Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Untersuchungen zum Schwingungsverhalten von Vibrationsplatten mit Hilfe der Mehrkörperdynamik
Die Bodenverdichtung dient der Verbesserung der bautechnischen Eigenschaften von Böden und stellt die Grundlage bei der Befestigung von Verkehrswegen, Erd- und Dammbauarbeiten, Gründungsflächen für Bauwerke und der Anlage von Dichtungsschichten dar. Die erreichbare Verdichtung hängt von der Bodenart und ihre Eigenschaften sowie vom Verdichtungsgerät ab. Zur Verdichtung kommen u.a. Vibrationsplatten zum Einsatz, die konstruktiv so ausgelegt sind, dass nicht nur die vertikale Arbeitsbewegung, sondern auch die horizontale Fortbewegung selbstantreibend durch rotierende Unwuchtmassen geleistet wird. Hierbei werden Vibrationsplatten unterschieden, die sich aufgrund ihrer konstruktiven Ausführung nur in eine Richtung bewegen und solchen, die mit Hilfe von Steuereinheiten eine Umkehr der Bewegungsrichtung erlauben. Für die virtuelle Produktentwicklung wird in der vorliegenden Arbeit ein Berechnungsmodell vorgestellt, das als hybrides Mehrkörpersystem aufgebaut ist und sowohl die dynamischen Eigenschaften der Vibrationsplatte als auch die des Bodens berücksichtigt. Es wird gezeigt, wie sich Böden unterschiedlichen Verdichtungsgrades abbilden und in ein MKS-Modell integrieren lassen. Wird das Bewegungsverhalten nicht durch Eigenfrequenzen einzelner Vibrationsplatten-Baugruppen dominant beeinflusst, ist der Aufbau des Modells als Starrkörpersystem ausreichend. Die Bewegungszustände der Untermasse sind abhängig vom übertragenen Impuls und können durch eine theoretische Betrachtung der Impulsbilanz abgeleitet werden. Die für die Bodenverdichtung relevante maximale Bodenreaktionskraft und Kontaktzeit können durch einen analytischen Zusammenhang approximiert werden. Dieser Zusammenhang ist unabhängig von Boden- oder Maschinenparameter und ist für alle Vibrationsplatten gültig, die einen konventionellen Doppelwellen-Fliehkraft-Erreger aufweisen. Es werden Erregervarianten vorgestellt mit deren Hilfe das Verhältnis aus maximaler Bodenreaktionskraft und Kontaktzeit unabhängig vom analytischen Zusammenhang beeinflusst werden kann. Die notwendige Komplexität des Simulationsmodells ist abhängig von den geforderten Simulationsergebnissen. Durch den Einsatz des hybriden Mehrkörpermodells können sehr realitätsnahe Simulationsergebnisse erzielt werden und erlauben genauere Untersuchungen der Phänomene an Vibrationsplatten und deren Zusammenhänge.
Untersuchungen zum Schwingungsverhalten von Vibrationsplatten mit Hilfe der Mehrkörperdynamik
Die Bodenverdichtung dient der Verbesserung der bautechnischen Eigenschaften von Böden und stellt die Grundlage bei der Befestigung von Verkehrswegen, Erd- und Dammbauarbeiten, Gründungsflächen für Bauwerke und der Anlage von Dichtungsschichten dar. Die erreichbare Verdichtung hängt von der Bodenart und ihre Eigenschaften sowie vom Verdichtungsgerät ab. Zur Verdichtung kommen u.a. Vibrationsplatten zum Einsatz, die konstruktiv so ausgelegt sind, dass nicht nur die vertikale Arbeitsbewegung, sondern auch die horizontale Fortbewegung selbstantreibend durch rotierende Unwuchtmassen geleistet wird. Hierbei werden Vibrationsplatten unterschieden, die sich aufgrund ihrer konstruktiven Ausführung nur in eine Richtung bewegen und solchen, die mit Hilfe von Steuereinheiten eine Umkehr der Bewegungsrichtung erlauben. Für die virtuelle Produktentwicklung wird in der vorliegenden Arbeit ein Berechnungsmodell vorgestellt, das als hybrides Mehrkörpersystem aufgebaut ist und sowohl die dynamischen Eigenschaften der Vibrationsplatte als auch die des Bodens berücksichtigt. Es wird gezeigt, wie sich Böden unterschiedlichen Verdichtungsgrades abbilden und in ein MKS-Modell integrieren lassen. Wird das Bewegungsverhalten nicht durch Eigenfrequenzen einzelner Vibrationsplatten-Baugruppen dominant beeinflusst, ist der Aufbau des Modells als Starrkörpersystem ausreichend. Die Bewegungszustände der Untermasse sind abhängig vom übertragenen Impuls und können durch eine theoretische Betrachtung der Impulsbilanz abgeleitet werden. Die für die Bodenverdichtung relevante maximale Bodenreaktionskraft und Kontaktzeit können durch einen analytischen Zusammenhang approximiert werden. Dieser Zusammenhang ist unabhängig von Boden- oder Maschinenparameter und ist für alle Vibrationsplatten gültig, die einen konventionellen Doppelwellen-Fliehkraft-Erreger aufweisen. Es werden Erregervarianten vorgestellt mit deren Hilfe das Verhältnis aus maximaler Bodenreaktionskraft und Kontaktzeit unabhängig vom analytischen Zusammenhang beeinflusst werden kann. Die notwendige Komplexität des Simulationsmodells ist abhängig von den geforderten Simulationsergebnissen. Durch den Einsatz des hybriden Mehrkörpermodells können sehr realitätsnahe Simulationsergebnisse erzielt werden und erlauben genauere Untersuchungen der Phänomene an Vibrationsplatten und deren Zusammenhänge.
Untersuchungen zum Schwingungsverhalten von Vibrationsplatten mit Hilfe der Mehrkörperdynamik
Lohr, Wolfgang (Autor:in)
Berichte aus dem Maschinenbau ; 1-174
2005
174 Seiten, Bilder, Tabellen, 118 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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