UM 3D Contact

UM 3D Contact

 Das UM 3D-Contact Modul


Allgemeine Informationen

Anwendungen des UM 3D-Contact Modul

Allgemeine Informationen

Das UM 3D-Contact Modul ermöglicht eine Berechnung des Kontaktes zwischen dreidimensionalen Körper und erweitert dadurch die Möglichkeiten einer Modellierung von Kontaktinteraktion.

Die Berechnungsmethode basiert auf der Modellierung der Kontaktinteraktionen zwischen beliebigen dreidimensionalen konvexen Polyedern. Das UM 3D-Contact Modul unterstützt die Berechnung der Kontaktinteraktionen folgender geometrischer Objekte: Quader, Zylinder, Kegel, Kugel, Polyeder (regelmäßige und dreidimensionale).

Zur Durchführung der Berechnung von Kontaktinteraktion muss der Anwender den in Kontakt tretenden Körpern eine entsprechende Kontaktvielfalt zuordnen. Alle Körper mit einer zugeordneten Kontaktvielfalt treten in Kontaktinteraktion miteinander. Jeder Kontaktparameter für jedes Objektpaar, sowie das Ein- und Ausschalten des  Kontaktes zwischen Paaren kann  im Programm separat eingestellt werden. Bei der Kontaktanalyse muss das für die Kontaktvielfalt ausgewählte grafische Objekt nicht immer mit dem tatsächlichen Körper übereinstimmen. Eine vereinfachte Beschreibung des Interaktionskontaktes mit Hilfe der oben genannten graphischen Objekte wird in erster Linie zur Reduzierung des Berechnungsaufwandes des Interaktionskontaktes verwendet und trägt zur Verkürzung des zeitlichen Aufwandes der Modellierung der Geometrie in Echtzeit bei.

Darüber hinaus unterstützt UM 3D-Contact Modul eine Parametrisierung der die Kontaktvielfältigkeit beschreibenden grafischen Objekte. Diese Parametrisierung ermöglicht die Betrachtung eines breiten Spektrums von in Kontakt tretenden Körpern einfach durch die Änderung der entsprechenden Parameter, ohne die Notwendigkeit einer Überarbeitung der graphischen Objekte.

Das Kräftemodel der Kontaktinteraktion beinhaltet eine elastisch-dissipative Komponente und die trockene Reibungskraft, die das Wechselspiel zwischen der Haft- und Gleitreibung bestimmt.

 

Anwendungen des UM 3D-Contact Modul

 
Das UM 3D-Contact Modul erweitert den Kreis der lösbaren Aufgaben sowie die Möglichkeit der Kontaktmodellierung in der UM Software selbst. Einige kommerzielle Projekte nutzen das UM 3D-Contact Modul um adäquate und vielseitige Modelle zu erzeugen.

Beispiel 1: Robotik

Die Robotik ist eines der praktischen Anwendungsgebiete des UM 3D-Contact Modul. Bei der Modellierung von Rad- und Kettenfahrzeugrobotern werden alle Kontaktinteraktionen in Echtzeit berücksichtigt: die Interaktionen zwischen den einzelnen Roboterkomponenten, zwischen manipulierbaren Objekten und Hindernissen, Interaktionen mit Untergründen komplizierter Art, Interaktionen des Robotergreifarms mit manipulierbaren Objekten, Kollision des Roboters mit Hindernissen sowie die Schaukelbewegungen der Fahrzeugräder in unebenem Gelände.

Beispiele der Simulation des Roboterfahrzeug KRT-2001, 2 und seines Greifarms:

Robot KRT-200. Manipulation of scene objects  Robot KRT-200. Removal of obstacles by mouldboard/blade  Robot KRT-200. Operations with manipulation


1 der KRT 200 wurde von Spezialisten des Zentrums für Ausbildung, Forschung und Entwicklung für Robotik (ETECR, Moscow) Die Autoren dankt dem ETECR und insbesondere Valery Nikitin für das zur Verfügung gestellte Material.
2 das Model mit Kontrolpanel ist in UM unter Samples verfügbar,siehe ..samples/robots/krt_200.

Beispiel 2: Stabilität einer antiken Säule

Im zweiten Bespiel wird die Stabilität einer antiken Säule bei einem Erdbeben untersucht3, 4Mit Hilfe von Messungen eines realen Erdbebens wird die Bewegung des Untergrunds auf dem die Säule steht simuliert. Das Model der Säule besteht aus drei Teilen: Sockel, Schaft und Kapitell. Die Kontaktvielfalt aller Körper entspricht deren graphischen Formen. 



 



3 das Modell wurde von der Geologischen Fakultät des Geologischen Instituts der Universität Köln erstellt. Die Autoren danken Professor Klaus G. Hinzen für das zur Verfügung gestellte.
4 das Model ist in UM unter Samples verfügbar, siehe.. samplesmiscearthquake.

 

Sample 3: frictional wedge of three-pieces bogie

Eine weitere Anwendung des UM 3D-Contact Modul ist die Simulation der Keil Reibung eines dreiachsigen Bogies eines Güterwagons5. Alle Kontaktinteraktionen zwischen den Systemelementen (Keil, Querrahmen, Bolster) werden im Rahmen der Methodologie des UM 3D-Contact Modul modelliert. Für jeden Körper wird eine Kontaktvielfalt auf Basis der graphischen Form (aus CAD importiert) erzeugt. Das betrachtete Modell beinhaltet nur einige Elemente eines dreiachsigen Bogies eines Güterwagons und ist ausschließlich zum Testen der Reibungsschwingungsdämpfung sowie zur Demonstration der Möglichkeiten des UM 3D-Contact Modul gedacht. Die Bewegung des Bolsters im Model ist als zeitabhängige Funktion mit parametrisierter Amplitude und Frequenz vorgegeben:

  

 
5 das Model ist in UM unter Samples verfügbar, siehe ..samplesrail vehicles wedgetest3dcontact.