Strukturdynamische Finite–Elemente–Analyse im Kontext der Antriebstechnik
Christian Glenk
Zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit im globalen Kontext ist eine stetige Effizienzsteigerung innerhalb der Produkt– und Prozessentwicklung von maßgeblicher Bedeutung. Dabei stehen der fortschreitende Leichtbauaspekt sowie modernste numerische Analysemethoden zur Einsparung von Ressourcen in Bezug auf Material und Zeit im Fokus. Ein Resultat dessen sind elastischere Strukturen, welche eine deutliche Empfindlichkeit hinsichtlich der Strukturdynamik zeigen. Um diesem Aspekt Rechnung zu tragen, erfolgte im Rahmen dieser Arbeit die Entwicklung eines effizienten strukturdynamischen Berechnungskerns Z88DYN, welcher unter Verwendung von Zeitintegrationsverfahren und der implementierten Kontaktberechnung komplexe Berechnungen im Kontext der Antriebstechnik erlaubt.
Die in der Bewegungsgleichung notwendigen Systemmatrizen sowie die Aspekte unterschiedlicher Zeitintegrationsverfahren legen den Ausgangspunkt zur eigenen Umsetzung in der Finite–Elemente–Umgebung Z88 dar. Die anschließende Validierung der Zeitintegrationsverfahren sowie des Einbaus der Zwangsbedingungen im Rahmen der transienten Dynamik zeigt eine erfolgreiche Implementierung sowie Sensitivitäten auf. Hier lässt sich eine vorteilhafte Verwendung der konzentrierten Massenmatrix, die Anwendung der Abschätzung des Strafparameters nach Rust sowie die Einschränkung der Rayleigh–Dämpfung ermitteln. Die gewonnenen Erkenntnisse flossen abschließend im praxisnahen Anwendungsbeispiel, der Antriebswelle, auf zwei Modellierungsebenen ein, wodurch der effiziente Einsatz der Entwicklung bestätigt werden konnte.
