfstände ermöglichten die Untersuchung von statischen, mehrachsigen Belastungen sowie zyklischen, einachsigen Belastungen zweier Fahrwerklager einer typischen Vorderradaufhängung, dem Mc-Pherson-Federbein. Für beide Lagertypen wurden derart signifikante Federsteifigkeitsänderungen unter mehrachsiger Belastung beobachtet, dass ein Einfluss auf die Elastokinematik sicher schien. Unter einachsiger, zyklischer Belastung bestätige sich, dass einfache rheologische Ersatzmodelle, wie der Ansatz nach Kelvin-Voigt für eine Modellierung des viskoelastischen Materialverhaltens weiterhin Gültigkeit besitzen. Ein in einem Mehrkörpersimulationsprogramm erstelltes Gesamtfahrzeugmodell zeigte zunächst für die Auslegung der Prüfstände relevante Beanspruchungen in den Fahrwerklagern auf und diente weiterhin als Grundlage für die Untersuchung des Einflusses von Wechselwirkungen auf die Radstellgrößen. Dazu behandelt die Arbeit die Modellierung eines neuen Fahrwerklagermodells innerhalb dieser MKS-Umgebung. Dieses Modell bietet dem Nutzer die Möglichkeit für eine Abbildung von Wechselwirkungen an zylindrischen, zyklisch beanspruchten Bauteilen. Ein spezielles Fahrmanöver zeigte den Einfluss der Wechselwirkungen auf die Radstellgrößen auf und zeigte, dass die Berücksichtigung von Wechselwirkungen für eine Fahrwerkauslegung relevant ist. Darüber hinaus wurde mit kommerziell verfügbaren Materialmodellen für die Beschreibung es Materialverhaltens von Elastomeren innerhalb der Finite-Elemente-Methode aufgezeigt, dass bei einachsiger Belastung die Federsteifigkeiten der Fahrwerklager auf Grundlage der in der Literatur üblichen Auslegungsgleichungen näherungsweise abgebildet werden können, jedoch für mehrachsige Spannungszustände keine hinreichende Aussage über das Bauteilverhalten getroffen werden kann. Hier wurde weiterer Forschung- bzw. Erweiterungsbedarf an den FE-Programmen aufgezeigt.

Im Vortrag wird die Vorgehensweise zur Modellierung des Ventiltriebs eines Einzylinder-Motorradmotors beschrieben. Dieser setzt sich aus zwei gebauten, wälzgelagerten Nockenwellen zusammen. Die Ventile werden über Schlepphebel betätigt. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf den Pressverbindungen zwischen Nocken und Welle sowie auf den Wälzlagerungen. Um die Belastungszustände zu ermitteln ist eine detaillierte Simulation nötig. Diese Mehrkörpersimulation wird in Mathcad mit Hilfe eines eigenen Lösers durchgeführt.

Zusammenfassung Herr Meyer: Mittels Creo/Mechanismus und Creo/Mechanica können Koppelgetriebestrukturen ganzheitlich simuliert und analysiert werden. Die ganzheitliche Getriebeauslegung [Ber08] in Creo weißt jedoch Funktionalitäten bedingte Grenzen bei der Analyse hochdynamischer Prozesse auf. Dem zufolge sind in Mechanica keine gekoppelten Mehrkörper- und FE-Simulationen möglich. Um die in RecurDyn vorhandenen Funktionalitäten zur gekoppelten Simulation auf ein bestehendes Creo- Modell [Den11] [Ber08] in guter Näherung zu verwenden, wurde eine verifizierte Methode entwickelt. Wesentliche Bestandteile dieser Herangehensweise sind die Implementierung des Koppelgetriebes in RecurDyn und die Konvertierung einer bestehenden Mechanica-Bauteilvernetzung. Die Bauteilvernetzung erfolgt über den Creo/Mechanica/FEM-Modus. Zu den möglichen Elementformen werden kurze Erläuterungen gegeben. Die Konvertierung erfolgt außerhalb eines FEM-Tools in ASCII-Files. Dies ermöglicht die Verwendung RecurDyns als "Addon" für Creo. Die Ergebnisverifikation wird mittels einer analytischen Gegenrechnung der Gelenkkräfte erreicht. Zum Abgleich der Spannungs- und Verschiebungsverläufe beider FEM-Tools wird vorab eine Definition der jeweils verwendeten p- und h-Methode gegeben. [Klo09]. Anhand einer beispielhaften Getriebestruktur werden Aufbau-, Simulations- und Analyse-Schritte dargestellt und Ergebnisse ausgewertet. Dabei wird im speziellen auf resultierende Spannungsunterschiede bei der FEM-Analyse im Zusammenhang mit der jeweiligen Vernetzungsmethode eingegangen [Reu10]. [Ber08] Berger, M.; Jakel, R.: Ganzheitliche Getriebeauslegung. - Darmstadt : PTC Anwendertreffen, 2008 [Den11] Berger, M.; Denninger, D.: Entwurf und Auslegung eines neuen nichtlinearen Antriebskonzeptes mittels Creo Elements/Pro; Saxsim 2011 [Klo09] Kloninger, P.: Pro/MECHANICA verstehen lernen: Ab Version Wildfire 4.0. - Springer, 2009 [Reu10] Reul, S.: Numerische Qualität von FEM-Analysen: Vergleich der h- und p-Methode, Vortrag 2. Norddeutsches Simulationsforum 2010 Zusammenfassung Herr Eiselt: Modellbildung ausgehend von ProE-Daten zur Gesamtsystemsimulation mit RecurDyn

Für die elastische Mehrkörpersimulation bzw. die FEM-MKS-Kopplung sind reduzierte FE-Modelle von großer Bedeutung. Die Erstellung reduzierter Modelle mit hoher Abbildungsgüte im Rahmen einer Modellordnungsreduktion erfordert einerseits ein geeignetes Reduktions-verfahren und andererseits zuverlässige Korrelationsmethoden. Beides wird durch die Soft-ware MORPACK bereitgestellt. Die Korrelation reduzierter FE-Modelle basiert in MORPACK derzeit ausschließlich auf modalen Eigenschaften. Ausgehend von der Annahme, dass sich die Abbildungsgüte eines reduzierten FE-Modells erst im Rahmen einer Zeitbereichssimula-tion vollständig beurteilen lässt, ist eine dahingehende Erweiterung von MORPACK geplant. Für einfache Topologien muss die Möglichkeit bestehen, das dynamische Verhalten, redu-zierter Modelle, direkt in MORPACK zu simulieren. Mit Hilfe der resultierenden Zeitsignale werden die reduzierten Modelle bewertet. Für die Umsetzung dieser Idee muss in MORPACK zunächst ein eigenständiges EMKS-Programm implementiert werden. Die Implementierung des EMKS-Programms in MORPACK (bzw. MATLAB) stellt den Schwerpunkt dieser Arbeit dar. Es werden zunächst die Anforderungen an das EMKS-Programm formuliert. Nach der Behandlung aller erforderlichen theoretischen Grundlagen werden die Systemgleichungen hergeleitet. Anschließend wird ein Formalismus bereitgestellt, der den Aufbau der Systemgleichungen, auf Basis der Nutzereingaben ermöglicht. Nach der Implementierung des Formalismus wird das EMKS-Programm verifiziert und erprobt. / Reduced FE-Models are very important for elastic multibody simulation and FEM-MKS-coupling. The generation of reduced FE-models with high approximation quality in a model order reduction requires on the one hand a suitable reduction method and on the other hand reliable correlation methods. Both are provided by the MORPACK software. In MORPACK the correlation of reduced FE models based currently only on modal properties. An extension of the MORPACK software is planned on the assumption, that the approximation quality of a reduced FE-model can be completely assessed only in a time domain simulation. For simple topologies, it must be possible to simulate the dynamic behavior of reduced models directly into MORPACK. With the correlation of resulting time signals, the reduced models are as-sessed. To realize this idea, an independent EMKS program must be implemented in MORPACK. The implementation of the EMKS program in MORPACK (respectively MATLAB) represents the focus of this thesis. The first part is to formulate the necessary requirements for the EMKS program. After handling of all the necessary theoretical foundations, the system equa-tions are derived. Subsequently, formalism is provided that allows a construction of the sys-tem equations based on the user input. After the implementation of the formalism, the EMKS program will verify and tested.