Untersuchung und Simulation der Schwingungen eines Maschinenfundaments bei Präzisionsmaschinen. - 54 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung und Simulation der Schwingungen des Maschinenfundamentes bei Präzisionsmaschinen. Als Vorbild für die Modellbildung dient die Nanopositioniermaschine der Technischen Universität Ilmenau. Nach einer Literaturrecherche zum Thema Modellierung, Fundament und Mehrkörpersimulation werden die Grundlagen, die für diese Arbeit notwendig sind, erklärt. Die Simulation und die Erstellung des Modells erfolgt in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird das Fundament auf Federelementen gegenüber dem Boden gelagert. Dabei soll geklärt werden, welche Aufstellung, welche Anzahl und welcher Federtyp für die Lagerung des Fundamentes am besten geeignet ist. Nachdem diese Punkte geklärt sind, wird das vollständige Modell und die Erkenntnisse, die durch die Simulationen gewonnen worden sind, erklärt. Dabei ist die Frage zu klären, wie die Bewegungssteuerung des Positioniersystems umzusetzen ist. Im Anschluß an die Zusammenfassung der Ergebnisse folgt ein Kapitel zur Optimierung der Modellerstellung und Erstellen von xml-Dateien.
Modellbildung, Simulation und experimentelle Untersuchungen vibrationsgetriebener mobiler Inspektionsroboter. - 82 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
In dieser Bachelorarbeit wird die vibrationsgetriebene Lokomotion mit einer senkrecht zur Bewegungsrichtung oszillierenden, inneren Masse untersucht. Die zur Fortbewegung nötige Unsymmetrie im Bewegungsverlauf wird dabei über eine Vielzahl angewinkelter Borsten erreicht, deren Gesamtheit als Kontaktgeometrie bezeichnet wird. Diese Art der kriechenden Lokomotion eignet sich besonders für Umgebungen mit eingeschränkter Bewegungsfreiheit, wie etwa in engen Röhren. Ein besonderer Fokus dieser Arbeit liegt dabei auf den Einflüssen verschiedener Kontaktgeometrien auf die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Roboters. Zur Untersuchung der Zusammenhänge werden analytische Modellierungen des Systems entwickelt und deren numerische Lösungen mit experimentellen Untersuchungen verglichen. Für die experimentellen Untersuchungen werden die Geschwindigkeiten unterschiedlicher Kontaktgeometrien über variierende Anregungsfrequenzen gemessen. Zusätzlich wird anhand von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der Bewegungsverlauf realer Systeme mit den Simulationsergebnissen verglichen. Dabei kann gezeigt werden, dass die theoretischen Annahmen zum Bewegungsverhalten mit dem realen System übereinstimmen. Im Vergleich der numerischen Parameterstudien mit den gemessenen Geschwindigkeiten zeigt sich, dass das analytische Modell die Abhängigkeiten des realen Systems mit Einschränkungen wiedergeben kann.
Entwicklung eines pneumatisch aktuierten Systems für Mechanotherapie der Hand. - 75 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung eines mechanotherapeutischen Systems für die Hand, welches Ralf Gärtner in einer Diplomarbeit konzipierte. Nach Klärung des anatomischen Aufbaus der Hands und dessen medizinische Fachbegriffe wird eine Literaturrecherche durchgeführt. Ergebnis ist, dass sowohl die bisherigen orthopädischen Hilfsmittel, als auch andere mechanotherapeutische Systeme in der Entwicklung eine Lücke für ein multifunktionales, modular aufgebautes Handtrainingssystem offen lassen. Durch einen konstruktiven Entwicklungsprozess eines mechanotherapeutischen Systems mit der Herausarbeitung verschiedener technischer Prinzipe wird eine Grundlage für eine Bewertung des Systems Gärtners gebildet. Diese ergibt, dass die pneumatischen Aktoren eine Verbesserung bedürfen. Bei einem neukonstruierten Antrieb für das Fingergrundglied wird die Kraft über einen mit Druckluft gefüllten, kaufbaren Faltenbalg erzeugt. Bei der Gestaltung wird hier auf eine Hülsenbauweise gesetzt, welche den Austausch des Balgs mit passiven Elementen erleichtert. Die Fertigung eines Prototyps für Versuchszwecke rundet diese Arbeit ab.
Aufbereitung mechanischer Parameter zur Simulation von Plattenschwingungen. - 113 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die effektive Verbesserung von mechanischen Systemen erfordert umfassende Analysen. Zusätzlich zur Systemanalyse ist auch eine Umgebungsanalyse notwendig. Dazu gehört auch das Gestell, welches oftmals aus Platten besteht. Für Optimierungssimulationen einer komplexen Nanomess- und -positioniermaschine (NMM) wird in der vorliegenden Arbeit ein MKS (Mehrkörpersystem)-Modell einer dicken Platte, die auf vier Auflagepunkten gelagert ist, erstellt. Zu diesem Zweck wird das Kontinuum Platte diskretisiert. Zur Generierung eines MKS-Modells des Kontinuums Platte werden zunächst theoretische Grundlagen zu Biegeschwingungen der untersuchten Kontinua hergeleitet. Anschließend wird ein Top-Down-Verfahren vorgestellt, mit dem die erforderlichen Parameter des Modells bestimmt werden können. Für dieses Verfahren werden Balken- und Plattenstrukturen mit diversen Methoden untersucht. Diese Analysemethoden werden auf die vorliegende Lagerung erweitert. Dabei erfolgt insbesondere auch eine Erweiterung der Verfahren auf die Anwendung der Theorie der dicken Platten nach Reissner/Mindlin. Anhand der Analyseergebnisse werden die Steifigkeitswerte des Modells theoretisch ermittelt und mit Untersuchungsergebnissen der real vorliegenden Platte verglichen. Auf dieser Basis wird ein Modell für das MKS-Simulationsprogramm alaska generiert. Es werden Kriterien zur Beurteilung des Modells herausgearbeitet und auf das MKS-Modell angewandt. Weitergehende Simulationen zum Vergleich mit FEM-Resultaten werden durchgeführt. Weiterhin wird eine Methode zur sehr effektiven Erstellung von Plattenmodellen in alaska implementiert. Aus diesem Grund kann nicht nur das eine erstellte Modell der Platte untersucht werden, sondern es wird eine Vielzahl von Platten mit unterschiedlichsten Lagerungen untersucht. Damit kann auch die Methode der Parameteridentifikation abgesichert werden.
Entwicklung und Konstruktion struktureller Verbindungselemente in Aluminium-CFK Hybridbauweise. - 139 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Durch strenger werdende gesetzliche Anforderungen und den Kundenwunsch nach immer mehr Sicherheits- und Komfortsystemen, sind die Automobile in den letzten Jahren beständig schwerer geworden. Die Fahrzeugmasse hat direkten Einfluss auf den für die Fortbewegung notwendigen Energiebedarf und den daraus resultierende Schadstoffausstoß. Um diesem Trend entgegen zu wirken und die Fahrzeugmasse zu reduzieren, wird fortwährend an neuen Leichtbauwerkstoffen und Materialkonzepten. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Verbindungsstelle zwischen einer faserverstärkten Leichtbaustruktur und einem konventionellen Stahlteil. Im Detail handelt es sich dabei um die Anbindung eines Sitzgestells an einen Unterboden in CFK-Sandwichbauweise. Dazu werden verschiedene Lösungsansätze für Krafteinleitungselemente entworfen und diese mit experimentellen Entwicklungsmethoden auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Abschließend finden ein Vergleich und die Bewertung der Teile hinsichtlich der zuvor ermittelten Anforderungen statt.
Entwicklung und Untersuchung der Beeinflussung der Kennlinie von monolithischen, pneumatisch angetriebenen Hohlraummechanismen mit instabilen Verhalten. - 72 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Nachgiebigkeiten in technischen Systemen galten lange Zeit als unerwünscht. Nach und nach wurde erkannt, dass in gewissen Anwendungsgebieten eine Nutzung funktioneller Nachgiebigkeit angebracht ist. Des Weiteren kann eine aktive und passive Beeinflussung der Nachgiebigkeit die Flexibilität im Einsatz technischer Baugruppen erhöhen. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt dabei auf der konstruktiven Anpassung eines festgelegten monolithischen, pneumatisch angetriebenen Hohlraummechanismus mit instabilen Verhalten. Dabei wird der Mechanismus so angeglichen, dass dessen Nachgiebigkeit selbst nach der Herstellung kontinuierlich beeinflussbar ist. Hierfür wird zunächst eine Literaturrecherche zum Stand der Technik, bezüglich erlastomerer Mechanismen und Fluidaktuatoren, durchgeführt. Auf Grundlage der Systematisierung der Recherche-Ergebnisse werden Maßnahmen ermittelt, welche eine konstruktive Weiterentwicklung des gegebenen Mechanismus ermöglichen. Das Verformungsverhalten des weiterentwickelten Mechanismus, sowie dessen Beeinflussungsmöglichkeiten, werden anschließend mit FEM-Simulationen analysiert und diskutiert. Abschließend wird die Nachgiebigkeitscharakteristik des nachgiebigen Mechanismus mit Hilfe herkömmlicher mechanischer Elemente (Federelemente) abstrahiert und ein mechanisches Ersatzmodell erarbeitet.
Mehrkörpersystementwurf und -simulation von biologisch inspirierten Sensorsystemen am Beispiel Vibrisse. - 129 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Vibrissen sind taktile Sinnesorgane, die insbesondere von Mäusen und Ratten genutzt werden, um ihre Umgebung zu erforschen. Neben der Fähigkeit, passiv Reize wahrzunehmen, sind die Nagetiere in der Lage, ihre Tasthaare mithilfe der in- und extrinsischen Gesichtsmuskulatur in Bewegung zu versetzten und so Quantität und Qualität der Reizinformationen aktiv zu steuern. Auf Basis dieses biologischen Sensorsystems werden zwei Mehrkörpermodelle entwickelt, die ein stark vereinfachtes mechanisches Modell einer Vibrisse darstellen und lediglich einige relavante Eigenschaften des Vorbildes berücksichtigen. Zurückgegriffen wird bei der Modellbildung zudem auf vorhandene Erkenntnisse über bereits bestehende Vibrissenmodelle in der Literatur. Die schrittweise Erhöhung der Körperanzahl und damit des Freiheitsgrades kann dabei als Übergang von Starrkörper- zu Kontinuummodellen angesehen werden. Ein Großteil der Arbeit beschäftigt sich mit der Anpassung und Auswahl eines geeigneten Regelalgorithmus. In Anlehnung an die Gesichtsmuskulatur des biologischen Vorbildes ist dieser dafür zuständig, dass die Körper des Modells einer vorgegebenen Trajektorie folgen. Numerische Simulationen werden verwendet, um verschiedene adaptive Regelungsverfahren zu vergleichen und die entwickelten Modelle hinsichtlich Wahrnehmungs- und Anpassungsfähigkeit zu untersuchen. Anhand der Regelgrößen sollen außerdem angreifende Störkräfte erkannt und unterschieden werden. Des Weiteren wird die Steifigkeitsverteilung des Gesamtsystems variiert um beispielhaft darzustellen, wie sich die Veränderung von Modellparametern auf die Simulationsergebnisse auswirkt.
Weiterentwicklung der Simulations-Methoden zum Rüttel-Klima-Dauertest. - 125 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der Simulationsmethoden zum Rüttel-Klima-Dauertest (RKD). In der Betriebsphase eines Fahrzeugs kommt es infolge von schwankenden Temperaturen und verschiedenen Schwingungsanregungen aus dem Fahrbetrieb zu einer Absenkung der Front- und Heckstoßfänger. Das Verformungsverhalten wird wesentlich durch die verwendeten Materialien und die konstruktive Gestaltung der Bauteile sowie deren Verbindungsstellen beeinflusst. Moderne Stoßfänger bestehen aus Kunststoffen, deren temperatur- und spannungsabhängige Materialeigenschaften sich auf die Stoßfängerabsenkung auswirken. Das Ziel dieser Arbeit ist es, auf der Grundlage von FE-Simulationen eine physikalisch plausible Simulationsmethode für die Stoßfängerabsenkung zu überprüfen und mit Hilfe von Versuchen zu validieren. Hierfür stehen Stoßfänger von zwei Fahrzeugmodellen sowie Schwingungsprüfstände und Klimakammern zur Verfügung. Letztlich soll der Reifegrad der Simulationsmodelle erhöht werden, um die Absenkung der Stoßfänger prognosesicher zu simulieren.
Schwingungstechnische Untersuchung von Hybridantriebssträngen. - 85 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Wegen der Energiewende setzen immer mehr Hersteller auf Hybridfahrzeuge. Um auch in den Hybridfahrzeugen die gewohnte Ruhe und damit den gewohnten Komfort zu gewährleisten, ist es notwendig, das Schwingungsverhalten des Antriebsstranges zu kennen. Da sich im Vergleich zum konventionellen Antriebsstrang zusätzliche Eigenformen ergeben, müssen diese betrachtet werden und auf kritische Resonanzen untersucht werden. Die Untersuchung der neuen Eigenformen wird im Rahmen dieser Arbeit an-hand eines vierzylindrigen P1- und eines sechszylindrigen P2-Hybrids durchgeführt. Es werden die inverse und die konventionelle Ausführungen der Trennkupplung genauso wie die Anbindung des Anfahrelements an die E-Maschine betrachtet. Die Eigenformen werden jeweils mit und ohne vorherigen Dämpfer sowie mit unterschiedlichen Anfahrelementen untersucht. Erwartungsgemäß sind die Ausführungen ohne vorherigen Dämpfer nicht realisierbar, während sich die Eigenform der Flanschwelle beim P1- und P2- Hybrid mit einem Zweimassenschwungrad beherrschen lässt. Die Resonanz der Anbindung ist in dem hier untersuchten Beispiel grenzwertig und sollte mit einem zusätzlichen Torsionsdämpfer bedämpft werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich die neuen Eigenformen der Hybridfahrzeuge mit den vorhandenen Methoden beherrschen lassen.
Beiträge zu kontinuierlichen Schwingungssystemen: Schwingungen abgesetzter Balken mit diskreten Elementen. - 70 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
In dieser Arbeit wird das dynamische Verhalten abgesetzter, biegeschwingender Balken, welche der Euler-Bernoulli-Theorie genügen, und längsschwingender Stäbe unter dem Einfluss von diskreten, viskoelastischen Lagerungen untersucht. Um einen Zugang zu dieser Problematik zu finden, werden dabei zunächst Longitudinalschwingungen von Stäben betrachtet. Zuerst werden einfache Systeme bestehend aus einem Abschnitt betrachtet und diskrete Dämpfungspunkte am Rand zugelassen. Anschließend folgt der Übergang zu abgesetzten Stäben. Es wird bewiesen, dass jeder abgesetzte Stab eine Eigenkreisfrequenz und gegebenenfalls einen Abklingkoeffizienten für alle Abschnitte besitzt und, bei unterschiedlichen Materialparametern, unterschiedliche Eigenwerte zur Beschreibung der einzelnen Abschnitte notwendig sind. Die Untersuchung des Schwingungsverhaltens von Balken erfolgt auf ähnliche Weise. Zunächst werden Balken betrachtet, welche aus nur einem Abschnitt bestehen. Anschließend werden abgesetzte Balken untersucht, bei welchen sich die Abschnitte sowohl geometrisch als auch in den Materialparametern unterscheiden dürfen. Es wird bewiesen, dass Balken mit Absätzen, genau wie Stäbe, eine Eigenkreisfrequenz besitzen. Abschließend werden einige ausgewählte Systeme bestehend aus mehreren Balkenabschnitten betrachtet und die Abhängigkeit der Eigenkreisfrequenzen von unterschiedlichen Parametern bestimmt.