Lasten am virtuellen Prototyp bestimmen.

Kinematikanalysen / Mehrkörpersimulationen (MKS)

In der Produktentwicklung von bewegten Systemen ist die Lastbestimmung zur Auslegung der Einzelkomponenten teilweise sehr komplex. Dies kann an der Vielzahl zu berechnender Lastfälle oder komplizierten kinematischen Zusammenhängen liegen.

Mit Hilfe einer Kinematikanalyse können bereits am virtuellen Prototypen am Rechner die sich im Betrieb einstellenden Lasten bestimmt werden. Die Kinematiken können optimiert und Kollisionsanalysen durchgeführt werden. Bei der Verwendung von flexiblen Bauteilen können die sich einstellenden Spannungen und Verformungen direkt bestimmt und ausgewertet werden.

 

Nachfolgend sind die wichtigsten Möglichkeiten aufgeführt:

Starre Kinematiken

Bei der einfachsten Form der Kinematikanalyse werden die einzelnen Komponenten als Starrkörper berücksichtigt. Den Körpern werden Masse- und Trägheitseigenschaften zugewiesen. An den Kinematikpunkten werden Gelenke definiert. Als Lasten können z.B. Bewegungen, Kräfte oder Beschleunigungen aufgegeben werden. Als Ergebnis erhält man eine Antwortgröße über der Zeit (Verschiebung, Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Kraft). Diese Ergebnisse können dann als Lasten in einer Festigkeitsberechnung verwendet werden. Typische Beispiele sind Baumaschinen, Kolbenmaschinen und Gurtsysteme.

 

Kinematikanalyse einer Hebebühne

 

Flexible Kinematiken

Die Steifigkeiten einzelner Bauteile können großen Einfluss auf die Ergebnisse haben und entscheidend für die Funktionsweise der Baugruppe sein. Um diese in der Simulation zu berücksichtigen, werden die Komponenten als flexible Bauteile definiert. Die Verwendung von flexiblen Komponenten ist bei statisch überbestimmt gelagerten Systemen notwendig. Als Ergebnis erhält man neben den oben genannten Antworten noch zusätzlich die Spannungen und Dehnungen über die Zeit. Diese können dann direkt ausgewertet werden. Typische Beispiele sind die Simulation von Mechanismen wie von Scheibenwischern, Verladearmen und Flugzeugtüren.

 

Cosimulation

Mit Hilfe einer Cosimulation kann die Interaktion zwischen Steuerung und Mechanik simuliert werden. In einem Systemsimulator, z.B. Matlab/Simulink, wird die Steuerung modelliert. Die Eingangs- und Ausgangskanäle der Steuerung werden mit dem Mehrkörpersimulationsmodell gekoppelt. Die Steuerung liefert dann z.B. die Kräfte an das Mehrkörpersimulationsmodell und bewegt so die Komponenten. Die resultierenden Bewegungswege und Beschleunigungen werden an die Steuerung zurückgegeben. Ziel der Analyse ist eine Optimierung der Steuerungsparameter.

 

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