Schwerpunkte | Wie die Lehrstuhlbezeichnung zum Ausdruck bringt, ist die Forschung des Lehrstuhls der klassischen und angewandten Technischen Mechanik gewidmet, wobei ein besonderer aber nicht ausschließender Schwerpunkt der Anwendung auf dem Gebiet der Fahrzeugdynamik liegt. Im Mittelpunkt steht die Methodenentwicklung zur Modellierung, Analyse und Synthese von dynamischen Systemen, wobei in gleicher Weise numerische und experimentelle Untersuchungen zum Einsatz kommen. Über die Synthese und den damit verknüpften Optimierungsstrategien eröffnet sich ein Anwendungssfeld, das heute einen weiten Raum der Forschungsarbeiten des Lehrstuhls einnimmt: die Entwicklung von Entwurfsstrategien für Strahltriebwerke und Turbomaschinen. |
Modellbildung | Die Methode der Mehrkörpersysteme bildet das betrachtete dynamische System auf ein Modell aus starren Körpern, idealen Bindungen und beliebigen Kraftelementen ab. Berechenbar sind damit die linearen und nichtlinearen Bewegung holonomer und nichtholonomer Mehrkörpersysteme
Bei der Erstellung der Bewegungsgleichungen kommt das Programm NEWEUL zum Einsatz, die Analyse und Simulation erfolgt verstärkt in einer MATLAB Umgebung. |
Identifikation | Um das dynamische Verhalten eines technischen Systems realistisch zu berechnen, müssen geeignete Werte für die Modellparameter gefunden werden. Diese sind jedoch nicht immer einer direkten Messung zugänglich (z.B. Trägheitstensor), haben aufgrund von Idealisierungen keine direkte physikalische Entsprechung (z.B. Regelparameter) oder werden erst im Zusammenbau sichtbar (z.B. Reibungswiderstände). In diesem Fall müssen sie mit Hilfe eines Identifikationsprozesses aus dem Systemverhalten erkannt werden. Am Lehrstuhl werden dazu Mehrkriterien-Identifikationsmethoden entwickelt, welche die Berücksichtigung vielzähliger Manöver erlauben, was insbesondere im nichtlinearen Fall von Wichtigkeit ist. Ein Anwendungsbeispiel dafür sind komplexe Fahrzeugdämpfer aus dem Automobilbereich. |
Optimierung | Steht ein Analysemodell zur Verfügung, ist der Schritt zur modellbasierten Synthese nicht weit (virtual prototyping). Dabei sind Systemparameter so festzulegen, dass das dynamische System vordefinierte Anforderungen optimal erfüllt. Bei technischen Anwendungen sind solche Anforderungen vielfältig und widersprüchlich, weshalb im Mittelpunkt der Methodenentwicklung ein Mehrkriterien-Optimierungskonzept steht, das den Entwicklungsingenieur in den Optimierungsprozess einbindet, um optimale Kompromisslösungen festzulegen. Interessante Anwendungen ergeben sich hierbei in der Fahrzeugdynamik. Durch den ständig wachsenden Funktionsumfang neuer Fahrzeugmodelle ist der Entwicklungsprozess eines Fahrzeugs kaum noch empirisch oder durch "trial and error" Methoden realisierbar. Zur Abbildung des realen Fahrverhaltens werden ständig neue Simulationsmodelle unterschiedlichster Detaillierungsgrade entwickelt. Aus subjektiven Erfahrungswerten speziell geschulter Applikationsingenieure werden objektive Kriterien zur Beurteilung der Fahrzeugdynamik generiert, mit deren Hilfe durch verschiedene, computergestützte Optimierungsverfahren, eine gezielte Verbesserung der Quer- und Vertikaldynamik des Fahrzeugs erreicht wird. |
Hardware- | Effiziente klassische Optimierungsverfahren sind aufgrund des Messrauschens nicht direkt auf Hardware-in-the-Loop Simulationen anwendbar, da eine direkte Gradientenberechnung nicht möglich ist und durch das Rauschen viele künstliche lokale Optima erzeugt werden. Andererseits sind gradientenfreie oder stochastische Verfahren nicht effizient genug, denn die Durchführung eines HiL-Versuchs zu Ermittlung von Kriterienwerten ist häufig um ein Vielfaches zeitintensiver ist als eine reine Simulation. Hierzu müssen spezielle Optimierungsverfahren entwickelt werden. Als Anwendungsbeispiel dient die mehrkriterielle Optimierung des Schaltablaufs von Automatikgetrieben. Die steigende Zahl von Motor-Getriebkombinationen auf dem Fahrzeugmarkt und die wachsende Komplexität und Vielfalt von Funktionen in den Fahrzeugsteuergeräten verursachen eine ständige Erhöhung des Aufwands in der Getriebeabstimmung. Eine effiziente Möglichkeit, diesen zu bewältigen, stellt die Automatisierung dieses Applikationsprozesses unter Verwendung von Optimierungslösungen dar. Ziel ist es, die Methoden langfristig auch am Getriebeprüfstand erfolgreich anzuwenden. |
Entwurfsstrategien für Flugzeugtriebwerke | Die Entwicklung moderner Flugzeugtriebwerke von der Konzeptionsphase bis hin zur detaillierten Auslegung einzelner Komponenten ist hochgradig komplex und kostenintensiv. Im Rahmen gemeinsamer Forschungsprojekte mit der Firma Rolls-Royce Deutschland werden numerisch gestützte Entwurfsmethoden entwickelt, die es ermöglichen, einzelne Komponenten oder das Gesamttriebwerk bereits in einer frühen Entwurfsphase zu bewerten und optimale Konzepte zu finden. Die dadurch verbesserte Effizienz soll helfen, Kosten zu senken, Entwicklungszeiten deutlich zu reduzieren und den Anforderungen an moderne Triebwerke gerecht zu werden. Grundlage dazu sind geeignete Parametrisierungsstrategien, Mehrkriterienoptimierungsstrategien und die Prozessintegration aerodynamischer und strukturmechanischer Analysewerkzeuge. Spezielle Themengebiete sind zur Zeit die automatisierte Brennkammervorauslegung, die Optimierung von Verdichter- und Turbinenschaufelgeometrien, sowie die aerodynamische Gestaltung der Triebwerksgondel. Themenübergreifende Projekte beschäftigen sich mit grundlegenden Problemstellungen, wie der sogenannten Heiß-Kalt-Transformation und Methoden für eine robuste Auslegung. Die entwickelten Entwurfsmethoden sind in gleicher Weise auf stationäre Gasturbinen anwendbar. |
