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The Spatial 2:1 Resonant Orbits in Multibody Models: Analysis and ApplicationsAndrew Joseph Binder (18848701) 24 June 2024 (has links)
<p dir="ltr">Within the aerospace community in recent years, there has been a marked increase in interest in cislunar space. To this end, the study of the dynamics of this regime has flourished in both quantity and quality in recent years, spearheaded by the use of simplified dynamical models to gain insight into the dynamics and to generate viable mission concepts. The most popular and simple of these models, the Circular Restricted Three-Body Problem, has been thoroughly explored to meet these goals (even well-prior to the recent spike in interest). Much work has been done investigating periodic orbits within these models, and similarly has been performed on non-periodic transfers into periodic orbits. Studied less is the superposition of these two concepts, or using periodic orbits as a way to transit, for example, cislunar space. In this thesis, the development of periodic orbits amenable to transiting is accomplished. Beginning from periodic orbit families already present in the literature, this research finds a novel and useful family of periodic orbits, here dubbed the spatial 2:1-resonant orbit family. Within this newly-discovered family, multitudes of qualitative behaviors interesting to the astrodynamics community are found. Many family members seem accommadating to a diverse set of mission profiles, from purely-unstable family members best suited to use as transfers, to marginally stable ones best suited to longer-term use. This family as a whole is analyzed and catalogued with thorough descriptions of behavior, both quantitative and qualitative. While the Circular Restricted Three-Body Problem serves as an excellent starting point for analysis, trajectories found there must be generalized to higher-fidelity modeling. In this spirit, this thesis also focuses on demonstrating such generalization and putting it into practice using the more sophisticated Elliptic-Restricted Three-Body Problem. Documentation of the numerical tools necessary and helpful in accomplishing this generalization is included in this work. Prototypically, the truly 2:1 sidereally-resonant unstable member of the 2:1 family is transitioned into the elliptic problem, as is a nearly-stable L2 Halo orbit family member. This new trajectory is paired with a more classically-present example to show the validity of the methodology. To aid this analysis, symmetries present within the elliptic model are also explored and explained. With this analysis completed, this orbit family is demonstrated to be both interesting and useful, when considered under even more realistic modelling. Further work to mature this novel family of orbits is merited, both for use as the fundamental building block for transfers and for use for more-permanent habitation. More broadly, this work aims to achieve a further proliferation of the merger between transfer and orbit, concepts which seem distinct at first, but deserve more gradual consideration as different flavors of the same idea.</p>
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Effect Of Cross-sectional Nonlinearities On Anisotropic Strip-based MechanismsPollayi, Hemaraju 09 1900 (has links) (PDF)
The goal of this work is to develop and demonstrate a comprehensive analysis of single and multi-body composite strip-beam systems using an asymptotically-correct geometrically nonlinear theory. The comprehensiveness refers to the two distinguishing features of this work, namely the unified framework for the analysis and the inclusion of the usually ignored cross-sectional nonlinearities in thin-beam and multi-beam analyses.
The first part of this work stitches together an approach to analyse generally anisotropic composite beams. Based on geometrically exact nonlinear elasticity theory, the nonlinear 3-D beam problem splits into either a linear (conventionally considered) or nonlinear (considered in this work) 2-D analysis of the beam cross-section and a nonlinear 1-D analysis along the beam reference curve. The two sub-tasks of this work (viz. nonlinear analysis of the beam cross-section and nonlinear beam analysis) are accomplished on a single platform using an object-oriented framework. First, two established nonlinear cross-sectional analyses (numerical and analytical), both based on the Variational-Asymptotic Method (VAM), are invoked. The numerical analysis is capable of treating cross-sections of arbitrary geometry and material distributions and can capture certain nonlinear effects such as the trapeze effect. The closed-form analytical analysis is restricted to thin rectangular cross-sections for generally anisotropic composites but captures ALL cross-sectional nonlinearities, and not just the well-known Brazier and trapeze effects. Second, the well-established geometrically-exact nonlinear 1-D governing equations along the beam reference curve, after being generalized to utilize the expressions for nonlinear stiffness matrix, are solved using the mixed variational finite element method. Finally, local 3-D stress, strain and displacement fields for representative sections in the beam are recovered, based on the stress resultants from the 1-D global beam analysis. This part of the work is then validated by applying it to an initially twisted cantilevered laminated composite strip under axial force.
The second part is concerned with the dynamic analysis of nonlinear multi-body systems involving elastic strip-like beams made of laminated, anisotropic composite materials using an object-oriented framework. In this work, unconditionally stable time-integration schemes
presenting high-frequency numerical dissipation are used to solve the ensuing governing equations. The codes developed based on such time-integration schemes are first validated with the literature for two standard test cases: non-linear spring mass oscillator and pendulum.
In order to apply the comprehensive analysis code thus developed to a multi-body system,
the four-bar mechanism is chosen as an example. All component bars of the mechanism have thin rectangular cross-sections and are made of fiber reinforced laminates of various types of layups. They could, in general, be pre-twisted and/or possess initial curvature, either by design or by defect. They are linked to each other by means of revolute joints. Each component of the mechanism is modeled as a beam based on the first part of this work. Results from this analysis are compared with those available in the literature, both theoretical and experimental. The margins between the linear and non-linear results are evaluated specifically due to the cross-sectional nonlinearities and shown to vary with stacking sequences.
This work thus demonstrates the importance of geometrically nonlinear cross-sectional
analysis of certain composite beam-based four-bar mechanisms in predicting system dynamic characteristics. To enable graphical visualization, the behavior of the four-bar mechanism is also observed by using commercial software (I-DEAS + NASTRAN + ADAMS). Finally, the component-laminate load-carrying capacity is estimated using the Tsai-Wu-Hahn failure criterion for various layups and the same criterion is used to predict the first-ply-failure and the mechanism as a whole.
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Dynamické vlastnosti osy C pro multifunkční soustružnické centrum / Dynamic Behaviours of the C Axis Drive for Multifunction Cutting CenterKřepela, Jan January 2011 (has links)
his Disertation thesis involves the creating of the simulation model of the C axis drive over mentioned machine and them verification on the prototype of this machine. C axis is controlled with position feedback. Simulation model was created before the realisation of the machine prototype for the preliminary identification of the dynamic behaviours in the working cycles and them opportunity of the realisation this conception. C axis is constructed with worm gear and is controlled with help of Master-Slave drive. This torque drive eliminates the production backlash in the worm gear. The multifunction turning center, where is used this C axis, is determinate for heavy duty roughing cutting of the forged peaces, where is problem with dynamic stability of the cutting process. Simulation model includes the problems with multi-body mass system, friction on the worm gear, self locking, damping on the worm gear and the optimization of the parametrs for many regulators. Simulation model was verified on the prototype of the machine. Achieved results bring the new knowledge, which are used for simulation complicated machine nodes and this knowledge is used for research and developing of the similar mechatronics system.
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Usure ondulatoire en transport ferroviaire: mécanismes et réduction / Rail corrugation in railway transport: mechanism and mitigationCollette, Christophe 05 July 2007 (has links)
L'usure ondulatoire des rails associée aux vibrations de torsion des essieux de métro a été mise en évidence il y a près d'un demi siècle. L'utilisation d'absorbeurs dynamiques comme solution potentielle à ce problème a été suggérée pour la première fois dans le projet américain du TCRP "Rail Corrugation Mitigation in Transit" en 1998. Cette thèse, réalisée dans le cadre du projet européén "Wheel-rail CORRUGATION in Urban transport", a pour objectif de concevoir un absorbeur dynamique et d'étudier son influence sur la réduction de l'usure ondulatoire liée aux vibrations de torsion. Dans le cadre de ce travail, d'autres types d'usure ondulatoire ont également été traités par des absorbeurs dynamiques.<p><p>Les trois premiers chapitres de cette thèse sont dédiés à la description des différents types d'usure ondulatoire et à la présentation des méthodes de prédiction. La méthode de dimensionnement des absorbeurs dynamiques est présentée au chapitre 4, ainsi que quelques perspectives de leur efficacité à réduire l'usure ondulatoire. Dans le chapitre 5, un tronçon réel du RER parisien a été étudié. D'une part les prédictions obtenues par différentes méthodes ont été comparées aux mesures sur site. D'autre part, le bénéfice résultant de l'utilisation d'un absorbeur dynamique a été étudié numériquement. Dans le chapitre 6, le cas de l'usure ondulatoire liée aux vibrations de torsion a été étudié spécifiquement. Un absorbeur dynamique a été développé pour réduire ce type d'usure ondulatoire. Son efficacité a été évaluée théoriquement et numériquement, avec un modèle multi-corps flexible du véhicule et de la voie. Dans le chapitre 7, un absorbeur dynamique visant à réduire les vibrations de torsion d'un essieu de métro à échelle réduite a été construit au laboratoire. Son efficacité a été validée expérimentalement en reproduisant les conditions d'apparition des vibrations de torsion de l'essieu sur le banc d'essais du Laboratoire des Technologies Nouvelles de l'INRETS. La correspondance entre les prédictions d'usure à échelle réduite et à échelle réelle a été établie. Une demande de brevet a été déposée par le Laboratoire des Structures Actives pour ce système (N° 06120344.4). / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished
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Untersuchung von Schwingungen an einem Stetigfördersystem mit KunststoffgleitkettenStrobel, Jens 25 April 2018 (has links)
In Stetigfördersystemen mit Gleitketten treten Schwingungen auf, die zu Beeinträchtigungen des Materialflusses führen können. Dazu zählen u. a. Kippen oder Rutschen der Fördergüter oder die Schädigung der Förderkette durch schwellende Belastung. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse und Simulation der auftretenden Schwingungen, mit dem Ziel, ein Simulationsmodell zu entwickeln, welches die dynamischen Effekte in einer Kunststoff-Gleitkette abbilden kann.
Einführend werden Gleitkettenfördersysteme analysiert und die Anregungsursachen, die in dem System zu Schwingungen führen, betrachtet. Die Eigenfrequenz ist eine maßgebliche Größe des Schwingungsverhaltens. Deshalb werden mehrere Ansätze zur Berechnung der Eigenfrequenzen einer Gleitkette aufgestellt und deren Zweckmäßigkeit überprüft. Anschließend erfolgt die Erstellung eines Mehrkörper-Simulationsmodells, mit dem neben den Eigenfrequenzen auch die Amplitudenverläufe der Beschleunigung sowie der Kettenzugkraft berechnet werden können. Weiterhin wird aufgrund des viskoelastischen Materialverhaltens der Kunststoffkette ein geeignetes Materialmodell ermittelt und dessen Parameter über eine Optimierungsrechnung bestimmt. Nach der Validierung des Eigenfrequenz- und des Simulationsmodells an einer Versuchsförderanlage erfolgt eine Parameteranalyse, mit der die Auswirkungen der relevanten Einflussgrößen auf das dynamische Verhalten am Beispiel des Versuchsfördersystems eruiert werden. Abschließend werden Empfehlungen zur Reduzierung von Schwingungen in Gleitkettenfördersystemen gegeben. / In continuous conveyor systems occur vibrations which can lead to impairments of material flow. These includes tilting or slipping of transported material as well as damage to the conveyor chain due to swelling stress. The present thesis is concerned with the analysis and simulation of occurring vibrations with the aim of developing a simulation model which can depict the dynamic effects in a plastic slide chain.
Introductorily, conveyor systems with sliding chains are analyzed and causes of excitation are examined, which lead to vibrations in the system. The natural frequency is a significant variable of vibration behavior. Therefore, several approaches for calculating the natural frequencies of a sliding chain are compiled and their suitability is reviewed. A multi-body simulation model is built which can be used to calculate amplitude curves of acceleration and chain traction force besides the natural frequencies. Due to the viscoelastic material behavior of plastic chains, a suitable material model is defined and its parameters are determined via an optimization calculation. After validating the natural frequency and the simulation model at a test conveyor, a parameter analysis is carried out with which effects of relevant influencing variables on the dynamic behavior are determined. Finally, recommendations are given for reducing vibrations in sliding chain conveyor systems.
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Musculoskeletal Modeling of BalletHungenahalli Shivanna, Bharath January 2020 (has links)
This thesis work comprises the working and simulation procedures being involved in simulating motion capture data in AnyBody Modeling System. The motion capture data used in this thesis are ballet movements from dancers of Östgöta ballet and dance academy. The ballet movements taken into consideration are the arabesque on demi-pointe and pirouette. The arabesque on demi-pointe was performed by two dancers but the pirouette is performed by only one dancer. The method involved recording ballet movements by placing markers on the dancer's body and using this motion capture data as input to AnyBody Modeling System to create a musculoskeletal simulation. The musculoskeletal modeling involved creating a very own Qualisys marker protocol for the markers placed on the ballet dancers. Then implementing the marker protocol onto a human model in AnyBody Modeling System by making use of the AnyBody Managed Modeling Repository (TM) and obtain the kinematics from the motion capture. To best fit the human model to the dancer's anthropometry, scaling of the human model is done, environmental conditions such as the force plates are provided. An optimization algorithm is conducted for the marker positions to best fit the dancer's anthropometry by running parameter identification. From the kinematics of the motion capture data, we simulate the inverse dynamics in AnyBody Modeling System. The simulations explain a lot of parameters that describe the ballet dancers. Results such as the center of mass, the center of pressure, muscle activation, topple angle are presented and discussed. Moreover, we compare the models of the dancers and draw conclusions about body balance, effort level, and muscles activated during the ballet movements.
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Schiebenockentechnologie an der Verbrennungskraftmaschine – Industriebeispiel für Modellierung und Auslegung unter Verwendung des alaska/ModellerStudiosKuba, Teresa, Franke, Sören, Bär, Sebastian, Freudenberg, Heiko 24 May 2023 (has links)
Die Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren ist geprägt von einer Steigerung der Effizienz, optimaler Betriebslaststeuerung, einer Absenkung des spezifischen Verbrauchs und der Erfüllung geltender Abgasemissionsgesetzgebung. Die Optimierung des Ladungswechsels spielt dabei eine entscheidende Rolle. Eine Möglichkeit den Ladungswechsel optimal zu beeinflussen, ist der Einsatz von variablen Ventiltrieben zur Veränderung der Ventilhubbewegung sowie zur Verstellung der Steuerzeiten.
thyssenkrupp Dynamic Components entwickelt und stellt Schiebenockensysteme als diskret schaltbare Ventiltriebsysteme her, welche die verschiedenen Ventilhubanforderungen über unterschiedliche Nockenprofile auf dem Schiebeelement nebeneinander abbilden können. Im Entwicklungs- und Auslegungsprozesses kommt eine Simulation des Bewegungs-, Beschleunigungs- und Abbremsverhaltens sowie der Kraftverläufe beim Verstellvorgang mittels einer Mehrkörpersimulation (MKS) in der Software alaska/ModellerStudio zum Einsatz.
In diesem Beitrag wird das MKS-Modell des Schiebelements sowie der Abgleich des Modells mit Versuchen vorgestellt. Es folgt eine Darstellung von Optimierungsmöglichkeiten bereits in der Simulationsumgebung, bei denen die Kontaktnormalkräfte und Beschleunigungen in mehreren Iterationsschleifen auf den gewünschten Anwendungsfall angepasst werden können. Unter Berücksichtigung der Fertigungs- und Lagertoleranzen sowie des Verschleißverhaltens kann das System mit diesem Simulationstool bereits virtuell abgeprüft werden. / The advancement of internal combustion engines is characterized by an increase in efficiency, optimum operating load control, a reduction in specific consumption and compliance with applicable exhaust emission legislation. Optimization of the charge change plays a decisive role in this. One way of optimally influencing the charge change is to use variable valve trains to change the valve lift and adjust the timing.
thyssenkrupp Dynamic Components develops and manufactures sliding cam systems as discretely switchable valve train systems that can feature the various valve lift requirements side by side via different cam profiles on the sliding element. A simulation of the motion, acceleration and deceleration behavior as well as the force curves during the sliding process by means of a multi-body simulation (MBS) in the alaska/ModellerStudio is applied in the development and design process.
This presentation shows the MBS model of the sliding cam and the comparison of the model with test results. Various optimization options in the simulation environment present, how the contact normal forces and accelerations can be adapted in several iteration loops to the desired application. Taking into account the manufacturing and bearing tolerances as well as the wear behavior, this simulation tool allows to virtually check the sliding cam system.
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Beitrag zur Entwicklung nicht-koaxial gekoppelter, offener Umlaufrädergetriebe am Beispiel des Antriebsstranges einer Orbital-BearbeitungsmaschineFreigang, Tino 03 February 2023 (has links)
Im Rahmen dieser Arbeit werden Gleichungen und Methoden zur Berechnung nicht-koaxial gekoppelte, insbesondere offener Umlaufrädergetriebe erweitert. Eine Formelsammlungen fasst bekannte und neue Gleichungen für offene und rückkehrende Umlaufrädergetriebe zusammen.
Ein methodischer Ansatz der Getriebesynthese (Ermittlung von Übersetzungen und Zähnezahlen) für derartige, im Dreiwellenbetrieb genutzte Getriebe, wird unter Beachtung definierter Mindestanforderungen entwickelt. Die neuen Berechnungstheorien und Methoden der Getriebesynthese werden am Beispiel der Herleitung optimaler Getriebekonfigurationen für die Antriebsstränge von Orbital-Bearbeitungsmaschinen gezeigt und mittels Systemsimulation verifiziert. Einsatzgrenzen sowie Konstruktionsrichtlinien werden für diese Maschinengattung abgeleitet.:1 Einleitung der Arbeit
2 Grundlagen der Umlaufrädergetriebe
3 Berechnung der Umlaufrädergetriebe
4 Orbital-Bearbeitungsmaschine
5 Getriebesynthese
6 Systemsimulation einer Orbital-Bearbeitungsmaschine
7 Schlussbetrachtungen der Arbeit
Anlagen / In this paper, equations and methods for the calculation of non-coaxially coupled, in particular open planetary gearboxes are extended. A collection of formulas summarizes known and new equations for open and standard planetary gearboxes.
A methodical approach of gear synthesis (determination of ratios and numbers of teeth) for such gearboxes driven in three-shaft operation is developed under consideration of defined minimum requirements. The new calculation theories and methods of gear synthesis are demonstrated using the example of deriving optimal gear configurations for the drive trains of orbital machining centres and verified by means of system simulation. Application limits and design guidelines are derived for this type of machine tool.:1 Einleitung der Arbeit
2 Grundlagen der Umlaufrädergetriebe
3 Berechnung der Umlaufrädergetriebe
4 Orbital-Bearbeitungsmaschine
5 Getriebesynthese
6 Systemsimulation einer Orbital-Bearbeitungsmaschine
7 Schlussbetrachtungen der Arbeit
Anlagen
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Simulation von linearen Vibrationsförderern mit dem MKS PrinzipKuhn, Christian 08 April 2024 (has links)
Bei der Arbeit mit Vibrationsförderern ist die korrekte Beschreibung der Schwingungsbewegung die Grundlage für viele Auslegungs- und Entwicklungsaufgaben. Mit steigender Komplexität des Schwingungssystems treten vermehrt Wechselwirkungen und Synchronisationseffekte zwischen den Schwingungsmassen auf. Infolge dieser dynamischen Effekte ist die Berechnung der Schwingungsbewegung oft eine große Herausforderung. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Abbildung von Vibrationsförderern in Mehrkörpersystemen zur Simulation und Vorhersage des Bewegungsverhaltens. Durch die Abbildung verschiedener Antriebsformen und Verwendung eines parametrisierbaren Modellaufbaus besteht die Möglichkeit einer weitreichenden Simulation von Vibrationsförderern.
In der vorliegenden Arbeit werden in der Software SimulationX zur Simulation Modelle der üblichen Antriebsformen und Schwingungssysteme von Vibrationsförderern erstellt. Im Anschluss werden die Simulationsmodelle mit Messwerten eines selbst entwickelten Versuchsaufbaus und weiteren Förderern verglichen. Nachdem sich die realen Systeme in guter Art und Weise im Simulationsaufbau abbilden ließen, werden Anwendungsszenarien für den Einsatz der Simulation vorgestellt. Diese umfassen die Förderorganbewegung und Kippeinflüsse, Fördergeschwindigkeitsbetrachtungen, das Resonanzverhalten und die Untersuchung von Synchronisationseffekten. / When working with vibratory conveyors, the correct description of the vibratory motion is the basis for many design and development tasks. As the complexity of the vibration system increases, interactions and synchronisation effects between the vibrating masses occur more frequently. As a result of these dynamic effects, the calculation of the vibratory motion is often a major challenge. This thesis deals with the mapping of vibratory conveyors in multi-body systems for the simulation and prediction of the movement behaviour. By mapping different drive types and using a parameterizable model structure, it is possible to carry out a far-reaching simulation of vibratory conveyors.
In this thesis, models of the usual drive forms and vibration systems of vibratory conveyors are created in the software for simulation SimulationX. The simulation models are then compared with measured values from a self-developed test setup and other conveyors. After the real systems could be modelled in a good way in the simulation setup, application scenarios for the use of the simulation are presented. These include the conveyor movement and tilting influences, conveyor speed considerations, resonance behaviour and the investigation of synchronisation effects.
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Gewinnung sicherer Lastannahmen aus Simulation und Messung zur Festigkeitsauslegung von Straßen- und StadtbahnenZechel, Gero 21 February 2017 (has links) (PDF)
Die Nutzung historisch solider Lastannahmen, wie sie zum Beispiel die VDV Richtlinie 152 in der Fassung von 1992 festlegt, ist für die Festigkeitsauslegung neuartiger Straßen- und Stadtbahnfahrzeuge unzureichend, da die Annahmen und Methoden der Komplexität und insbesondere der Nichtlinearität moderner Fahrzeugkonzepte keine Rechnung tragen. Diese Arbeit zeigt auf, wie sich entstandene Lücken in den Lastannahmen durch Simulation und Messung von Fahrzeug und Gleis analysieren, verstehen und schließen lassen.
Den Kern bildet dabei der Einsatz detaillierterer Simulationsmodelle von Fahrzeug und Gleis, deren Eingangsdaten mit Hilfe von Messungen gewonnen und deren Ausgangsdaten mit ihnen verifiziert und ergänzt werden müssen. Hierfür werden Methoden und Werkzeuge entwickelt, die ein ein vielseitiges Baukastensystem für die Fahrzeuganalyse, Modellvalidierung und Datenbewertung bilden, und zu sicheren Lastannahmen für die Fahrzeugauslegung führen.
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