Gegenstand des Vortrages ist Entwicklung und Validierung eines elastischen Mehrkörpermodells der Prototypenanlage W2E-120/3.0fc der Frima W2E Wind to Energy GmbH. Folgende Schwerpunkte werden gesetzt: - Anforderungen an die Modellierung - Topologie des Mehrkörpermodells - Einbindung elastischer Körper - Einbindung aerodynamischer Lasten - Einbindung des Anlagenreglers - Experimentelle Validierung anhand von Produktionslastfällen Die vorgestellte Arbeit ist Teil des aktuellen Forschungsprojektes "DynAWind– Leichtbauoptimierte Konstruktionen von Windenergieanlagen" am Lehrstuhl für Technische Mechanik/Dynamik in Zusammenarbeit mit der W2E Wind to Energy GmbH.

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.

Die Software alaska ist zunächst ein allgemeines Werkzeug zur Modellierung und Simulation der Dynamik mechanischer/mechatronischer Systeme. alaska wird am Institut ür Mechatronik in Chemnitz entwickelt. Mit dem Erweiterungsmodul alaska/Wind erhält alaska Funktionalitäten die erforderlich sind, um das dynamische Verhalten von Windkraftanlagen (WKA) mit dem Ziel zu simulieren, die resultierenden Belastungen zu ermitteln. Bestandteile von alaska/Wind sind u.a. Komponenten zu Beschreibung der aerodynamischen Umgebungsbedingungen und der Berechnung der daraus resultierenden, an der WKA angreifenden Windkräfte sowie ein Basis-WKA-Simulationsmodell. Inhalt des Vortrages ist es zu zeigen, wie dieses Basis-Simulationsmodell vom Anwender, also vom Entwickler/Hersteller von Windkraftanlagen, an seine spezifischen Anforderungen angepasst wird, wie es in seinen Produktentstehungsprozess eingebunden wird und wie mit dem Einsatz der alaska- Komponente alaska/DC (DistributedComputation) weitestgehend automatisch auf der Basis mehrerer Tausend Simulationsrechnungen Design-treibende Belastungen ermittelt werden.

Gegenstand des Vortrages ist Entwicklung und Validierung eines elastischen Mehrkörpermodells der Prototypenanlage W2E-120/3.0fc der Frima W2E Wind to Energy GmbH. Folgende Schwerpunkte werden gesetzt: - Anforderungen an die Modellierung - Topologie des Mehrkörpermodells - Einbindung elastischer Körper - Einbindung aerodynamischer Lasten - Einbindung des Anlagenreglers - Experimentelle Validierung anhand von Produktionslastfällen Die vorgestellte Arbeit ist Teil des aktuellen Forschungsprojektes "DynAWind– Leichtbauoptimierte Konstruktionen von Windenergieanlagen" am Lehrstuhl für Technische Mechanik/Dynamik in Zusammenarbeit mit der W2E Wind to Energy GmbH.

Im Vortrag werden die Möglichkeiten der Modellierung und Verwendung flexibler Körper in Produkten der alaska-Softwarefamilie, die am Institut für Mechatronik e.V. entwickelt werden, vorgestellt. Die alaska-Softwarefamilie umfasst neben dem alaska/ModellerStudio, einer Mehrkörperdynamik-Simulationsumgebung für die allgemeine Verwendung, auch anwendungsspezifische Simulationswerkzeuge mit Fokussierung auf eng begrenzte Einsatzgebiete. Im Interesse realitätsnaher Simulationsergebnisse werden in der Mehrkörperdynamik neben starren Körpern und idealen Gelenken verstärkt elastisch verformbare Körper und nachgiebige Gelenke verwendet. Je nach Einsatzgebiet und Simulationsziel (hohe Genauigkeit, hohe Performance) kommen unterschiedliche Verfahren der Beschreibung flexibler Körper zum Einsatz. Diese werden im Vortrag diskutiert, präsentierte Anwendungsbeispiele illustrieren die Verwendung.

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.

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung automatischer Lenkungen, die die von Schienenfahrzeugen bekannte Spurtreue auf n-gliedrige, mehrachsgelenkte Straßenfahrzeuge übertragen. Spurtreu bedeutet folglich, dass die Lenkachsmittelpunkte keinen seitlichen Versatz zueinander aufweisen. Dafür wird ein modellbasiertes automatisches Lenkverfahren systematisch konzipiert, entworfen und erprobt, das sowohl eine vollautomatische Spurführung als auch eine halbautomatische Nachführung erlaubt. Die modellbasierten automatischen Lenkungen unterliegen keinen praktisch relevanten Einschränkungen. Das wird durch die Verwendung einer Steuerungsstruktur mit zwei Freiheitsgraden erreicht, die aus einer modellbasierten Vorsteuerung und einem Rückführregler besteht. In der Vorsteuerung werden die Lenkwinkel aller Achsen berechnet, mit denen der Sollweg theoretisch spurtreu befahren wird. Durch den Einsatz eines speziell angepassten, modularen Mehrkörpermodells gelingt diese Berechnung allgemein für eine Klasse n-gliedriger Fahrzeuge. Zum Ausgleich von nicht vermeidbaren Modellunbestimmtheiten und nicht gemessenen Störungen werden ein nichtlinearer Mehrgrößenregler sowie achs-individuelle lineare Eingrößenregler entworfen und miteinander verglichen. Simulationen und Fahrversuche zeigen, dass das entwickelte Verfahren in einem weiten Geschwindigkeitsbereich robust gegenüber typischen Einflussgrößen wie Fahrbahn- und Beladungszustand ist.

Für die effiziente Blechtafelbearbeitung mit hoher Prozesssicherheit und Teilequalität ist die positions- und winkelgenaue Ausrichtung der Rohblechtafeln vor dem Bearbeitungsprozess erforderlich. Dieser Beitrag untersucht vibrationsbasierte Ausrichtkonzepte mittels Mehrkörpersystem-Simulation. Die entwickelten Simulationsmodelle ermöglichen die Charakterisierung und den Vergleich der Konzepte hinsichtlich der Bewegungs- und Ausrichteigenschaften sowie der erforderlichen Antriebskraft. / Efficient, reliable, and qualitative sheet metal processing requires both positional and angular alignment of the raw metal sheets prior to the manufacturing process. This paper investigates different vibration-based alignment concepts using a multi-body system simulation. The simulation model is then used to characterize and compare, with respect to the motion and alignment properties as well as the required driving force, the diverse vibration-based alignment concepts.

Die Software alaska ist zunächst ein allgemeines Werkzeug zur Modellierung und Simulation der Dynamik mechanischer/mechatronischer Systeme. alaska wird am Institut ür Mechatronik in Chemnitz entwickelt. Mit dem Erweiterungsmodul alaska/Wind erhält alaska Funktionalitäten die erforderlich sind, um das dynamische Verhalten von Windkraftanlagen (WKA) mit dem Ziel zu simulieren, die resultierenden Belastungen zu ermitteln. Bestandteile von alaska/Wind sind u.a. Komponenten zu Beschreibung der aerodynamischen Umgebungsbedingungen und der Berechnung der daraus resultierenden, an der WKA angreifenden Windkräfte sowie ein Basis-WKA-Simulationsmodell. Inhalt des Vortrages ist es zu zeigen, wie dieses Basis-Simulationsmodell vom Anwender, also vom Entwickler/Hersteller von Windkraftanlagen, an seine spezifischen Anforderungen angepasst wird, wie es in seinen Produktentstehungsprozess eingebunden wird und wie mit dem Einsatz der alaska- Komponente alaska/DC (DistributedComputation) weitestgehend automatisch auf der Basis mehrerer Tausend Simulationsrechnungen Design-treibende Belastungen ermittelt werden.

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.