Im Rahmen der Arbeit wird eine Simulationsmethodik auf Grundlage der elastischen Mehrkörpersimulation dargestellt, welche eine Prognose des Körperschallverhaltens eines Bahnantriebs in einem Frequenzbereich bis 1 kHz ermöglichen soll. Randbedingung in der Modellbildung ist die Anwendbarkeit des Verfahrens im Entwicklungsprozess. Die vorgestellte Modellbildung der Anregung erfolgt für die mechanische Geräuschanregung aus den Zahneingriffen im Achsgetriebe. Für die Identifizierung dominanter Körperschallquellen wurde der Innenraumschall eines aktuellen Regionalzuges experimentell untersucht und ausgewertet. Weiterhin wurde das Schwingungsverhalten des Antriebsstrangs in einer Prüfstandsumgebung gemessen. Anhand der experimentellen Ergebnisse ist ein systematischer Vergleich zwischen Messung und Berechnung über dem gesamten Betriebsfeld des Antriebsstrangs möglich. Ein umfangreicher Messung-Rechnung-Vergleich der verzahnungsbedingten Anregungsfrequenzen zwischen gemessenen Oberflächenbeschleunigungen am Antrieb und den Berechnungsergebnissen zeigen eine akzeptable qualitative Übereinstimmung über dem Betriebsfeld. Die Anwendung des Berechnungsmodells für die akustische Auslegung des Antriebs ist somit möglich. Im Detail ergeben sich jedoch deutliche quantitative Abweichungen der Schwingwerte für einzelne Betriebspunkte. Sowohl die Analyse verschiedener Modellvarianten als auch eine Sensitivitätsstudie zeigen auf, dass die Modellbildung der Wälzlager, die Modellbildung und Parametrierung der Verzahnungsanregung und die Modellierung der Antriebswelle großen Einfluss auf die Ergebnisse haben und Ansatzpunkte für eine Verbesserung des Modells liefern.:1.1 Motivation 1.2 Problemstellung 1.3 Zielsetzung 1.4 Lösungsansatz und Abgrenzung 1.5 Wissenschaftliche Fragestellung und Gliederung der Arbeit 2 Stand der Technik 2.1 Historische Entwicklung der Modellbildung 2.2 Entwicklung von Mehrkörperformalismen 2.3 Berechnung von Antrieben mittels Mehrkörpersimulation 2.4 Analyse aktueller Ansätze der Körperschallberechnung mittels EMKS 2.5 Zusammenfassung und Bewertung 3 Modellbildung für die Körperschallberechnung 3.1 Modellbildung dynamischer Systeme 3.2 Finite-Elemente-Methode 3.3 Elastische Mehrkörpersysteme 3.4 Lineare Modellordnungsreduktion 3.5 Zeitschrittintegrationsverfahren 3.6 Sensitivitätsanalyse 4 Grundlagen der Akustik 41 4.1 Einführung 4.2 Akustik des Schienenfahrzeugs 4.3 Akustik von Zahnradgetrieben 4.4 Akustik von elektrischen Maschinen 5 Experimentelle Untersuchung des Versuchsfahrzeugs 5.1 Fragestellungen an die experimentelle Untersuchung 5.2 Versuchsablauf und Messgrößen 5.3 Messunsicherheit und Störeinflüsse 5.4 Untersuchte Fahrzyklen 5.5 Analyse des Innenraumgeräuschs 5.6 Zusammenfassung der Ergebnisse 6 Experimentelle Untersuchung am Antriebsprüfstand 6.1 Fragestellungen an die experimentelle Untersuchung 6.2 Wahl der Beurteilungsgröße zur Körperschallcharakterisierung 6.3 Aufbau des untersuchten Antriebsstrangs 6.4 Versuchsaufbau und Messgrößen 6.5 Wendebetrieb und Drehrichtungsdefinition 6.6 Messunsicherheit und Störeinflüsse 6.7 Untersuchte Betriebsszenarien 6.8 Analyse der instationären Betriebszustände 6.9 Analyse der stationären Betriebszustände 6.10 Resonanzerscheinungen der Verzahnungsanregung bis 1000 Hz 6.11 Zusammenfassung der Ergebnisse 7 Aufbau des Berechnungsmodells 7.1 Zielstellung der Modellbildung 7.2 Anmerkung zur Wahl der Simulationsumgebung 7.3 Mehrkörpersimulation im erweiterten Frequenzbereich 7.4 Erläuterungen der Modelltopologie und Submodelltechnik 7.5 Modellierung der Wuchtgüte 7.6 Modellierung der Verzahnungsanregung 7.7 Modellierung der Elastomerelemente 7.8 Modellierung der Wälzlager 7.9 Modellierung der Wellen 7.10 Erstellungsprozess eines elastischen Körpers 7.11 Modellierung des Antriebsgehäuses als Finite-Elemente Modell 7.12 Experimentelle Modalanalyse am Antriebsgehäuse und Modellkorrelation 7.13 Anbindungsmodellierung am Beispiel des Antriebsgehäuses 7.14 Modellordnungsreduktion am Beispiel des Antriebsgehäuses 7.15 Verwendete Eigenmoden für die elastischen Körper 7.16 Dämpfungsparameter der elastischen Körper 7.17 Modellierung der Hohlwelle 7.18 Anmerkung zur Lasteinleitung und zum Prüfstandseinfluss 8 Analyse des Berechnungsmodells 8.1 Fragestellungen an die Analyse des Berechnungsmodells 8.2 Referenzmodellierung und Referenzlastfälle 8.3 Eigenschaften des Systemverhaltens und Plausibilitätskontrolle 8.4 Parametereinfluss der Zeitschrittintegration 8.5 Ausgewählte Sensitivitätsanalysen 9 Vergleich von Messung und Simulation 9.1 Vorgehen in der Beurteilung 9.2 Untersuchte Modellvarianten 9.3 Qualitativer Vergleich des Betriebsverhaltens 9.4 Quantitativer Vergleich stationärer Betriebszustände 9.5 Quantitativer Vergleich instationärer Betriebszustände 9.6 Zusammenfassung und Beurteilung 10 Zusammenfassung und Ausblick

Electric buses often have batteries installed on the roof structure to have a better space utilization. This increases the height of the centre of gravity of the vehicle, affecting its roll stability. The existing vehicle setup uses an anti-roll bar to provide the roll stiffness. However, increasing the roll stiffness of the anti-roll bar for providing the required roll stability of an electric bus is limited due to the increase in weight of the anti-roll bar, its material properties and the design constraints. An alternate for the air suspension system is identified through a literature study. The identified system, an interconnected hydro-pneumatic suspension, is modelled analytically and compared to the air spring system. Multi-body simulations are performed to understand the roll performance.\par The thesis work also estimates the system's energy efficiency, and the feasibility of packaging the system within the existing vehicle architecture is studied in CAD software. The roll gradient of the vehicle is shown to improve compared to the existing air-spring system. The study also find that implementation of hydraulic-interconnected system can result in reduction of the unsprung mass of the vehicle. / Elektriska bussar har ofta batterier installerade på takkonstruktionen för att få ett bättre utrymmesutnyttjande. Detta ökar fordonets tyngdpunktshöjd och påverkar dess krängstabilitet. Den befintliga fordonskonfigurationen använder en krängningshämmaren tillsammans med luftfjädrar för att ge den krängsstabilitet som krävs. Men att öka krängstyvheten hos krängningshämmaren för att ge den nödvändiga krängstabilitet hos en elektrisk buss är begränsad på grund av ökningen av vikten av krängningshämmaren, dess materialegenskaper och konstruktionsbegränsningar. Ett alternativ till luftfjädringssystemet identifieras genom en litteraturstudie. Det identifierade systemet, ett sammanlänkat hydro-pneumatiskt fjädringssystem, modelleras analytiskt och jämförs med luftfjädringssystemet. Multibody-simuleringar utförs för att förstå fordonets krängprestanda. par Avhandlingsarbetet uppskattar också systemets energieffektivitet och möjl-igheten att paketera systemet inom den befintliga fordonsarkitekturen studeras i CAD-programvara. Fordonets krängningsgradient har visat sig förbättras jämfört med det befintliga luftfjädringssystemet. I studien konstateras också att införandet av hydrauliskt sammankopplade system kan leda till en minskning av fordonets ofjädrade massa.

Due to the increase in demand on freight transportation it becomes necessary to avoid delays to ensure that the goods reach its destination on time. The main factors causing disturbances in the traffic on the mainline is the breakdown of vehicles mainly due to damaged wheels. The damaged wheels are identified through the wheel-rail impact force measurements provided by the wheel impact load detectors (WILD). This calls for the optimal schedule of maintenance of wheelsets and wagons in general. During the maintenance, the officials manually check for defective wheels and the exchange of wheelsets is performed based on the type of damage. The classification of wheel damages plays a vital role in providing ease of damage identification and insights to deduce a strategy for wheelset exchange. In this study, an attempt to classify the damaged wheelsets is done by analysing the wheel-rail impact force data from the wayside detectors. The data from the detectors are acquired from PredgeAB, a Luleå based startup pioneering in providing decision support on optimal maintenance schedules and predictive maintenance of rail wheels. Through their detection and prediction solutions it was observed that of all the wheels marked as damaged by the detectors 10% were undamaged. The source of the deviation in the impact force readings could help Predge make better estimations in damage detection and prediction. In this study, the sources contributing to the deviation is studied using multi-body simulations in GENSYS. A new method for modelling wheel damage is developed to overcome the shortcomings of the software. The findings of this study can then be used appropriately to make classifications of wheel damages. / På grund av den ökade efterfrågan på godstransporter är det nödvändigt attundvika förseningar för att säkerställa att varorna når sin destination i tid. Deviktigaste faktorerna som orsakar störningar i trafiken på huvudlinjen är stopp ispår av fordon, främst på grund av skadade hjul. De skadade hjulen identifierasmed hjälp av mätningar av slagkraft mellan hjul och spår som tillhandahållsav hjulbelastningsdetektorer (WILD). Detta kräver ett optimerat schema förunderhåll av hjulsatser och vagnar i allmänhet. Under underhållet kontrollerartjänstemännen manuellt för defekta hjul och utbytet av hjulsatser utförs baserat på typen av skada. Klassificeringen av hjulskador spelar en viktig roll närdet gäller att underlätta identifiering av skador och ge insikt för att bedöma enstrategi för hjulbyte. I den här studien görs ett försök att klassificera de skadade hjulsatserna genom att analysera data från slagkraften mellan spår ochhjul från detektorer. Uppgifterna från detektorerna hämtas från PredgeAB, enLuleå-baserad uppstartsbolag som är pionjärer för att ge beslutsstöd om optimala underhållsscheman och prediktivt underhåll av järnvägshjul. Genom sinadetekterings- och prediktiva lösningar observerades att 10% av alla hjul märktasom skadade av detektorerna var oskadade. Källan till avvikelsen i slagkraftavläsningarna kan hjälpa Predge att göra bättre uppskattningar när det gällerupptäckning och förutsägelse av skador. I den här studien studeras de källorsom bidrar till avvikelsen med simuleringar av flera kroppar i GENSYS. En nymetod för modellering av hjulskador har utvecklats för att övervinna programvarans brister. Resultaten av denna studie skulle kunna användas på lämpligtsätt för att göra klassificeringar av hjulskador.

<p dir="ltr">As traffic in cislunar space grows and missions become increasingly complex, effective understanding of relative motion between spacecraft is paramount. Additional tools are necessary to more accurately determine favorable relative behaviors in a multi-body gravitational environment. In this investigation, relative states are characterized as linear combinations of principal stretching and restoring directions to introduce techniques for relative trajectory design in the circular restricted three-body problem. These dynamically-informed directions form sets of orthonormal vector bases employed to describe and design spacecraft motion relative to a reference trajectory. Properties unique to 3x3 subsets of the state transition matrix are exploited to derive methodologies for two relative motion applications. First, the formulation is presented from a spacecraft loitering perspective, providing a framework to methodically determine ballistic relative trajectory options for visiting spacecraft. Secondly, modifications are introduced for flexible maneuver planning in a collision avoidance scenario. The two methodologies are assessed for a variety of test cases along four different periodic orbits in the Earth-Moon system.</p>

Volvo Construction Equipment (VCE) manufactures wheel loaders, articulated haulers, and excavators. By the end of 2030, the company hopes to have reduced the carbon footprint of its machines by 30 %. To increase energy efficiency and productivity, VCE is focused on developing futuristic wheel loaders that are both electric and autonomous. VCE has unveiled its latest autonomous wheel loader prototype called Zeux. This thesis work aims to create a simulation setup that includes a vehicle model of Zeux and a driver model that is optimised for the machine to complete a certain drive/load cycle. This simulation setup will be used to examine the machine’s performance, energy usage, and efficiency and compare it to a conventional machine to determine its advantages and limitations. The new vehicle model was created by modifying a conventional electric machine’s vehicle modeland a new four-wheel steering system was developed. A driver model was developed based on a condition-based decision tree and state machines with unique controllers for each driver input. This complete vehicle-driver simulation set-up has been tunedand optimised with respect to energy efficiency and productivity. The simulation results are then compared to the results of a similar conventional electric machine simulation model. According to the comparison study, the autonomous wheel loader concept has better productivity, lower hydraulic energy consumption as well as lower overall energy consumption compared to the conventional machine. It can complete the drive cycle much more efficiently despite having a similar powertrain and loading unit as the conventional machine. / Volvo Construction Equipment (VCE) tillverkar hjullastare, midjestyrda dumprar och grävmaskiner. I slutet av 2030 hoppas företaget ha minskat koldioxidavtrycket för sina maskiner med 30 %. För att öka energieffektiviteten och produktivitet är VCE fokuserade på att utveckla framtida hjullastare som både är elektriska och autonoma. VCE har presenterat sitt senaste autonoma hjullastarprototyp som heter Zeux. Detta examensarbete syftar till att skapa en simuleringsmiljö som innehåller en fordonsmodell av Zeux och en förarmodell som är optimerad för att maskinen ska klara en viss kör-/lastcykel. De framtagna modellerna ska sedan användas för att undersöka maskinens prestanda, energianvändning och effektivitet och jämföra resultaten med en konventionell elektrisk maskin för att fastställa dess fördelar och begränsningar. Den nya fordonsmodellen skapades genom att modifiera en konventionell elektrisk maskins fordonsmodell och ett nytt fyrhjulsstyrningssystem utvecklades. En förarmodell utvecklades baserad på ett tillståndsbaserat beslutsträd och tillståndsmaskiner med unika regulatorer för varje drivrutin. Den kompletta simuleringsmodellen har justerats och optimerats med avseende på energianvändning och produktivitet. Resultaten jämfördes sedan med simuleringsresultat av en liknande konventionell elektrisk hjullastare. Enligt jämförelsestudien, har konceptet med autonoma hjullastare bättre produktivitet, lägre hydrauliskenergiförbrukning samt lägre total energiförbrukning jämfört med den konventionella maskinen. Den kan slutföra körcykeln mycket mer effektivt samtidigt trots att den har en liknande drivlina och lastenhet som den konventionell maskin.

Im Beitrag wird die Nutzung des Mehrkörper-Simulationsprogrammes alaska zur Entwicklung eines Fahrmoduls für mobile Roboter vorgestellt. Das Ziel bei der Entwicklung des Moduls war, mobile Roboter mit höheren Fahrgeschwindigkeiten zu realisieren als vergleichbare Systeme mit omnidirektionalen Rädern. Die Nutzung von Simulationsrechnungen stellte vom ersten Entwurf einen elementaren Bestandteil der Gesamtentwicklung dar. So flossen immer wieder Erkenntnisse aus den Simulationen in die Weiterentwicklung ein. Die Mehrkörpersysteme (MKS) wurden im Programm alaska aufgebaut. Am Beginn des Entwicklungsprozesses bestanden die Simulationsmodelle aus wenigen Elementen, um das grundsätzliche Bewegungsverhalten zu analysieren. Darauf aufbauend wurden komplexere Simulationsmodelle genutzt, die sich zur Bestimmung des Einflusses von Parametern auf das Bewegungsverhalten eignen. / This article presents the use of a multi-body simulation program to develop a driving module for mobile robots. The aim in developing the module was to realize mobile robots with higher driving speeds than comparable systems with omnidirectional wheels. The use of simulation calculations was an elementary component of the overall development from the very first draft. As a result, findings from the simulations were repeatedly incorporated into further development. The multi-body systems (MBS) were set up in the simulation program alaska. At the beginning of the development process, the simulation models consisted of a few elements in order to analyze the basic movement behavior. Building on this, more complex simulation models were used, which are suitable for determining the influence of parameters on the movement behavior.

This thesis investigates the interaction between the rigid multi-body systems and fluid induced forces through a Fluid-Structure Interaction (FSI) approach. The study focuses on the motion of rigid bodies induced by fluid forces, employing a User Defined Function (UDF) coupled with ANSYS Fluent to model the dynamic interaction. The UDF allows the incorporation of complex motion equations, ensuring that the fluid-induced forces govern the movement of bodies within the fluid domain. The work includes the development and validation of the UDF with Six Degrees of Freedom (6DOF) method, followed by analysing the systems behavior by including damping effect, electromagnetic effect during power generation and multibody system dynamic analysis, where the motion of one body depends on another. Which are not possible by solely using the 6DOF approach in ANSYS Fluent solver. The results provide insights into the effectiveness of the UDF-based approach in handling complex fluid-structure interactions, with potential applications in fields such as aerospace, marine engineering, and biomechanics. The study also highlights the computational challenges and possible improvements for future work in RMB-FSI simulations.

In those diploma work was solved problems of independent trapezoidal axletree for low-floor bus - NB12 CITY firm SOR Libchavy s.r.o . Work was divided into two main features: solving wheel-suspension kinematics and strenght calculation sorted parts of wheel suspension by the help of finite element method. There was effected fatigue calculation sorted parts of wheel suspension according to „Resetova metoda“ of predicting fatigue damage flowing from so – called cutaway methodics of fatigue tests at the close of this work.

In this diploma thesis is created a cranktrain model in the MBS system ADAMS Engine. The thesis defines basic parameters and proportions of the torsional damper for in-line 5-cylinder engine. This thesis also puts mind to calculation of torsional vibration. In the MBS system ADAMS Engine is demonstrated affect of torsional damper on the torsional vibration of the crankshaft.

L'analyse du mouvement humain s'appuie généralement sur des techniques de suivi de marqueurs cutanés pour reconstruire la cinématique articulaire. Cependant, ces techniques d'acquisition présentent d'importantes limites dont les " artefacts de tissus mous " (i.e., le mouvement relatif entre les marqueurs cutanés et le squelette sous-jacent). La méthode d'optimisation multi-segmentaire viseà compenser ces artefacts en imposant aux trajectoires de marqueurs les degrés de liberté d'un modèle cinématique prédéfini. Les liaisons mécaniques modélisant classiquement les articulations empêchent toutefois une estimation satisfaisante de la cinématique articulaire. Cette thèse aborde des perspectives d'amélioration de la méthode d'optimisation multi-segmentaire pour l'estimation de la cinématique articulaire du membre inférieur,à travers différentes approches : (1) la reconstruction de la cinématique par suivi de la vitesse angulaire, de l'accélération et de l'orientation de centrales inertiellesà la place du suivi de marqueurs, (2) l'introduction d'un modèle articulaire élastique basé sur la matrice de raideur du genou, permettant une estimation physiologique de la cinématique articulaire et (3) l'introduction d'un modèle des artefacts de tissus mous " cinématique-dépendant ", visantà évaluer et compenser les artefacts de tissus mous simultanément avec l'estimation la cinématique articulaire. Ce travail a démontré la polyvalence de la méthode d'optimisation multi-segmentaire. Les résultats obtenus laissent espérer une amélioration significative de cette méthode qui devient de plus en plus utilisée en biomécanique, en particulier pour la modélisation musculo-squelettique / Human movement analysis generally relies on skin markers monitoring techniques to reconstruct the joint kinematics. However, these acquisition techniques have important limitations including the "soft tissue artefacts" (i.e., the relative movement between the skin markers and the underlying bones). The multi-body optimization method aims to compensate for these artefacts by imposing the degrees of freedom from a predefined kinematic model to markers trajectories. The mechanical linkages typically used for modeling the joints however prevent a satisfactory estimate of the joint kinematics. This thesis addresses the prospects of improvement of the multi-body optimization method for the estimation of joint kinematics of the lower limb through different approaches: (1) the reconstruction of the kinematics by monitoring the angular velocity, the acceleration and the orientation of magneto-inertial measurement units instead of tracking markers, (2) the introduction of an elastic joint model based on the knee stiffness matrix, enabling a physiological estimation of joint kinematics and (3) the introduction of a "kinematic-dependent" soft tissue artefact model to assess and compensate for soft tissue artefact concurrently with estimating the joint kinematics. This work demonstrated the versatility of the multi-body optimization method. The results give hope for significant improvement in this method which is becoming increasingly used in biomechanics, especially for musculoskeletal modeling