Model Order Reduction in Structural Mechanics

Gegenstand dieser Arbeit ist die Forschungsdisziplin, welche in der Strukturmechanik als Modellordnungsreduktion bekannt ist. Im Mittelpunkt stehen Kopplungsprozesse von starren und elastischen Mehrkörpersystemen - sowohl in theoretischer Hinsicht als auch bezüglich der praktischen Realisation im Rahmen des Finite-Elemente-Programms ANSYS und des Mehrkörpersimulationsprogramms SIMPACK. Eine Vielfalt von strukturerhaltendenMOR-Methoden wurde zum Zwecke des Überblicks dargestellt. Darüber hinaus findet sich eine Kategorisierungsmethodik in Hinsicht auf den später beschriebenen FEM-MKS-Kopplungsprozess. Die Effizienz der MOR-Methoden wird sowohl hinsichtlich der Qualität der ROM als auch bezogen auf die hierfür benötigte Rechenzeit bemessen. Aus diesem Grunde wurden etliche MOR Schemata dargelegt, mit dem Ziel, den Effizienzfaktor während der Berechnung eines ROMs zu maximieren, das heißt maximale Qualität und minimale Rechenzeit zu erzielen. Die Validierung der dynamischen ROM-Eigenschaften basiert auf der Anwendung der sogenannten Modellkorrelationskriterien. Dies wurde an vier Anwendungsbeispielen aus dem Feld der Strukturmechanik getestet: der 3D-Balkenstruktur, der UIC60-Schiene, dem Pleuel und der Kurbelwelle. Die Anwendung der diagonal perturbation-Methodik verbessert die Kondition der Steifigkeitsmatrix eines Modells, von beiden Arten von Lösungsprozeduren, d.h. direkte und iterative Verfahren, betroffen sind. Die dynamische Bewegung mechanischer MKS wird als ein Index-3-DAE-Systemformuliert und die Information über die elastischen Körper wird in Form der sogenannten Standard Input Datei in einen MKS-Code transferriert. Die Einführung des Back-projection-Ansatzes ermöglicht die weitere Verwendung bestimmter ROM-Typen, derren assoziierten physikalische Eigenschaften unangemessen definiert wurden. Zum Abschluss werden die theoretischen, modellierenden und numerischen Fortschritte der Arbeit resümiert und kombiniert im Sinne der Model Order Reduction Package Toolbox (MORPACK). Die Matlab-basierte MORPACK-Toolbox ermöglicht den FEM-MKS-Kopplungsprozess für die Verwendung von ANSYS und SIMPACK. Hierin sind ein Großteil der zuvor erläuterten Erweiterungen eingeschlossen. Mit Hilfe der zwei integrierten inneren MOR- und SID-Schnittstellen als auch der vier Anwendungsebenen wird der Import von freien oder eingespannten ROM in SIMPACK ermöglicht.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Technische Universität Dresden

Year

2009

Author dc:creator

• Koutsovasilis, Panagiotis

Contributors dc:contributor

• Beitelschmidt, Michael
• Arnold, M.

• Model Order Reduction
• FEM
• MBS
• Alternative MOR Methods
• FEM-MBS Coupling
• Model Correlation Criteria
• Diagonal Perturbation
• MBS Formalism
• Model Order Reduction Package (MORPACK)
• ANSYS
• SIMPACK
• Modellreduktion
• MKS
• Alternative MOR-Methoden
• FEM-MKS Einbindung
• Modellkorrelationskriterien
• MKS Formalismus