DynManto - Modellierung und Simulation flexibler Mehrkörpersysteme

Einleitung und Motivation

In vielen technischen Entwicklungsprozessen werden neben realen Prototypen Simulationsmodelle zur computergestützten Analyse und Optimierung eingesetzt. Für die Untersuchung von dynamischen Systemen, bei denen die einzelnen Komponenten große Starrkörperbewegungen erfahren, ist die Methode der Mehrkörpersysteme ein effizienter und weit verbreiteter Modellierungsansatz. Die Anwendungsgebiete für die Methode der Mehrkörperdynamik sind dabei sehr vielseitig und reichen von der Fahrzeugdynamik, über die Robotik bis hin zur Biomechanik.

Mit den immer größer werdenden Ansprüchen an die realen Systeme steigen auch die Ansprüche an die Simulationsmodelle. Um beispielsweise Deformationen oder Vibrationen von Systemen in Leichtbauweise untersuchen zu können, ist es notwendig, die Methode um flexible Körper zu erweitern. In den letzten Jahrzehnten wurden dafür verschiedene Ansätze, wie beispielsweise die Absolute-Knotenkoordinaten-Formulierung oder der Ansatz des mitbewegten Referenzsystems, vorgestellt. Neben einer Verbesserung der Modellgüte liefert die Methode der flexiblen Mehrkörpersysteme auch die notwendigen Modelle zur effizienten Kontaktsimulation, zur computergestützten Strukturoptimierung oder zum modellbasierten Reglerentwurf unteraktuierter Systeme. Daher ist die Modellierung und Simulationen von dynamischen Systemen mit Hilfe der Methode der flexiblen Mehrkörpersysteme ein zentraler Forschungsschwerpunkt des Instituts für Mechanik und Meerestechnik.

DynManto

DynManto (vormals SimFMBS) ist eine institutseigene Matlab-Toolbox für die Modellierung, Analyse und Optimierung von starren und flexiblen Mehrkörpersystemen. Die Grundidee dieses akademischen Softwareprojekts ist es, ein Simulationswerkzeug zu entwickeln, welches Studenten und Wissenschaftlern erlaubt, einfach und schnell Modelle für die Analyse von Mehrkörpersystemen zu erstellen und zu simulieren. Die Bewegungsdifferentialgleichungen werden dabei als differential-algebraische Gleichungen formuliert und mit Hilfe von Stabilisierung- oder Projektionsverfahren numerisch gelöst. Die Modellierung der flexiblen Körper erfolgt mit dem Ansatz des mitbewegten Referenzsystems.

Literatur

  1. Schwertassek, R., Wallrapp, O. (2017). Dynamik flexibler Mehrkörpersysteme: Methoden der Mechanik zum rechnergestützten Entwurf und zur Analyse mechatronischer Systeme. Springer-Verlag.
  2. Shabana, A. A. (2013). Dynamics of multibody systems. Cambridge university press.
  3. Bauchau, O. A. (2010). Flexible multibody dynamics (Vol. 176). Springer Science & Business Media.