Nicolas Sänger - Arbeitsgebiet: Systematik für flexible Mehrkörperdynamik

Systematik für die flexible Mehrkörperdynamik

In der Methodenentwicklung müssen neue Verfahren ihre Leistungsfähigkeit im Vergleich zu etablierten Methoden beweisen. Ein solcher Vergleich erfolgt oft durch sehr einfache, akademische Beispiele, die nur eine begrenzte Aussagekraft - insbesondere über die Skalierbarkeit der Methoden - besitzen.

Schon für ein herkömmliches Mehrkörpersystem stellt die korrekte Identifizierung und Zuordnung der Parameter der Einzelkörper und Gelenke einen erheblichen Aufwand in der Modellierung dar. Zur diesem Zweck wurden in der Vergangenheit Präprozessoren und CAD-Schnittstellen entwickelt, um dies zu erleichtern oder erst zu ermöglichen.

Ein Vergleich auf Augenhöhe zwischen den auf natürlichen Koordinaten basierenden Methoden der flexiblen Mehrkörperdynamik einerseits und den traditionellen Methoden andererseits ist deshalb nur dann möglich, wenn auch für erstere leistungsfähige Entwicklungs- und Bedienumgebungen zur Verfügung stehen.

Die zu diesem Zweck entwickelte „ Matlab Object-based Pre- and postprocessing Environment for Dynamic Simulation” erlaubt eine konsistente Parametrierung flexibler Mehrkörpersysteme mit bis zu mehreren tausend Starrkörpern, Gelenken, Balken- und Schalenstrukturen, wobei sich die Bedienung an dem „assembly”-Gedanken des Systems der natürlichen Koordinaten orientiert.

Die Animation zeigt den Zusammenbau eines einfachen Mehrkörpersystems mit flexiblen Kompontenten, bestehend aus vier Starrkörpern, drei Gelenken, einem Simo-Reissner-Balken und zwei kurzzeitig wirkenden konfigurationsabhängigen Kräften. Die Wirkung der externen Kräfte ist in der Darstellung des Energieverlaufs in der potenziellen Energie „Epot” enthalten. Auch wenn die Methodik vornehmlich für die sogenannten „Energy-momentum-schemes”, also energie-, impuls- und drehimpulskonsistenten Zeitschrittverfahren entwickelt wurden, kann jederzeit zwischen unterschiedlichen Zeitschrittverfahren und/oder Zeitschrittweiten umgeschaltet werden.