Mehrkörpersysteme

Funktion

Funktion

Eine Mehrkörpersimulation (MKS) dient der Bewegungsanalyse von komplexen, mechanischen Systemen. Vereinfacht gesagt benötigt sie als Input 3D CAD Geometrie, als Output liefert sie die Bewegungen und die im System wirkenden Kräfte, nachdem die Körper über Zwangsbedingungen (wie Gelenke) miteinander verbunden wurden. Die Körper können dabei als starr oder flexibel angenommen werden. Die Annahme starrer Körper ist zwar eine starke Vereinfachung der Realität, hat aber den Vorteil, dass sie relativ kurze Lösungszeiten benötigt.

Erfahren Körper größere Deformationen, so ist die Annahme starrer Körper nicht mehr gerechtfertigt und einzelne oder mehrere Körper können durch flexible ersetzt werden. Aufgrund ständig steigender Computerleistung verschmelzen MKS und FEM in den kommerziellen Softwarepaketen immer mehr.

Die Mehrkörpersimulation wird oft auch dafür verwendet, Lasten für die FEM Simulation zu ermitteln.

Unsere Simulations-Möglichkeiten

Warum MKS, wenn die Gelenke schon im CAD-System definiert wurden?

Eine Frage, die nicht selten auftritt. Die Gelenke wurden bereits im CAD System definiert, die Bewegungen stimmen, also sollte doch alles in Ordnung sein, oder? Ein bedingtes "ja" für die Kinematik, ein sehr wahrscheinliches "nein" für die Kinetik, d.h. die Kräfte und Momente sind nicht korrekt. Meist wird bei der Erzeugung von CAD Zwangsbedingungen nicht auf Überdefinitionen geachtet, die Steifigkeiten einer Lagerung wurden nicht berücksichtigt, uvm.. Ein sauber aufgesetztes MKS Modell berücksichtigt all das.

Kurze Lösungszeit

Bei Starrkörpern benötigt der MKS Solver im Vergleich zu einer FEM Analyse nur sehr kurze Rechenzeit für dynamische Aufgaben.

Unterschiedliche Körper-Eigenschaften

Körper können sowohl als Starrkörper, reduziert flexibel (CMS) oder voll flexibel angenommen werden. Kommt es zum Beispiel bei einem Roboterarm aufgrund hoher Beschleunigungen zu Oszillationen der Struktur und daher zu Positionierungsproblemen, so können die für die Steifigkeit relevanten Bauteile flexibel geschaltet werden. Der jeweilige Anwendungsfall und die Erfahrung bestimmt, welche Körper und Methode auswählt wird.

Konditionelle Bewegungsgleichungen

Von sehr großem Nutzen in der verwendeten Software ist es, dass Bewegungsgleichungen auch konditionellen Regeln gehorchen können, ohne vorab schon eine Steuerung einzubinden: z.B. "wenn z-Koordinate 0,2m erreicht ist, dann verringere Antriebsmoment um 20 Nm". Dies ermöglich eine sehr rasche und intelligente Auslegung der Mechanik.

Umfangreiche Kontakte

Neben den üblichen, auch in der FEM Analyse verwendeten Kontakten bietet die Software auch analytische Kontakte. Dadurch ist es möglich, kurze Rechenzeiten für grundsätzlich sehr komplexe Kontaktprobleme zu erreichen, solange die Körper als starr angenommen werden können. Ein Beispiel ist zum Beispiel das Gleiten eines Körpers entlang einer Wasserrutsche, das vereinfacht einem Zylinder-in-einem-Zylinder Kontakt entspricht. Die Kräfte aus einer solchen Simulation können danach für eine FEM-Simulation exportiert werden, um beispielsweise die Stützen zu berechnen.

Verfügbarkeit unterschiedlichster Maschinenelemente

Die eingesetzte Software verfügt über eine Vielzahl von speziellen Maschinenelementtypen: Kettentrieb, Riemen, Lager, Verzahnung, Kugelgewindetrieb, Linearführung,… . Es gibt auch noch andere Spezialthemen wie beispielsweise EHD, Simulation von Bandmaterial, uvm., kontaktieren Sie uns bei Bedarf.

Co-Simulation mit Systemsimulation

Hier geht es vor allem um die Einbindung der Regelung. Aufgrund der kurzen Lösungszeiten eignet sich die MKS Simulation besonders gut zur Co-Simulation mit einer Systemsimulation. So kann z.B. die komplexe Mechanik einer Werkzeugmaschine durch eine Mehrkörpersimulation abgebildet werden, der hydraulisch/ elektrisch/ steuerungstechnische Teil durch eine Systemsimulation.

+43 681 2021 4278
office@axd-engineering.com