Kleingruppenübung Adams (GMSD und DMKS)

In der Laborübung werden die methodischen Grundlagen aus der Schwingungstechnik aufgegriffen und von jedem Studenten am Rechner in einem Mehrkörpersimulations (MKS)-Programm angewendet.
Die Laborübung wird durch Gelder aus den Studiengebühren unterstützt.


Übungsinhalt

Die Anwendung von MKS-Programmen bietet eine ergänzende Form des Zugangs zum Lehrinhalt der Vorlesung Schwingungstechnik. Dynamische Systemeigenschaften und Verhaltensweisen, die in der Vorlesung und Übung z.T. nur abstrakt in Matrizengleichungen wieder zu finden sind, werden in dem Programm mit dreidimensionaler Grafik Oberfläche sichtbar und erfahrbar. Außerdem wird vermittelt, wie die erlernten Vorgehensweisen mit Hilfe von praxisüblicher Berechnungssoftware auf reale technische Systeme übertragen werden können. Dadurch bietet die Laborübung eine verbesserte und weitergehende Vorbereitung auf die Aufgaben im späteren Arbeitsleben.


Modellierung

Die verfügbaren Modellelemente des MKS-Programms unterstützen das in der Schwingungstechnik angewendete Prinzip der Modellbildung. Daher kann unmittelbar zu Beginn der Laborübung mit der Erstellung eines ersten Modells eines technischen Systems begonnen werden. Es wird erarbeitet, wie die entscheidenden physikalischen Effekte, die in einem technischen System auftreten, in einem Mehrkörpersystem nachgebildet werden können.

Die Arbeitstechnik und Vorgehensweise zur Modellerstellung wird vermittelt. Beispielsweise wird die Technik der Parametrierung der Modelle angewendet, um einen Vorteil der Mehrkörpersimulation, nämlich später einfach und effizient Veränderungen am Modell vornehmen zu können, auszunutzen.


Kinematische und Dynamische Analyse technischer Systeme

Neben der Modellerstellung ist die Bestimmung der Zahlenwerte für die Modellparameter und die Modellverifikation ein wichtiger Arbeitsschritt in der Mehrkörpersimulation. Daher werden in der zweiten Lehreinheit einfache Analysetools für die Modellverifikation erstellt. Im Vorfeld der Simulation ("Preprocessing") erfolgt eine Überprüfung der Modelltopologie. Es werden der Zusammenhang zwischen Bindungsgleichungen und Freiheitsgraden, sowie den Unterschied zwischen der I. und der II. Wittenbauerschen Grundaufgabe erarbeitet.

Anschließend erfolgt eine Simulation für transiente Vorgänge. Die Ergebnisse werden mit den Werkzeugen des „Postprocessings“ analysiert, um die Arbeitstechnik zur Simulationsauswertung zu erarbeiten.


Dynamische Eigenschaften

Die dynamischen Eigenschaften eines Systems werden durch das Eigenverhalten charakterisiert. In MKS-Programm existieren entsprechende Werkzeuge, die z.B. die Eigenwerte und Eigenschwingungsformen berechnen. Sie ermöglichen Aussagen über die Schwingungsamplituden und -frequenzen und das Abklingverhalten freier Schwingungen. Außerdem sind Stabilitätsaussagen möglich. Neben den Analysetools wird auch eine Techniken zur Automatisierung von MKS-Rechnungen vermittelt.


Erzwungene Schwingungen

Beim Betrieb technischer Systeme treten z.B. durch Unwuchtkräfte periodische Anregungen auf. In solchen Fällen müssen kritische Anregungsfrequenzen oder Antriebsdrehzahlen berechnet und das frequenzabhängige Systemverhalten muss ermittelt werden.

Es werden Werkezeuge vorgestellt, um die Simulationsergebnisse vom Frequenzbereich in den Zeitbereich zu transformieren. Dadurch können die Einflüsse unterschiedlicher Anteile der Schwingungserregung ermittelt werden. Durch Fast-Fourier-Transformationen werden Wasserfalldiagramme erstellt, so dass mehrere Betriebszustände analysiert werden können.


Mechatronische Systeme

In der letzten Lehreinheit werden die grenzen des rein mechanischen Systems aufgebrochen. Das erstellte Modell des mechanischen System wird als Teilsystem in ein mechatronisches System eingliedert. Eine wichtige Arbeitstechnik ist dabei die Co-simulation, bei der der Motor und die Regelung in einem zweiten Simulationsprogramm modelliert werden. Beide Programme und Modelle laufen in einer gemeinsamen Simulation.

Durch die Modellierung eines Motors und einer Regelung wird vermittelt dass viele der erlernten Arbeitstechniken aus der Schwingungstechnik auch in der Elektrotechnik und der Regelungstechnik angewendet werden können. Darüber hinaus wird durch die Erstellung einer modellbasierten Vorsteuerung gezeigt, dass durch die ganzheitliche Auslegung ein verbessertes dynamisches Verhalten des mechatronischen Systems erreicht wird.

KONTAKT


Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik

RWTH Aachen

Eilfschornsteinstraße 18

52062 Aachen

 

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