Angewendete Software (neu)
Angewendete Software
Für Auslegung, Simulation und experimentelle Bewertung setzt das Fachgebiet eine abgestimmte Werkzeugkette aus kommerziellen Lösern, Open-Source-Bibliotheken und institutseigenen Programmen ein. Sie deckt Struktur- und Rotordynamik, nichtlineare FEM, optische Messtechnik und inverse Berechnungsverfahren ab und wird in mehreren Forschungsvorhaben genutzt.
Werkzeugkette im Überblick
Die rotordynamischen Programme greifen ineinander: Reduzierte Strukturmodelle aus MSC Nastran gehen in die Mehrkörpersimulation ein, die Balkenmodelle aus ROSS dienen der Optimierung von Ersatzrotoren und werden gegen MSC Nastran validiert.
| Eingesetzte Programme nach Einsatzbereich und Art | ||
|---|---|---|
| Programm | Einsatzbereich | Art |
| Nastran | Struktursimulation, Modellreduktion | kommerziell |
| SIMPACK | Mehrkörpersimulation | kommerziell |
| ROSS | Rotordynamik in Balkenformulierung | Open Source |
| G-ROT | Optimierung der Ersatzrotoren | institutseigen |
| Cauchy | Inverse Temperaturfeldberechnung, EEG-Quellenrekonstruktion | institutseigen |
| Abaqus | Nichtlineare FEM, thermisch-mechanische Kopplung | kommerziell |
| VIC-3D | Optische 3D-Verformungsmessung | kommerziell |
| Simufact | Schweißprozesssimulation, Reibrührschweißen | kommerziell |
| RotEng | Rotordynamik-Solver | institutseigen |
| SQUIDsim | Simulation von Quetschöldämpfern | institutseigen |
MSC Nastran
- FEM-basierte Struktursimulation von Prüfstandsrotoren und Lagergehäusen
- Komplexe Eigenwertanalyse
- Stationäre und transiente Analyse von rotordynamischen Modellen
- Reduzierte Modelle nach Craig Bampton und Guyan, die das elastische Verhalten der Bauteile in wenigen Freiheitsgraden abbilden
Ergebnisgrößen:
- Eigenfrequenzen und Eigenformen
- modale Steifigkeiten und Massen
- statische und dynamische Nachgiebigkeiten der Strukturbauteile
- transiente nichtlineare Analyse
Bild SIMPACK
Bild fehlt
Mehrkörpermodell des Zwei-Wellen-Rotors in SIMPACK mit Lager- und Riemenelementen
SIMPACK
- Mehrkörpersimulation mit Bewegungsgleichungen in Minimalkoordinaten für die effiziente Zeitintegration großer Systeme
- Einbindung modal reduzierter FE-Modelle, etwa aus MSC Nastran, als elastische Körper
- Kontakt-, Riemen- und nichtlineare Lagerelemente
- Campbell- und Stabilitätsanalyse rotierender Mehrkörpersysteme
Ergebnisgrößen:
- Riemen- und Lagerkräfte
- Unwuchtantworten
- Campbell-Diagramme
- Stabilitätsgrenzen
ROSS
- Bibliothek für rotordynamische Analysen in Python
- Wellenelemente werden nach der Balkentheorie von Timoshenko formuliert
- ROSS bildet die Schnittstelle zwischen Triebwerk und Prüfstandsrotor für die Optimierung
Ergebnisgrößen:
- Eigenfrequenzen und Eigenformen
- Campbell-Diagramme
- Frequenz- und Unwuchtantworten
G-ROT
- Pythonbasierte Optimierung
- Differential Evolution
- Iteratives Rechnen von Ersatzrotoren
Ergebnisgrößen:
- Ersatzrotormodell in Balkenformulierung
- Schwingungsverhalten
- Campbell-Diagramme
Cauchy
- Inverse Temperaturfeldberechnung
- elektrische Quellen aus EEG-Messung
- Validierung der Temperaturmessstellen und bildgebenden Verfahren
Ergebnisgrößen:
- Wärmestrom
- Temperaturen
- Quellen der Aktivität des ZNS
Bild fehlt
Abaqus
- Nichtlineare FEM mit großen Verformungen, Kontakt und nichtlinearem Werkstoffverhalten
- Thermisch-mechanisch gekoppelte Analyse, Temperatur- und Verschiebungsfeld simultan gelöst
- Rissinitiierung und -fortschritt über Kohäsivzonenmodelle
- Anwendung auf Kontakt- und Dämpferkomponenten des Prüfstandsrotors
Ergebnisgrößen:
- Tangentialspannungen
- Kontaktdrücke
- Spannungen und Verformungen
- Temperaturfelder
VIC-3D
- Optische 3D-Verformungsmessung nach dem Prinzip der digitalen Bildkorrelation (Digital Image Correlation)
- Aus den Aufnahmen eines kalibrierten Kamerapaares werden Form, Verschiebung und Dehnung flächig über die gesamte Probenoberfläche bestimmt
- Untersucht werden Aluminiumproben unter Zug-Druck-Belastung bei 250 °C, die als Grundlage für die Kühlertests dienen
Ergebnisgrößen:
- dreidimensionale Verschiebungsfelder der Probenoberfläche
- Dehnungsfelder
Bild fehlt noch
Simufact
- imulation von Schweißprozessen mit thermisch-mechanischer Kopplung
- Vorhersage von Verzug und Eigenspannungen der gesamten Baugruppe, einschließlich Schweißfolge und Spannmitteln
- Im Fachgebiet eingesetzt für das Reibrührschweißen (Friction Stir Welding)
Ergebnisgrößen:
- Verzug der Baugruppe
- Eigenspannungen
- Temperaturfelder
RotEng
- Institutseigener Solver
- Pendant zu MSC Nastran
- Unabhängige Berechnung der rotordynamischen Modelle
Ergebnisgrößen
- Eigenfrequenzen und Eigenformen
- modale Steifigkeiten und Massen
- statische und dynamische Nachgiebigkeiten der Strukturbauteile
Bild fehlt noch
SQUIDsim
- Löst die Reynoldsgleichung für Quetschöldämpfer per FEM
- Masseerhaltende Kavitation, Fluidträgheit, Ölzuleitungen, thermische Kopplung von Fluid und Komponenten
- Auslegung und Analyse von Quetschöldämpfern in der Rotordynamik
- Standalone für Parameterstudien und Prüfstands-Validierung sowie als Modul in Rotordynamik-Simulationen (RotEng, MSC Nastran)
Ergebnisgrößen:
- zeitaufgelöste Dämpferkräfte und -momente
- Druck-, Temperatur- und Strömungsfelder auf dem Netz
- Ölvolumenstrom
- Dissipation
- linearisierte Steifigkeits-, Dämpfungs- und Massenkoeffizienten