Mehrkörpersystemdynamik

Die virtuelle Welt ist Realität geworden, insbesondere in der Entwicklung virtueller Prototypen in Forschung und Praxis. Die Anwendung der Methoden der Mehrkörperdynamik 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. Neben der korrekten Anwendung der Methoden und Programme der Mehrkörpersystemdynamik führt oft auch erst die Weiterentwicklung einzelner Komponenten bestehender, kommerzieller Programme oder die Entwicklung eigenen Programmcodes zu optimalen Lösungen technischer Probleme.

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 in der Modellbildung mitberücksichtigt werden. Schnittstellen zu Mathematik-Programmpaketen erlauben es, vorhandene, reale Systemkomponenten in den virtuellen Prototypen mit einzubinden (Hardware/Software-in-the-Loop) oder Regelkonzepte zu entwickeln. Durch die Möglichkeit der Modellierung des menschlichen Verhaltens lässt sich so etwa die Interaktion zwischen den mechanischen Komponenten, der Regelung und dem Menschen beobachten und ein mögliches Problem frühzeitig beseitigen.

Modell eines blauen Fahrzeugs auf einer Schlechtwegstrecke

Abbildung 1: MKS-Modell eines Fahrzeugs auf Schlechtwegstrecke

Modell eines Schienenfahrzeugs

Abbildung 2: MKS-Modell eines Schienenfahrzeugs

FE-Modell des Rahmens einer Magnetschienenbremse

Abbildung 3: FE-Modell des Rahmens einer Magnetschienenbremse

Modell der Hinterachse einen Kurvenneigers

Abbildung 4: MKS-Modell der Hinterachse einen Kurvenneigers

Landung eines Flugzeugs A320 in einer Simulation

Abbildung 5: Mehrkörpersimulation der Landung eines Verkehrsflugzeugs mit gear walk und shimmy-Schwingungen

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Video: MKS-Simulation des Lenkungsflatterns eines Fahrrads