Mehrkörpersimulation

Dise Seite gibt einen Überblick über die aktuellen Forschungsprojekte im Bereich Mehrkörpersimulation.



Verbundvorhaben „Intelligente Presse zur automatisierten kaltplastischen Umformung (IPakU)“

Teilprojekt „Adaptive Bahnregelung mit aktiver Lastpendeldämpfung – IPakU-Reg“

Das Ziel des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens „IPakU“ zwischen den Projektpartnern Ostseestaal GmbH & Co. KG, Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP und Universität Rostock/LTMD ist die Weiterentwicklung des im Rahmen des Vorgänger-Verbundprojekts „HakU“ entstandenen Funktionsmusters zur automatisierten kaltplastischen Umformung von Blechen, beispielsweise für den Schiff- und Flugzeugbau.

Im Vorgängerprojekt „HakU“ entwickelte der Lehrstuhl für Technische Mechanik/Dynamik der Universität Rostock eine Bahnsteuerung für das Mehrketten-Kransystem auf der Grundlage eines mathematischen Entwurfsmodells. Die Bahnsteuerung führt das Blech unter idealisierten Bedingungen annähernd exakt entlang einer gewünschten Trajektorie. Sind die idealisierten Bedingungen nicht gegeben, z. B. infolge äußerer Störeinflüsse, Parameter- und Strukturfehler der Entwurfsmodelle oder nicht mit der Solltrajektorie konsistente Anfangsbedingungen, treten Bahnabweichungen auf.

Ziel des Teilprojektes „IPakU-Reg“ ist die Realisierung einer Bahnregelung, die diese Bahnabweichungen durch geeignete Bewegungen der Kranantriebe automatisch ausgleicht. Dazu werden die Bewegungsgrößen des Blechs während der Verfahrbewegung laufend gemessen oder durch modellbasierte Algorithmen geschätzt, um daraus die erforderlichen Antriebsbewegungen des Kransystems zu berechnen.

Den Ausgangspunkt für den Regelungsentwurf bildet ein Entwurfsmodell der mechanischen Regelstrecke, welches die für die Bahnregelung wesentlichen kinematischen und dynamischen Eigenschaften des Kransystems und der Nutzlast beschreibt.

Ansprechpartner

Vinzenz Birr M.Sc.

In Kooperation mit

Fraunhofer IGP
Ostseestaal

Gefördert durch

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Verbundvorhaben "Handhabungssystem für die automatisierte kaltplastische Umformung"

Teilprojekt "HakU - Inv: Inverse Vorsteuerung"

Das Verbundvorhaben „HakU - Handhabungssystem für die automatisierte kaltplastische Umformung“ zwischen der Ostseestaal GmbH & Co. KG, dem Fraunhofer IGP und dem Lehrstuhl für Technische Mechanik/Dynamik behandelt die Entwicklung eines automatisierten Handhabungssystems für einen derzeit rein manuell gesteuerten Umformprozess. Die kaltplastische Umformung als Biegeumformung wird bei der Fa. Ostseestaal durch eine Schiffbaupresse mit Schwert und Matrize realisiert. Aus der manuellen Steuerung dieser kaltplastischen Umformung ergibt sich eine Vielzahl an Problemen hinsichtlich der Genauigkeit und der wirtschaftlichen Effizienz.

Das Teilprojekt "HakU - Inv" beschäftigt sich mit einem mathematischen Modell zur inversen Vorsteuerung des Handhabungssystems. Aus den Erfahrungen des Lehrstuhls mit CABLEV und aus der Analyse der bestehenden Umformanlage ergeben sich zwei relevante Problemstellungen:

  1. Die an vier Kettenzügen gelagerte Platte ist in ihrer Lage nicht vollständig geometrisch definiert (kinematisch unbestimmte Lastführung), wodurch aufgrund der Massenträgheit der Platte unerwünschte Pendelschwingungen auftreten.
  2. Infolge der eigenen Gewichtskräfte kommt es zu einer elastischen Durchbiegung der an den vier Kettenzügen gelagerten Platte. Die automatisierte Antriebssteuerung muss daher die elastische Durchbiegung bei der Positionierung durch Anpassen der Kettenlängen berücksichtigen.

Ansprechpartner

In Kooperation mit

Fraunhofer IGP
Ostseestaal

 

Gefördert durch

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DynAwind²

Windenergieanlagen werden in der Regel auf eine Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren ausgelegt. Die Auslegung der mechanischen Struktur auf diese Referenzlebensdauer erfolgt standortspezifisch. Die Standorte werden durch die Zertifizierungsrichtlinien allerdings nur grob hinsichtlich der dort zu erwartenden Belastungen klassifiziert. In der Folge können die tatsächlichen Beanspruchungen der Anlagen geringer sein als bei der Planung angenommen. Aus diesem Grund sind in vielen Windenergieanlagen auch nach Ende der Referenzlebensdauer strukturelle Reserven vorhanden. Das bedeutet, dass ein Rückbau der Anlagen nach Ende der Referenzlebensdauer weder ökonomisch noch ökologisch sinnvoll ist. Zum jetzigen Zeitpunkt werden Windenergieanlagen zurückgebaut, die unter bestimmten Umständen noch einige Jahre hätten stehen bleiben und elektrische Energie erzeugen können.

WEA

Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel des Vorhabens, eine individuelle Lebensdauer der mechanischen Strukturen einer WEA zu ermitteln. Dazu ist zunächst die Erfassung der tatsächlichen Beanspruchungsgeschichte der WEA-Tragstruktur im laufenden Anlagenbetrieb notwendig. Eine direkte Messung der Beanspruchungen einer Windenergieanlage im Betrieb ist dabei nur an zugänglichen Stellen und durch äußerst hohen messtechnischen Aufwand möglich. In diesem Zusammenhang sinnvoller ist die indirekte Ableitung der zyklischen Beanspruchungen aus messtechnisch verhältnismäßig leicht zu erfassenden Bewegungsgrößen der WEA. Der funktionale Zusammenhang zwischen den Messgrößen und den Beanspruchungen muss dabei über geeignete numerische Strukturmodelle ermittelt werden. Aus den während der Betriebszeit der WEA ermittelten zyklischen Beanspruchungen können an die jeweilige Beanspruchungsgeschichte angepasste Lebensdauerprognosen abgeleitet werden. Aus der Differenz von individueller Lebensdauerprognose und Referenzlebensdauer ergibt sich dann die über die Referenzlebensdauer hinaus nutzbare Lebensdauerreserve.

Ansprechpartner

In Kooperation mit

W2E Wind to Energy GmbH

WINDnovation Engineering Solutions GmbH

Technischer Überwachungs-Verein NORD EnSys Hannover GmbH & Co. KG

Germanischer Lloyd Industrial Services GmbH

Universität Rostock:
MSF - Lehrstuhl für Strukturmechanik

Gefördert durch:

BMWi