Nicolas Sänger - Arbeitsgebiet

Nichtlineare Schalenelemente für die Dynamik flexibler Mehrkörpersysteme

Die geschichtlich gewachsene Trennung von Mehrkörpersimulationen einerseits und Finite-Elemente-Methoden in Statik und Dynamik andererseits ist auch heute noch in sämtlicher kommerziell erhältlicher Simulationssoftware erkennbar. So werden oft sogar selbst bei modernen Softwarepaketen, die eine Simulation flexibler Mehrkörpersysteme bieten sollen, die Bewegungsabläufe auf der Mehrkörpersimulation mit aus FE-Methoden berechneten Verformungen linear superponiert. Diese Verfahren eignen sich jedoch nur für Systeme mit großem Anteil an Starrkörperbewegung und kleine Deformationen.

Strukturelemente für z.B. Balken und Schalen können problemlos große Deformationen abbilden. Für die flexible Mehrkörperdynamik ist eine Klasse von Strukturelementen vonnöten, die darüberhinaus auch große Starrkörperbewegungen korrekt abbilden kann (Rotationsinvarianz) und für große Verformungen bei moderaten Verzerrungen geeignet ist. Zu diesem Zweck wurden in der Vergangenheit schon Balkenelemente entwickelt, die genau diesen Anforderungen gerecht werden sollen.

Die Entwicklung passender Schalenelemente speziell für die obengenannten Anforderungen wurde bislang vernachlässigt, zumal in der Vergangenheit die Rechenleistung, um diese direkt in Mehrkörpersimulationen einzubinden, extrem kostspielig war. Die entwickelten nichtlinearen Schalenelemente müssen sich Standard-Benchmarks für Finite-Elemente-Methoden (Statik und Dynamik) und Tests mit extrem großen Starrkörperbewegungen stellen, um ihre Eignung für die flexible Mehrkörperdynamik zu beweisen.

Die so ermöglichte vereinheitlichte Berechnung von Strukturelementen und Starrkörpern in Finite-Elemente-Simulationen erlauft eine effiziente und genaue Abbildung großer Verformungen für balken- und schalenartgie Strukturen.