Dynamik flexibler Mehrkörpersysteme: Methoden der Mechanik zum rechnergestützten Entwurf und zur Analyse mechatronischer Systeme

ریچارد شورتاسک، اسکار والراپ
دینامیک سیستم‌های چند بدنه انعطاف‌پذیر

نرم‌افزار برای طراحی و تحلیل سیستم‌های مکاترونیک به کمک رایانه شامل موارد دیگر، گزینه هایی برای در نظر گرفتن سیستم های چند بدنه (MBS). چنین ابزارهایی در حال گسترش هستند و روش کار مهندسان را تغییر می دهند. ساخت سبک سیستم های فنی با هدف صرفه جویی در مواد و انرژی نیازمند مدل سازی تغییر شکل های بدنه است، پیچیدگی مدل ها را افزایش می دهد و تفسیر نتایج نرم افزار MKS را دشوار می کند ("به تصاویر زیبا اعتماد نکنید") .
کاربرد برنامه‌های MKS قدرتمند اما در عین حال مستعد خطا به دلیل پیچیدگی‌شان مستلزم درک تئوری است. روش‌های مکانیک برای تجزیه و تحلیل سیستم‌های چند بدنه انعطاف‌پذیر در اینجا به شکلی آموزش داده می‌شوند که کار با برنامه‌های MBS را آسان‌تر می‌کند. این ارائه بر اساس اصول مکانیک پیوسته است و تنها بر اساس توسعه برنامه های MBS نیست. همانطور که در مثال‌ها نشان داده شده است، این روش‌ها همچنین می‌توانند با سیستم‌های جبر رایانه‌ای (مانند Mathematica) به منظور استفاده از مدل‌های ساده برای تخمین زنده بودن عبارات از برنامه‌های پیچیده استفاده شوند. تجزیه و تحلیل مدل های ساده همچنین امکان بهبود مدل های اغلب بسیار پیچیده را فراهم می کند که برای مشکلات فنی در عمل ضروری هستند و بنابراین امکان استفاده کارآمدتر از برنامه های طراحی و تحلیل را فراهم می کند.

محتوا
o مبانی مدلسازی MBS (مکانیک پیوسته، تیرها، سیستمهای اجزای محدود)؛
o فرمالیسم برای تعیین معادلات حرکت و ساختارهای داده برای توصیف MBS انعطاف پذیر.
o مثال های قابل فهم با سیستم های جبر کامپیوتری.

گروه های هدف
o دانشجویان مهندسی در دانشکده های فنی، دانشکده های فراگیر و دانشگاه ها؛
o مهندسان شاغل، به ویژه

Richard Schwertassek, Oskar Wallrapp
Dynamik flexibler Mehrkörpersysteme

Software zum rechnergestützten Entwurf und zur Analyse mechatronischer Systeme enthält u. a. Optionen zur Berücksichtigung von Mehrkörpersystemen (MKS). Solche Werkzeuge finden wachsende Verbreitung und verändern die Arbeitsweise der Ingenieure. Die zur Einsparung von Material und Energie angestrebte Leichtbauweise technischer Systeme erfordert die Modellierung von Verformungen der Körper, steigert die Komplexität der Modelle und erschwert die Interpretation der Ergebnisse von MKS-Software ("don't trust the pretty pictures").
Die Anwendung der leistungsfähigen, aber wegen ihrer Komplexität auch fehleranfälligen MKS-Programme erfordert das Verständnis der ihnen zugrunde liegenden Theorie. Methoden der Mechanik zur Analyse flexibler Mehrkörpersysteme werden hier in einer Form vermittelt, die den Umgang mit MKS-Programmen erleichtern soll. Die Darstellung geht von den Grundlagen der Kontinuumsmechanik aus und orientiert sich nicht nur an der Entwicklung von MKS-Programmen. Wie an Beispielen gezeigt wird, können die Verfahren auch mit Computer Algebra Systemen (z.B. Mathematica) genutzt werden, um mit einfachen Modellen die Tragfähigkeit von Aussagen komplexer Programme abzuschätzen. Die Analyse einfacher Modelle erlaubt überdies die Verbesserung der für technische Problemstellungen aus der Praxis notwendigerweise oft sehr komplexen Modelle und ermöglicht damit eine effizientere Nutzung der Entwurfs- und Analyseprogramme.

Der Inhalt
o Grundlagen zur Modellierung von MKS (Kontinuumsmechanik, Balken, Finite-Elemente-Systeme);
o Formalismen zur Angabe der Bewegungsgleichungen und Datenstrukturen zur Beschreibung flexibler MKS;
o mit Computer Algebra Systemen nachvollziehbare Beispiele.

Die Zielgruppen
o Studierende der Ingenieurwissenschaften an Fachhochschulen, Gesamthochschulen und Universitäten;
o berufstätige Ingenieure, insbesonder