Im Rahmen des Exzellenzclusters MERGE an der TU Chemnitz erfolgt die Entwicklung eines kontinuierlichen großserientauglichen Verfahrens zur Herstellung komplexer geschlossener Strukturbauteile. Hierbei werden vorimprägnierte faserverstärkte thermoplastische Halbzeuge (thermoplastische Tapes) in einem Kombinationsverfahren aus thermoplastischen Tapelegen und Tapewickeln verarbeitet. Für dieses kontinuierliche Orbitalwickelverfahren wurde ein spezieller Technologiedemonstrator entwickelt mit dessen Hilfe Machbarkeitsstudien zur Erbringung des Funktionsnachweises durchgeführt werden. Die oben genannte Versuchsanlage ermöglicht die Erzeugung rotationssymmetrischer Profile, die zudem einen inkonstanten Querschnitt aufweisen können. Für die Anlagenkonzeptionierung wurde ein Beispielprofil eines Strukturbauteils ausgewählt und die Anlagendimensionierung durchgeführt. Basierend auf dem Entwurf werden zur Anlagendimensionierung die Parameter der Einzelantriebe mit Hilfe inverser Kinematik simulativ und analytisch abgeleitet und durch anschließende Simulation in CreoElements/Pro® vervollständigt. Die konstruktive Realisierung erfolgte mittels Solid Works. Die abschließende simulative Validierung wurde wiederum mittels CreoElements/Pro® durchgeführt. Diese Arbeiten entstanden im Rahmen des Bundesexzellenzclusters EXC 1075 "Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Die Autoren danken für die finanzielle Unterstützung.

Bei Raupenfahrwerken wird das allgemeingültige Prinzip verfolgt, dass durch die scharnierbare Aneinanderreihung von Kettengliedern eine fahrzeugeigene Fahrstrecke entsteht. Dies erlaubt selbst schwere Geräte im unwegsamen, brüchigen Gelände mit großen Vortriebskräften zu mobilisieren. Jedoch wohnt, der Diskretisierung des Raupenbandes in Glieder endlicher Länge geschuldet, dem Fahrwerk eine hohe Fahrunruhe inne. Dadurch entstehen zeitvariante Lasten im Fahrwerk, welche die Lebensdauer der Kette, des Fahrwerkantriebs und der Tragstruktur des Fahrzeugs limitieren und somit regelmäßig kostenintensive Instandsetzungsmaßnahmen erzwingen. Diese Problemstellung aufgreifend beschäftigt sich die Arbeit mit der Analyse und Optimierung des fahrdynamischen Verhaltens von Raupenfahrzeugen. Zugleich werden Methoden vorgestellt, welche eine rechenzeiteffiziente Simulation von Raupenfahrzeugen und Antriebssystemen zulassen.

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

In Stetigfördersystemen mit Kunststoff-Gleitketten treten unerwünschte Schwingungen auf, die den Materialfluss beeinträchtigen. Diese Schwingungen sind nach momentanen Stand nicht berechenbar und sollen dynamisch simuliert werden. Das Ziel ist es ein Modell zu entwickeln, mit welchem die Schwingungen, die in einer Kunststoff-Gleitkette auftreten, abgebildet werden können.

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.:1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Zielsetzung 2 1.3 Lösungsweg 3 2 Verifikation und Optimierung durch Zeitbereichssimulationen 5 2.1 Erweiterung von MORPACK 5 2.2 Anforderungen an das EMKS-Programm 10 2.3 Korrelation von Zeitsignalen 12 3 Grundlagen der elastischen Mehrkörpersimulation 16 3.1 Berücksichtigung elastischer Deformationen in Mehrkörpersystemen 16 3.2 Kinematik freier Einzelkörper 19 3.2.1 Räumliche Drehungen von Bezugssystemen 19 3.2.2 Methode des bewegten Bezugssystems 23 3.2.3 Diskretisierung und Variablen für die Zustandsbeschreibung 25 3.2.4 Kinematik der Schnittstellenknoten 28 3.3 Kinetik freier Einzelkörper 31 3.4 Wahl des Körperbezugssystems 40 3.4.1 Kinematische Zwangsbedingungen 40 3.4.2 Kinetische Zwangsbedingungen 42 3.5 Gebundene Mehrkörpersysteme 44 3.6 Daten von elastischen Körpern 48 4 Bewegungsgleichungen und EMKS Formalismus für zwei beliebig gekoppelte Körper 52 4.1 Modellbildung 52 4.2 Bewegungsgleichungen in einem Satz natürlicher Koordinaten 54 4.3 Transformation auf Minimalkoordinaten 62 4.3.1 Formalismus 63 4.3.2 Herleitung der notwendigen Vektoren und Matrizen 65 5 Erweiterung des EMKS-Algorithmus für die festgelegte Topologie 76 6 Implementierung in MORPACK 84 6.1 Struktur der Eingabe- und Definitionsdaten 84 6.2 Grafische Benutzeroberfläche und Einbindung in MORPACK 90 6.3 Implementierung des EMKS-Formalismus 92 7 Verifikation und Erprobung 98 7.1 Verifikation mit SIMPACK 98 7.2 Erprobung der Prozesskette 101 7.2.1 Erprobungsmodell 101 7.2.2 Ergebnisse der Zeitbereichssimulation im Vergleich zu modalen Korrelationskriterien 103 7.2.3 Optimierung durch Zeitbereichssimulation 108 8 Zusammenfassung und Ausblick 112 / 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.:1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Zielsetzung 2 1.3 Lösungsweg 3 2 Verifikation und Optimierung durch Zeitbereichssimulationen 5 2.1 Erweiterung von MORPACK 5 2.2 Anforderungen an das EMKS-Programm 10 2.3 Korrelation von Zeitsignalen 12 3 Grundlagen der elastischen Mehrkörpersimulation 16 3.1 Berücksichtigung elastischer Deformationen in Mehrkörpersystemen 16 3.2 Kinematik freier Einzelkörper 19 3.2.1 Räumliche Drehungen von Bezugssystemen 19 3.2.2 Methode des bewegten Bezugssystems 23 3.2.3 Diskretisierung und Variablen für die Zustandsbeschreibung 25 3.2.4 Kinematik der Schnittstellenknoten 28 3.3 Kinetik freier Einzelkörper 31 3.4 Wahl des Körperbezugssystems 40 3.4.1 Kinematische Zwangsbedingungen 40 3.4.2 Kinetische Zwangsbedingungen 42 3.5 Gebundene Mehrkörpersysteme 44 3.6 Daten von elastischen Körpern 48 4 Bewegungsgleichungen und EMKS Formalismus für zwei beliebig gekoppelte Körper 52 4.1 Modellbildung 52 4.2 Bewegungsgleichungen in einem Satz natürlicher Koordinaten 54 4.3 Transformation auf Minimalkoordinaten 62 4.3.1 Formalismus 63 4.3.2 Herleitung der notwendigen Vektoren und Matrizen 65 5 Erweiterung des EMKS-Algorithmus für die festgelegte Topologie 76 6 Implementierung in MORPACK 84 6.1 Struktur der Eingabe- und Definitionsdaten 84 6.2 Grafische Benutzeroberfläche und Einbindung in MORPACK 90 6.3 Implementierung des EMKS-Formalismus 92 7 Verifikation und Erprobung 98 7.1 Verifikation mit SIMPACK 98 7.2 Erprobung der Prozesskette 101 7.2.1 Erprobungsmodell 101 7.2.2 Ergebnisse der Zeitbereichssimulation im Vergleich zu modalen Korrelationskriterien 103 7.2.3 Optimierung durch Zeitbereichssimulation 108 8 Zusammenfassung und Ausblick 112

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.

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.

Pervasive applications of the vehicle simulation technology are a powerful motivation for the development of modern automobile industry. As basic parameters of road vehicle, vehicle dynamic parameters can significantly influence the ride comfort and dynamics of vehicle, and therefore have to be calculated accurately to obtain reliable vehicle simulation results. Aiming to develop a general solution, which is applicable to diverse test rigs with different mechanisms, a novel model-based parameter identification approach using optimized excitation trajectory is proposed in this paper to identify the vehicle dynamic parameters precisely and efficiently. The proposed approach is first verified against a virtual test rig using a universal mechanism. The simulation verification consists of four sections: (a) kinematic analysis, including the analysis of forward/inverse kinematic and singularity architecture; (b) dynamic modeling, in which three kinds of dynamic modeling method are used to derive the dynamic models for parameter identification; (c) trajectory optimization, which aims to search for the optimal trajectory to minimize the sensitivity of parameter identification to measurement noise; and (d) multibody simulation, by which vehicle dynamic parameters are identified based on the virtual test rig in the simulation environment. In addition to the simulation verification, the proposed parameter identification approach is applied to the real test rig (vehicle inertia measuring machine) in laboratory subsequently. Despite the mechanism difference between the virtual test rig and vehicle inertia measuring machine, this approach has shown an excellent portability. The experimental results indicate that the proposed parameter identification approach can effectively identify the vehicle dynamic parameters without a high requirement of movement accuracy.

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.

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.