Wie in vielen anderen industriellen Bereichen, ist es auch bei der Herstellung von Fahrzeuglenksystemen entscheidend, möglichst früh in der Entwicklung Aussagen über Lebensdauer und Komforteigenschaften einer Lenkung machen zu können. Eine kostengünstige Möglichkeit dazu bieten rechnergestützte Simulationen. Dazu werden detaillierte numerische Modelle benötigt, die das reale Verhalten des Systems möglichst gut abbilden. Das dynamische Verhalten einer Fahrzeuglenkung kann oft ausreichend genau über Mehrkörpersysteme nachvollzogen werden. Mit anhaltendem Trend in der Automobilindustrie hin zu gewichtssparenden Konzepten, müssen auch Simulationsmethoden in der Lage sein, das dynamische Verhalten verformbarer Komponenten zu berücksichtigen. Vor allem Stellen auftretender Kontakte zwischen Bauteilen sind oft kritisch hinsichtlich Geräuschanfälligkeit.
Ziel der Arbeit ist es daher, ein modulares Softwarekonzept umzusetzen, das Untersuchungen von allgemeinen Kontakten zwischen elastischen Komponenten in Systemmodellen von elektromechanischen Lenksystemen ermöglicht. Dadurch soll es möglich sein, vorhandene Systemmodelle an kritischen Stellen, wie beispielsweise den diversen Getriebeverzahnungen, über elastische Körper zu modellieren, um dort entstehende Schwingungen und deren Auswirkung auf das Systemverhalten abbilden zu können. Die methodische Beschreibung der elastischen Körper wird über den Floating Frame of Reference Ansatz umgesetzt. Das Kernstück der Umsetzung ist eine effiziente Kontaktroutine zur Behandlung allgemeiner Kontaktinteraktionen, mit der elastische Verformungen kontaktierender Oberflächen berücksichtigt werden. Die Anwendung der entwickelten Methoden wird für die in elektromechanischen Lenkungen vorkommenden Verzahnungen vom Typ Ritzel-Zahnstange und Schnecke-Schneckenrad gezeigt. Dabei werden Untersuchungen zunächst entkoppelt vom Gesamtsystem durchgeführt und anhand vergleichbarer Finite-Elemente-Modelle validiert. Abschließend wird die Kopplung an ein umgebendes Mehrkörpersystem in einer produktiven Simulationsumgebung gezeigt.
Aktualisiert: 2021-06-17
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Im letzten Jahrzehnt ist ein bedeutender Aufschwung bei der Nutzung regenerativer Energieressourcen zu beobachten. Ins-besondere die Nutzung der Windenergie führte nicht nur zu einer größeren Anzahl von Anlagen auf dem Lande, sondern auch zur Steigerung der Leistung der einzelnen Anlage und der Ausdehnung der Standorte aufs offene Meer. Die immensen Leistungssteigerungen wurden stets dadurch realisiert, dass der gesamte Antriebsstrang und alle anderen Komponenten auf die neue Größe skaliert wurden. Damit ging aber ein stetiger Anstieg der gesamten Turmkopfmasse einher. Daraus resultieren die aktuellen Bemühungen zu leichteren Konstruktionen für Struktur und Antriebsstrang. Es fehlt hierfür ein ausgeglichenes Gesamtsimulationsmodell der Windenergieanlagen, welches alle betroffenen Teildisziplinen (Ae-rodynamik, Antriebstrangdynamik, Strukturdynamik, elektrische Phänomene und Anlagenregelung) in vergleichbarer Modelltiefe verbindet. Der Gedanke der Systemsimulation, welcher in der Raumfahrt-technik entwickelt und in der Automobilbranche konsequent um-gesetzt worden ist, muss seine Fortführung bei der Entwicklung neuer Windenergieanlagen fi nden. Nur eine ganzheitliche Analyse aller relevanten Baugruppen kann zur Ermittlung der vielfältigen Schadensursachen im Antriebsstrang der Windturbinen führen und diese in Zukunft vermeiden.
Aktualisiert: 2021-03-31
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Die Modellierung mechanischer Systeme als elastische Mehrkörpersysteme ermöglicht die Berechnung großer Starrkörperbewegungen und elastischer Verformungen. Durch die feine örtliche Diskretisierung mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode ist eine Reduktion der elastischen Freiheitsgrade zwingend erforderlich. Hierbei werden Verfahren der linearen Modellordnungsreduktion eingesetzt.
Bei einer steigenden Anzahl technischer Systeme sind die systembeschreibenden Matrizen parameterabhängig. Beispiel hierfür sind Systeme mit wandernden Lasten und Materialabtrag. In dieser Arbeit wird zur Simulation solcher mechanischer Systeme die parametrische Modellreduktion erweitert und eingesetzt. Die Grundidee der parametrischen Modellreduktion besteht in der Erstellung reduzierter Systeme, welche die wichtigsten Informationen der großen Originalsysteme enthalten und dabei den Erhalt der Parameterabhängigkeit ermöglichen. Dies kann durch die Erstellung lokal gültiger Modelle für ausgewählte Parameterwerte sicher gestellt werden. Anschließend können diese Modelle geeignet kombiniert oder interpoliert werden. Bei der Interpolation der reduzierten Systeme können die Projektionsmatrizen, Unterräume, reduzierten Systemmatrizen oder die Übertragungsmatrix interpoliert werden. Diese Verfahren werden für die Reduktion einer elastischen Platte mit variablem Materialabtrag in dieser Arbeit gegenübergestellt und bewertet. Dabei ist das Ziel dieser Arbeit die Bereitstellung parametrischer Reduktionsverfahren für elastische Mehrkörpersysteme.
Für die Simulation wandernder Interaktionen in elastischen Mehrkörpersystemen werden in dieser Arbeit zusätzlich zeitabhängige parametrische Reduktionsverfahren für mechanische Systeme vorgestellt und bewertet.
Aktualisiert: 2019-12-12
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