Nichtlineare Strukturmechanik

In diesem Schwerpunkt beschäftigen wir uns 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.

Interaktive Simulation von Kabeln und Schläuchen

Versorgungsschläuche in IPS Cable Simulation
© Foto ITWM

Versorgungsschläuche in IPS Cable Simulation

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.

Modellreduktion für Elastomerlager

Physikalische Modellierung eines Luftfedersystems
© Foto ITWM

Physikalische Modellierung eines Luftfedersystems

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.

Beispielprojekte

 

Verbundprojekt SNiMoRed

Im Verbundprojekt geht es um die multidisziplinäre Simulation, nichtlineare Modellreduktion und proaktive Regelung in der Fahrzeugdynamik.

 

Verbundprojekt GeoMec

Im Verbundprojekt geht es um die diskrete geometrische Strukturmechanik für Anwendungen in virtueller und erweiterter Realität.

 

Projekt EMMA-CC

Im Projekt »EMMA-CC« werden anstrengende industrielle Bewegungsabläufe durch ein Simulationstool ergonomischer.