Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6583
Main Title: Neue MKS-FEM-Methode zur direkten Integration geometrischer und/oder materieller Nichtlinearitäten in die Simulation deformierbarer Mehrkörpersysteme
Translated Title: New MBS-FEM-method to direct integration of geometric and/or material nonlinearities in the simulation of deformable multibody systems
Author(s): Nguyen, Viet Anh
Advisor(s): Zehn, Manfred
Referee(s): Zehn, Manfred
Popov, Valentin L.
Woernle, Christoph
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Die vorliegende Arbeit präsentiert neue Möglichkeiten zur effizienten Behandlung geometrisch- und/oder physikalisch-nichtlinearer Probleme in der Dynamik deformierbarer Mehrkörpersystemen (MKS). Dabei werden beliebig große Starrkörperrotationen und nichtlineares Materialverhalten der Komponenten direkt in das Bewegungsgleichungssystem des Mehrkörpersystems einbezogen. Keine Co-Simulations- oder Reduktionsmethoden werden verwendet. Somit stellt diese sogenannte MKS-FEM-Methode einen neuen, effizienten Ansatz auf dem Gebiet der nichtlinearen Mehrkörperdynamik und der Entwicklung von MKS-Simulationsprogrammen dar. Zur Modellierung deformierbarer und starrer Bauteile wird das sogenannte MKS-FEM-Bewegungsgleichungssystem für das gesamte Mehrkörpersystem formuliert. Die flexiblen Komponenten werden mit finiten Elementen diskretisiert, die mit Hilfe der co-rotationalen Finite-Element-Methode (FEM) effizient formuliert werden. Die große Starrkörperrotation jedes finiten Elements wird auf eine elegante Art und Weise aus der gesamten Deformation berechnet. Weiterhin werden hierbei komplexe nichtlineare Materialmodelle, wie nichtlinearelastisches, elastisch-plastisches und gummiartiges Materialverhalten, direkt in diese FEM-Formulierungen ohne jegliche Modifikationen einbezogen. Zur Integration des MKS-FEM-Gleichungssystems lassen sich implizite Zeitintegrationsmethoden effektiv anwenden. In dieser Arbeit kommt ein implizites Zeitintegrationsschema höherer Ordnung unter Verwendung des modifizierten NEWTON-RAPHSONschen Verfahrens zum Einsatz. Relevante technische Berechnungsbeispiele werden im Rahmen dieser Arbeit vorgestellt. Dabei werden sowohl geometrische als auch materielle Nichtlinearitäten in Mehrkörpersystemen unter Verwendung der entwickelten corotationalen MKS-FEM-Methode mit hoher Effizienz und Genauigkeit berechnet. Aus diesem Grund erreicht die MKS-FEM-Methode einen weiten Einsatzbereich in technischen Anwendungen.
The present work presents new possibilities to efficiently calculate geometric and/or material nonlinearities in the dynamics of flexible multibody systems (MBS). The principal benefit of this method consists in the fact, that arbitrarily large rigid body rotations und nonlinear material behaviors of the components are directly integrated into the system of equations of the multibody system. No co-simulation as well as model reduction techniques are used. Therefore, this so-called MBS-FEM method represents a new, efficient approach in the field of the nonlinear multibody dynamics and the development of MBS simulation software. For the Modelling of flexible and rigid bodies, the so-called MBS-FEM system of equations of motion is formulated for the whole mbs. The flexible structures are discretized in smaller finite elements, which are efficiently formulated using the co-rotational finite element method (FEM). The large rigid body rotation and the deformable part of each finite element are separated from the total element deformation in a simple way. On this basis, complex nonlinear material models can be directly integrated in the co-rotational FEM formulations without any modifications. To solve the MBS-FEM system of equations, implicit time integration methods can be used effectively. In this work, an implicit time integration scheme of higher order in connection with the modified Newton-Raphson method is employed. Furthermore, important technical examples are introduced in this work. It can be shown, that geometric and/or material nonlinearities in flexible multibody systems can be computed by the use of the developed co-rotational MBSFEM method with high efficiency and precision. For this reason, this present MBS-FEM method provides a big application field for the calculation as well as optimization of technical systems.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de//handle/11303/7310
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6583
Exam Date: 20-Jan-2017
Issue Date: 2017
Date Available: 27-Dec-2017
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::510 Mathematik::511 Allgemeine mathematische Prinzipien
Subject(s): Mehrkörperdynamik
FEM
Materialmodelle
Integrationsschemen
Starrkörperdynamik
dynamics of multibody system
co-rotational FEM
material modeling
implicit time integration
rigid body rotation
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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