Loading…
Model reduction of components and assemblies made of composite materials as part of complex technical systems to simulate the overall dynamic behaviour
Peredo Fuentes, Humberto
The composite components and model order reduction (MOR) methods are widely used to improve the weight/strength ratio and the computational time respectively in different areas of the industry. The objective of this research is to evaluate the dynamic behaviour applying a MOR method in a composite component assembly. A new mixed numerical-experimental technique (MNET) is developed to obtain accurate stiffness parameters in a composite component and then the Craig-Bampton model order reduction (CBMOR) method is applied in terms of a substructure/super element technique using the automatic multi-layer substructuring (AMLS) method. The MNET consists of a correlation between a composite component assembly using experimental measurements and a 2D finite element (FE) model using an equivalent single layer (ESL) homogenized laminate theory including transverse shear effects (discrete Mindlin Kirchhoff triangle (DMKT)). Curve-fitting algorithms are used to improve the accuracy of the correlation. The correlation is performed based on the modal assurance criterion (MAC) and the updating is calculated with a design of experiments (DOE). A DOE is a regression analysis used to obtain a simple mathematical model (transfer function/surface response) to update the stiffness parameters. The dynamic behaviour consists of the application of a CBMOR and AMLS methods to the FE model in the previous part. Different modal assurance criteria were applied to correlate experimental measurements versus the dynamic behaviour response of the FE models. For comparative purposes the stiffness parameters obtained in MATLAB-SDTools with the new MNET were used in MSC/NASTRAN, ABAQUS, and few mode shape expansion techniques respectively to validate the results. Based on the results, it can be concluded that the stiffness parameters obtained with the new MNET were fundamental for the validation, updating and accuracy applying the CBMOR and AMLS methods in a composite component.
Komponenten aus Verbundwerkstoffen und Methoden zur Modellreduktion finden breite Anwendung in verschiedenen Bereichen der Industrie, um das Verhältnis zwischen Gewicht und Festigkeit zu verbessern beziehungsweise die Berechnungszeit zu verkürzen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Auswertung des dynamischen Verhaltens einer Verbundwerkstoffkomponente unter Anwendung eines Modellreduktionsverfahrens. Eine neue gemischte numerisch-experimentelle Methode zur Ermittlung akkurater Steifigkeitsparameter sowie der Einsatz des Craig-Bampton-Verfahrens in Form einer Substruktur-/Superelement-Technik unter Verwendung der automatischen Multi-Layer-Substruktur-Methode. Der gemischte numerisch-experimentele Methode besteht aus einem Zusammenhang zwischen experimentellen Messungen an einer Baugruppe aus Verbundwerkstoffkomponenten und einem 2D-Finite-Elemente-Modell unter Anwendung einer homogenisierten äquivalenten Single-Layer-Laminattheorie einschließlich transversaler Schereffekte (diskretes Mindlin-Kirchhoff-Dreieck). Mithilfe von Kurvenanpassungsalgorithmen wird die Genauigkeit der Korrelation erhöht. Die Korrelation erfolgt auf der Grundlage des MAC-Kriteriums (Modal Assurance Criterion) und die Modelloptimierung wird durch eine Versuchsplanung ermittelt, eine Regressionsanalyse zur Erlangung eines einfachen mathematischen Modells (Übertragungsfunktion/ Systemantwort der Oberfläche) für die Aktualisierung der Steifigkeitsparameter. Der dynamischen Verhaltens besteht aus der Anwendung des Craig-Bampton-Verfahrens und der automatischen Multi-Layer-Substruktur-Methode auf das existierende FE-Modell. Für die Anpassung des dynamischen Verhaltens des FE-Modells an die experimentellen Messungen werden verschiedene COMAC-Kriterien (Coordinate Modal Assurance Criteria) benutzt. Zu Vergleichszwecken und zur Validierung der Ergebnisse werden die mit der neuen Methode in MATLAB-SDTools erhaltenen Steifigkeitsparameter in MSC/NASTRAN, ABAQUS beziehungsweise mit weiteren Schwingungsformausbreitungstechniken verwendet. Auf Grundlage der Ergebnisse lässt sich folgern, dass die mit der neuen Methode ermittelten Parameter von wesentlicher Bedeutung für die Validierung, Optimierung und Genauigkeit bei der Anwendung des Craig-Bampton-Verfahrens und der automatischen Multi-Layer-Substruktur-Methode auf eine Verbundwerkstoffkomponente sind.
