VO 309.029 Grundlagen der Mehrkörpersystemdynamik

Inhalt

Die Anwendung der Methoden der Mehrkörpersystemdynamik erlaubt die Abbildung eines realen mechatronischen Systems (z.B. eines Fahrzeugs oder Roboters) als analytisches, mathematisch-physikalisches Modell und in Folge ein nachhaltiges Verständnis dynamischer Eigenschaften und Phänomene des realen Systems. Erst der Blick in eine „Black Box“ gibt Auskunft über die komplexen Zusammenhänge zwischen Ursache und Wirkung. Untersuchungen am virtuellen Prototyp ermöglichen es beispielsweise, den Einfluss konstruktiver Parameter auf sein dynamisches Verhalten in sehr frühen  Produktentwicklungsstadien zu identifizieren, ohne auf den zeitaufwändigen und kostspieligen Bau realer Prototypen zurückgreifen zu müssen. Dabei können
auch Eigenschaften elastischer Strukturen über Finite-Elemente-Methoden (FEM) in der Modellbildung berücksichtigt werden. Schnittstellen zu Mathematik-
Programmpaketen erlauben es, vorhandene, reale Systemkomponenten in den virtuellen Prototyp mit einzubinden (Hardware/Software-in-the-Loop) oder
Regelkonzepte zu entwickeln.

Zur ingenieurmäßigen Lösung von Problemstellungen ist die Modellierung, also eine mehr oder weniger vereinfachte Nachbildung der Realität, notwendig. In zunehmendem Maße wird heute eine möglichst wirklichkeitsnahe Berechnung des Systemverhaltens gefordert, um Analysen oder Prognosen mit zunehmender Detaillierungstiefe für Produktentwicklungen einsetzen zu können. Der Begriff des Mehrkörpersystems (MKS)
– im Englischen Multi-Body-System (MBS) – bezeichnet ein System bestehend aus mehreren festen Körpern, die miteinander durch Koppelelemente verbunden und damit in ihrer Bewegungsmöglichkeit eingeschränkt sind. Abgegrenzte Körper (im Allgemeinen starr oder elastisch deformierbar) sind durch diskrete (masselose) Bindungen kinematisch oder dynamisch (z.B. mit einer Feder und deren Kraftgesetz) miteinander verbunden.

Die Simulation und Berechnung des dynamischen Verhaltens eines MKS erfordert die Erstellung einer Vielzahl von Bewegungsgleichungen und die mathematische Formulierung der geometrischen und kinematischen Bindungen. Das Erstellen der notwendigen Gleichungen „per Hand“ für die im Allgemeinen räumlichen Bewegungen wird mit der zunehmenden Zahl betrachteter Körper schwieriger, fehleranfälliger und letztlich praktisch undurchführbar. Deshalb wurden Methoden und daraus Programmsysteme entwickelt, die eine weitgehende Unterstützung bieten und die Bewegungsgleichungen automatisch erstellen und auch auswerten.

Das Ziel der VO Grundlagen der Mehrkörpersystemdynamik ist, die Methodik der Erstellung der beschreibenden Gleichungen für ein MKS aufzuzeigen. Es ist nämlich besonders bei der Verwendung von MKS-Programmsystemen wichtig, über deren Möglichkeiten und Grenzen Bescheid zu wissen. Nur so können auch die Simulationsergebnisse sinnvoll interpretiert und bewertet werden. In der begleitenden UE Grundlagen der Mehrkörpersystemdynamik wird ein solches Programmsystem vorgestellt und die Möglichkeit geboten, die Anwendung am PC an Hand von relativ einfachen Beispielen zu erproben.

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Forschungsbereich Technische Dynamik und Fahrzeugdynamik

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