Bachelor-/Masterarbeit: Fundierte Analyse des Verhaltens eines Bauteils im Gesamtsystem (z.B. Teil eines Kranarms) mittels gekoppelter FEM und Mehrkörpersimulation
Welchen Einfluss hat die Belastung des Gesamtsystems „Kran“ auf das einzelne Bauteil „Segment des Kranarms“? Und in welcher Form bietet hier die Simulationskopplung von Mehrkörpersimulation (MKS, z.B. mit Adams) und Strukturmechaniksimulation (FEM, z.B. mit Ansys oder Abaqus) Vorteile?
Sowohl im Design- als auch im Produktionsprozess und im gesamten Lebenszyklus einer Maschine (bzw. eines jeden mechatronischen Systems) müssen Analysen aus verschiedensten Disziplinen vorgenommen werden (Regelungstechnik, Kinematik, Dynamik, Sensortechnik, Strukturmechanik etc.). Dabei hat das Versagen eines einzelnen Bauteils/Features Auswirkungen auf das gesamte System und damit auf die anderen Bereiche. Deswegen ist für eine umfassende Analyse die Kopplung verschiedener Simulationsansätze unerlässlich. Das ist oftmals nicht trivial umzusetzen, da unterschiedliche Modelle und Methoden „kompatibel gemacht werden müssen“ (so auch bei der MKS und FEM) und verlangt den Einsatz entsprechender Kopplungs-Frameworks.
Beispielhaftes Ergebnis einer Simulationskopplung von FEM und MKS aus dem Bereich der Robotik.
Aufgabenbeschreibung
Im Zuge dieser Arbeit sollen in einem ersten Schritt die entsprechenden Modelle für beide Simulationsprogramme (MKS/FEM) erstellt werden. Dabei kann auf andere Modelle/Vorarbeiten zurückgegriffen werden (CAD-Daten, Starrkörpermodelle). Diese bilden dann die Grundlage, um sowohl das Gesamtsystem (z.B. Kran in Arbeitsumgebung) mittels MKS (Software: Adams o.ä.), als auch das genauer zu analysierende Bauteil (z.B. Segment des Kranarms) mittels FEM (Software: Abaqus, Ansys o.ä.) zu simulieren. Beide Simulatoren sollen dann mit Hilfe der Software MpCCI gekoppelt werden, welche ein vom Fraunhofer SCAI entwickeltes Framework zur Simulationskopplung darstellt (https://www.mpcci.de/). Die wissenschaftlichen Erkenntnisse dieser Arbeit sollen sich vor allem aus der Simulationskopplung generieren (Nutzen, Limitationen, Einsatzbereiche, Stabilität, Performance, usability…), können aber auch tiefergehende Bauteilanalysen umfassen (Auslegung, Designstudien etc.).
Stichworte: Bauteilanalyse, Auslegung, Simulationskopplung, MpCCI, Mehrkörpersimulation (MKS), FEM
Betreuer: Kaufmann
Weitere Arbeiten
MA: Automatisierung der Verhandlung von digitalen Nutzungsrechten durch Self-sovereign Digital Twins
