Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Osiągnięcia naukowe polskiej geografii narodowości

100%

Eberhard P.

Czasopismo Geograficzne

|

2010

|

tom 81

|

nr 3

2

Optimization of the dynamical behavior of high-performance lens systems to reduce dynamic aberrations

63%

Wengert N. , Eberhard P.

Archive of Mechanical Engineering

|

2011

|

tom Vol. LVIII, nr 4

407-423

EN

In high-performance optical systems, small disturbances can be sufficient to put the projected image out of focus. Little stochastic excitations, for example, are a huge problem in those extremely precise opto-mechanical systems. To avoid this problem or at least to reduce it, several possibilities are thinkable. One of these possibilities is the modification of the dynamical behavior. In this method the redistribution of masses and stiffnesses is utilized to decrease the aberrations caused by dynamical excitations. Here, a multidisciplinary optimization process is required for which the basics of coupling dynamical and optical simulation methods will be introduced. The optimization is based on a method for efficiently coupling the two types of simulations. In a concluding example, the rigid body dynamics of a lithography objective is optimized with respect to its dynamical-optical behavior.

PL

W systemach obiektywów wysokiej klasy nawet małe zakłócenia mogą spowodować nieostrość projekcji obrazu. Ogromny problem dla tych niezwykle precyzyjnych systemów optyczno-mechanicznych stanowią na przykład niewielkie pobudzenia o charakterze stochastycznym. Jest do przemyślenia szereg środków, by uniknąć związanych z tym problemów, a przynajmniej by je ograniczyć. Jedną z takich możliwości jest modyfikacja właściwości dynamicznych. W metodzie tej, w celu zmniejszenia aberracji powodowanych przez pobudzenia dynamiczne, stosuje się redystrybucję mas i sztywności systemu. Wymagany w tym przypadku jest multidyscyplinarny proces optymalizacyjny, dla potrzeb którego w artykule wprowadza się podstawy połączonych dynamicznych i optycznych metod stymulacji. Optymalizacja jest oparta na metodzie zapewniającej efektywne połączenie tych dwu typów stymulacji. W końcowym przykładzie przedstawiono optymalizację dynamiki ciała sztywnego reprezentującego obiektyw litograficzny pod kątem jego właściwości dynamiczno-optycznych.

3

Simulation-based stability analysis of a thin-walled cylinder during turning with improvements using an adaptronic turning chisel

63%

Fischer A. , Eberhard P.

Archive of Mechanical Engineering

|

2011

|

tom Vol. LVIII, nr 4

367-391

EN

The dynamics of the turning process of a thin-walled cylinder in manufacturing is modeled using flexible multibody system theory. The obtained model is time varying due to workpiece rotation and tool feed and retarded, due to repeated cutting of the same surface. Instabilities can occur due to these consecutive cuts that must be avoided in practical application because of the detrimental effects on workpiece, tool and possibly the machine. Neglecting the small feed, the stability of the resulting periodic system with time-delay can be analyzed using the semi-discretization method. The use of an adaptronic tool holder comprising actuators and sensors to improve the dynamic stability is then investigated. Different control concepts, two collocated and two model-based, are implemented in simulation and tuned to increase the domain of stable cutting. Cutting of a moderately thin workpiece exhibits instabilities mainly due to tool vibration. In this case, the stability boundary can be significantly improved. When the instability is due to workpiece vibration, the collocated concepts fail completely. Model based concepts can still obtain some improvements, but are sensitive to modeling errors in the coupling of workpiece and tool.

PL

Dynamikę procesu toczenia przy obróbce cienkościennego walca zamodelowano stosując teorię giętkich układów wielu ciał. Uzyskano model uwzględniający zmienność w czasie wynikającą z obrotu przedmiotu obrabianego i posuwu narzędzia, a także opóźnienia powodowane wielokrotnym skrawaniem tej samej powierzchni. Niestabilności, które mogą powstać w wyniku tych wielokrotnych skrawań, powinny być wyeliminowane w praktycznych zastosowaniach, gdyż mają one szkodliwe skutki dla przedmiotu obrabianego, narzędzia, a nawet dla maszyny. Pomijając niewielki posuw narzędzia, wynikowa stabilność układu z opóźnieniem i zmiennego w czasie może być analizowana metodą częściowej dyskretyzacji. Badano zastosowanie uchwytu narzędziowego typu Adaptronic, zawierającego siłowniki i czujniki, którego zadaniem jest poprawa stabilności dynamicznej. W symulacji systemu wdrożono różne koncepcje sterowania, dwie kolokacyjne i jedną opartą na modelu, dobierając ustawienia tak, by zwiększyć zakres stabilnego skrawania. W procesie skrawania przedmiotu o umiarkowanie cienkich ścianach występują niestabilności spowodowane głównie wibracjami narzędzia. W tym przypadku granice obszaru stabilności mogą być znacznie poszerzone. Jeśli jednak niestabilność wynika z wibracji przedmiotu obrabianego, koncepcja kolokacyjna zawodzi całkowicie. Koncepcje oparte na modelu mogą nadal zapewniać pewną poprawę, lecz są wrażliwe na błędy modelowania zjawisk na styku przedmiotu obrabianego i narzędzia.

4

Simulation of moving loads in elastic multibody systems with parametric model reduction techniques

63%

Fischer M. , Eberhard P.

Archive of Mechanical Engineering

|

2014

|

tom Vol. LXI, nr 2

209--226

EN

In elastic multibody systems, one considers large nonlinear rigid body motion and small elastic deformations. In a rising number of applications, e.g. automotive engineering, turning and milling processes, the position of acting forces on the elastic body varies. The necessary model order reduction to enable efficient simulations requires the determination of ansatz functions, which depend on the moving force position. For a large number of possible interaction points, the size of the reduced system would increase drastically in the classical Component Mode Synthesis framework. If many nodes are potentially loaded, or the contact area is not known a-priori and only a small number of nodes is loaded simultaneously, the system is described in this contribution with the parameter-dependent force position. This enables the application of parametric model order reduction methods. Here, two techniques based on matrix interpolation are described which transform individually reduced systems and allow the interpolation of the reduced system matrices to determine reduced systems for any force position. The online-offline decomposition and description of the force distribution onto the reduced elastic body are presented in this contribution. The proposed framework enables the simulation of elastic multibody systems with moving loads efficiently because it solely depends on the size of the reduced system. Results in frequency and time domain for the simulation of a thin-walled cylinder with a moving load illustrate the applicability of the proposed method.

PL

W sprężystym układzie wieloczłonowym rozważane są duże, nieliniowe ruchy ciał sztywnych oraz małe odkształcenia sprężyste. W rosnącej liczbie zastosowań, np. W przemyśle motoryzacyjnym, procesach toczenia i frezowania, pozycja sił działających na ciało sprężyste jest zmienna. Redukcja rzędu modelu, niezbędna by umożliwić efektywną symulację, wymaga wyznaczenia funkcji ansatz, które zależą od zmiennej pozycji sił. Przy wielkiej liczbie możliwych punktów interakcji rozmiar zredukowanego systemu rósłby gwałtownie, gdyby stosować klasyczny schemat syntezy modów składowych (Component Mode Synthesis). Jeśli wiele węzłów jest potencjalnie obciążonych, lub obszar styku nie jest znany a priori, w ujęciu przedstawionym w artykule system opisuje się przy pomocy zależnej od parametru pozycji sił. Umożliwia to zastosowanie metod parametrycznej redukcji rzędu modelu. W artykule opisano dwie techniki oparte na interpolacji macierzowej, które transformują poszczególne systemy zredukowane, umożliwiają interpolację macierzy zredukowanych systemów i pozwalają wyznaczyć systemy zredukowane dla dowolnej pozycji sił. Zaprezentowano dekompozycję w trybie online-offline oraz opis rozkładu sił na zredukowanym ciele sprężystym. Zaproponowany schemat postępowania umożliwia efektywną symulację sprężystych układów wieloczłonowych z ruchomymi obciążeniami, gdyż zależy ona wyłącznie od rozmiaru zredukowanego systemu. Przedstawiono wyniki symulacji w dziedzinie czasu i częstotliwości dla cienkościennego cylindra z ruchomym obciążeniem, które ilustrują możliwości zastosowań proponowanej metody.

5

Model Order Reduction of Large-Scale Finite Element Systems in an MPI Parallelized Environment for Usage in Multibody Simulation

63%

Volzer T. , Eberhard P.

Archive of Mechanical Engineering

|

2016

|

tom Vol. LXIII, nr 4

475--494

EN

The use of elastic bodies within a multibody simulation became more and more important within the last years. To include the elastic bodies, described as a finite element model in multibody simulations, the dimension of the system of ordinary differential equations must be reduced by projection. For this purpose, in this work, the modal reduction method, a component mode synthesis based method and a moment-matching method are used. Due to the always increasing size of the non-reduced systems, the calculation of the projection matrix leads to a large demand of computational resources and cannot be done on usual serial computers with available memory. In this paper, the model reduction software Morembs++ is presented using a parallelization concept based on the message passing interface to satisfy the need of memory and reduce the runtime of the model reduction process. Additionally, the behaviour of the Block-Krylov-Schur eigensolver, implemented in the Anasazi package of the Trilinos project, is analysed with regard to the choice of the size of the Krylov base, the blocksize and the number of blocks. Besides, an iterative solver is considered within the CMS-based method.

PL

W ostatnich latach w symulacji układów wieloczłonowych coraz ważniejsze staje się uwzględnianie odkształcalności członów. By w symulacji układu wieloczłonowego można było wykorzystać człony odkształcalne, modelowane metodą elementów skończonych, rozmiar układu równań różniczkowych zwyczajnych musi być zredukowany drogą projekcji.W tym celu w prezentowanej pracy zastosowano metodę redukcji modalnej, metodę opartą na syntezie składowych postaciowych (CMS) oraz metodę dopasowania momentów. Wobec wciąż rosnącego rozmiaru układów niezredukowanych, obliczanie macierzy projekcji prowadzi do wielkiego zapotrzebowania na moce obliczeniowe i nie może być wykonane na zwykłych, szeregowych komputerach. W pracy zaprezentowano oprogramowanie do redukcji modelu Morembs++, w którym wykorzystuje się obliczenia równoległe z interfejsem transmisji wiadomości (MPI), co zaspokaja zapotrzebowanie na pamięć i zmniejsza czas wykonania niezbędnych obliczeń. Ponadto działanie blokowego solvera wartości własnych Kryłowa-Schura, zaimplementowanego w pakiecie oprogramowania Anasazi z projektu Trilinos, zostało przeanalizowane pod kątem wyboru rozmiaru bazy Kryłowa, rozmiaru bloku i liczby bloków. Rozważono także użycie solvera iteracyjnego w ramach metody opartej na syntezie składowych postaciowych (CMS).

6

Simulation of elastic gears with non-standard flank profiles

51%

Do T. P. , Siegler P. , Eberhard P.

Archive of Mechanical Engineering

|

2013

|

tom Vol. LX, nr 1

55--73

EN

There exist cases where precise simulations of contact forces do not allow modeling the gears as rigid bodies but a fully elastic description is needed. In this paper, a modally reduced elastic multibody system including gear contact based on a floating frame of reference formulation is proposed that allows very precise simulations of fully elastic gears with appropriately meshed gears in reasonable time even for many rotations. One advantage of this approach is that there is no assumption about the geometry of the gears and, therefore, it allows precise investigations of contacts between gears with almost arbitrary non-standard tooth geometries including flank profile corrections. This study presents simulation results that show how this modal approach can be used to efficiently investigate the interaction between elastic deformations and flank profile corrections as well as their influence on the contact forces. It is shown that the elastic approach is able to describe important phenomena like early addendum contact for insufficiently corrected profiles in dependence of the transmitted load. Furthermore, it is shown how this approach can be used for precise and efficient simulations of beveloid gears.

PL

Istnieją przypadki, gdy dla dokładnej symulacji sił kontaktowych nie można modelować kół zębatych jako ciał sztywnych, lecz jest potrzebny opis w pełni sprężysty. W artykule zaproponowano model systemu wielu ciał uwzględniajacy styki między zębami, modalnie zredukowany i z zastosowaniem układu odniesienia o płynnych ramach, umożliwiający bardzo dokładną symulację w pełni sprężystych kół zębatych o różnych rodzajach zazębienia. Symulacja jest możliwa dla znacznej liczby obrotów, przy czym wymagany czas obliczeń jest stosunkowo krótki. Zaletą tego podejścia jest, że nie wymaga ono założeń co to geometrii zębów, dzięki czemu można dokładnie badać zjawiska na stykach między zębami dla dowolnych, niestandardowych geometrii zębów, w tym również o skorygowanym profilu powierzchni bocznej. W artykule przedstawiono wyniki symulacji, które pokazują, że takie modalne podejście może być użyteczne przy badaniu zależności między odkształceniami sprężystymi a korekcją profili zębów, a także ich wpływu na siły kontaktowe. Pokazano, ze stosując model sprężysty można opisywać ważne zjawiska, takie jak wczesny kontakt głowy zęba w przypadku niedostatecznej korekcji profilu w zależności od przenoszonego obciążenia. Co więcej, pokazano że opisany sposób podejścia może być wykorzystany przy precyzyjnej i wydajnej symulacji przekładni stożkowych.

7

Contacts Between Many Bodies

51%

Muth B. , Müller M. K. , Eberhard P. , Luding S.

Machine Dynamics Problems

|

2004

|

tom Vol. 28, No. 1

101-114

EN

In this paper the calculation and administration for motion and contacts of systems is investigated that are consisting of many colliding bodies. Both, two dimensional (2D) and three dimensional (3D) cases are investigated. In order to reduce the high calculation time that is usually spent on collision detection, sophisticated sorting algorithms for the neighborhood search are required. Here, these algorithms are compared with respect to their efficiency, for systems consisting of spherical 3D bodies of different sizes. The very time consuming collision detection then only needs to be done for neighboring bodies. The collision detection for polygonal bodies as well as the determination of the contact geometry is alluded. In order to simulate a very high number of contacting bodies, methods from Molecular Dynamics are used. By means of constitutive equations, the contact force can be determined, as addressed for polygonal bodies.

8

Simulation of contact forces and contact characteristics during meshing of elastic beveloid gears

51%

Do T. P. , Ziegler P. , Eberhard P.

Computer Assisted Methods in Engineering and Science

|

2014

|

tom Vol. 21, no. 2

91--111

EN

Beveloid gears, also known as conical involute gears with very complex tooth shapes, gain more and more importance in industrial practice due to their ability to realize gear stages with crossed axes. This is why they are frequently found in power transmissions. The most familiar application of beveloid gears is the reduction gear used in marine transmissions, but in the last few years they have also been used increasingly often in the automotive industry. In the last decade many studies on beveloid gears were published, however, the meshing between teeth and the contact characteristics during meshing of beveloid gears still have not been studied in detail using fully elastic models. In this work, the fully elastic multibody approach will be applied to study contact forces and contact characteristics including contact patterns during meshing of straight beveloid gears. To validate the fully elastic approach, simulation results of a beveloid gear pair by finite element method and by the fully elastic multibody system are compared. The comparison shows very good agreement.