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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 14 / Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen  → Institut für konstruktiven Ingenieurbau (IKI)  → Fachgebiet Stahl- und Verbundbau  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2016102051090

Title: Large Numerical Models in Continuous Hybrid Simulation
Authors: Obón Santacana, Ferran
???metadata.dc.subject.swd???: HybridsimulationNumerisches Modell
???metadata.dc.subject.ddc???: 620 - Ingenieurwissenschaften (Engineering and allied operations)
Issue Date: 20-Oct-2016
Abstract: Hybrid simulation is a technique that combines experimental and numerical testing and has been used for the last decades in the fields of aerospace, civil and mechanical engineering. During this time, most of the research has focused on developing algorithms and the necessary technology, including but not limited to, error minimisation techniques, phase lag compensation and faster hydraulic cylinders. However, one of the main shortcomings in hybrid simulation that has pre- vented its widespread use is the size of the numerical models and the effect that higher frequencies may have on the stability and accuracy of the simulation. The first chapter in this document provides an overview of the hybrid simulation method and the different hybrid simulation schemes, and the corresponding time integration algorithms, that are more commonly used in this field. The scope of this thesis is presented in more detail in chapter 2: a substructure algorithm, the Substep Force Feedback (Subfeed), is adapted in order to fulfil the necessary requirements in terms of speed. The effects of more complex models on the Subfeed are also studied in detail, and the improvements made are validated experimentally. Chapters 3 and 4 detail the methodologies that have been used in order to accomplish the objectives mentioned in the previous lines, listing the different cases of study and detailing the hardware and software used to experimentally validate them. The third chapter contains a brief introduction to a project, the DFG Subshake, whose data have been used as a starting point for the developments that are shown later in this thesis. The results obtained are presented in chapters 5 and 6, with the first of them focusing on purely numerical simulations while the second of them is more oriented towards a more practical application including experimental real-time hybrid simulation tests with large numerical models. Following the discussion of the developments in this thesis is a list of hardware and software requirements that have to be met in order to apply the methods described in this document, and they can be found in chapter 7. The last chapter, chapter 8, of this thesis focuses on conclusions and achievements extracted from the results, namely: the adaptation of the hybrid simulation algorithm Subfeed to be used in conjunction with large numerical models, the study of the effect of high frequencies on the substructure algorithm and experimental real-time hybrid simulation tests with vibrating subsystems using large numerical models and shake tables. A brief discussion of possible future research activities can be found in the concluding chapter.Die Hybride Simulation ist eine Technik, die einen experimentellen und einen numerischen Versuchsaufbau miteinander verbindet und in den letzten Jahrzenten im Bereich der Luft- und Raumfahrt sowie im Bau- und Maschinenbauingenieurwesen seine Anwendung fand. Während dieser Zeit wurde der größte Focus auf die Entwicklung von Algorithmen einschließlich der benötigten Technologie gelegt, einschließlich aber nicht nur begrenzt auf: Fehlerminimierung, Verringerung der Phasenverschiebung und Einsatz von schnellen Hydraulikzylindern. Ein bestehendes Defizit der Hybriden Simulationen mit der Folge, dass sich die Technik noch nicht sehr verbreitet hat, liegt an der Größe der numerischen Modellen und dass sich höhere Frequenzen auf die Stabilität und Genauigkeit der Simulationen auswirken. Das erste Kapitel dieses Dokumentes liefert einen Überblick über die Methoden der Hybriden Simulationen und der verschiedenen Regelungen der Hybriden Simulationen sowie die am häufigsten zur Anwendung kommenden Zeitverlaufsalgorithmen. Das Ziel dieser Dissertation ist in Kapitel 2 genauer beschrieben. Der „Substep Force Feedback (Subfeed)“ Algorithmus wurde verwendet um die notwendigen Anforderungen hinsichtlich der Geschwindigkeit zu erfüllen. Die Auswirkungen komplexerer Modelle auf den Subfeed wurden ebenfalls detalliert untersucht und Verbesserungen experimentell validiert. Kapitel 3 und 4 befasst sich detailliert mit den verwendeten Methoden die eingesetzt werden um die erwähnten Ziele zu erreichen, Beschreibung der unterschiedlichen Anwendungsbeispiele sowie detaillierte Angabe zur Hardware und Software für die Validierung des experimentellen Versuchsaufbaus. Das dritte Kapitel beinhaltet zudem eine kurze Einführung in das DFG Projekt Subshake, dessen Daten als Grundlage für die weiteren Entwicklungen, die später in der Arbeit gezeigt werden, dienen. Die beobachteten Ergebnisse werden in Kapitel 5 und 6 präsentiert, zunächst die reinen numerischen Simulation, im Anschluss daran ein praxisnahes Anwendungsbeispiel bestehend aus einer experimentellen hybriden Echtzeitsimulation mit großen numerischen Modellen. Danach folgt die Diskussion den Entwicklungen in Form einer Auflistung mit den erforderlichen Hardware und Software Komponenten die einzuhalten sind um die beschriebenen Methoden anzuwenden. Hierzu dient Kapitel 7 gefunden werden. Das letzte Kapitel dieser Arbeit, Kapitel 8, befasst sich mit den Schlussfolgerungen und den Erkenntnissen aus den Ergebnissen die da wären: die Anpassung des Hybriden Substruktur Algorithmus Subfeed für die Nutzung in Verbindung mit großen numerischen Modellen, die Studien über die Auswirkungen von hohen Frequenzen auf den Substruktur Algorithmus sowie experimentelle hybride Echtzeitsimulationen mit schwin- genden Substrukturen unter Verwendung großer numerischer Modelle und eines Schwingtisches. Die Arbeit schließt mit eine kurze Diskussion über mögliche zukünftige Forschungsarbeiten.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2016102051090
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