Nichtlineare Strukturmechanik
Fraunhofer ITWM
Die Abteilung MDF beschäftigt sich mit der Modellierung und Simulation stark deformierbarer Komponenten und Strukturen wie zum Beispiel Reifen, Elastomerlager, Luftfedern, Kabel und Schläuche.
Dabei wird auf verschiedenen Modellierungsebenen gearbeitet, von kontinuumsmechanisch detaillierten (rechenaufwändigen) FE-Modellen bis hin zu vereinfachten (performanten) makroskopischen Modellen.
Wichtig ist hier, jeweils anwendungsspezifisch die ‚optimale Modellkomplexität’ zu wählen – detailliert genug um die interessierenden physikalischen Effekte abzubilden, und einfach genug, um mit dem im Entwicklungsprozess vertretbaren Aufwand parametriert werden zu können.
In diesem Zusammenhang werden insbesondere neue mathematische Methoden der Modellreduktion entwickelt und verwendet, um beispielsweise das komplexe Verhalten eines FE-Reifens im MKS-Kontext mit relativ wenigen Freiheitsgraden abbilden zu können.
Dabei kommen sowohl kommerzielle Programme wie z.B. Abaqus oder AmeSim als auch eigene Entwicklungen auf Basis von Matlab und C++ zum Einsatz.
Reifenmodelle
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Bei der Modellierung von Reifen wird zwischen vereinfachten Modellen für MKS-Anwendungen und detaillierten FE-Kontinuumsmodellen unterschieden. Letztere sind dabei um mehrere Größenordnungen aufwändiger, haben jedoch Vorteile hinsichtlich der Parametrierung.
In der Abteilung MDF werden FE-Reifenmodelle sowohl für direkte Simulationen als auch unterstützend für MKS-Berechnungen eingesetzt.
Projekte
- Reifenmodellierung
- Parametrierung von MKS-Modellen mit Hilfe von FE-Simulationen
- TireTool: Unterstützung von FE-Berechnungen zur Extraktion von Reifeneigenschaften
- Verbundprojekt SNiMoRed
Modellreduktion für Elastomerlager
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Zur Einbindung nichtlinearer Federungssysteme wie z.B. Gummilager oder Luftfedern werden in MKS häufig Ersatzformulierungen auf Basis von Kräfte-Kennlinien eingesetzt, die jedoch das Verhalten des Bauteils nur unzureichend wiedergeben.
Durch Methoden der Modellreduktion können komplexe, dynamisch beanspruchte Strukturen unter Beibehaltung der Nichtlinearitäten in Gesamtsysteme eingebunden werden.
Projekte
Interaktive Simulation von Kabeln und Schläuchen
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Virtuelle Montageplanung erfordert eine schnelle und physikalisch korrekte Beschreibung des Verhaltens von Kabeln und Schläuchen, die beispielsweise zur Steuerung von Roboterarmen eingesetzt werden.
In Zusammenarbeit mit dem "Fraunhofer-Chalmers Research Centre for Industrial Mathematics FCC" wurde das Softwarepaket IPS entwickelt, das die interaktive Simulation des Kabelverhaltens in Echtzeit erlaubt.
