MORPACK – Model Order Reduction PACKage

Beschreibung

Die Verwendung elastischer Körper in elastischen Mehrkörpersystemen (EMKS) ist Stand der Technik, um dynamische Vorgänge in Maschinen und deren Antrieben realitätsnah simulieren zu können. Die Erstellung elastischer Körper ausgehend von FE-Modellen ist dabei ein wesentlicher Schritt, jedoch bisher wenig standardisiert. Der gesamte Ablauf von der Modellvorbereitung, über die Modellreduktion bis hin zum Export des reduzierten elastischen Körpers ist bislang mit einer Vielzahl von Teilschritten in unterschiedlichen Programmen verbunden, kaum automatisiert und aufgrund der Vielfalt an möglichen Einstellungen wenig anwenderfreundlich und  fehleranfällig. Mit der Software MORPACK wird angestrebt, diesen Prozess zu verbessern, indem zunächst sämtliche Teilschritte und Einstellungen systematisiert werden. Im Anschluss sollen automatische Einstellungen festgelegt werden, die zu einer größtmöglichen Automatisierung sowie Standardisierung führen.

Zielstellung

Automatisierte Erstellung von Modell elastischer Körper basierend auf FE-Modellen zur Verwendung in elastischen Mehrkörpersystemen (EMKS). Der automatisierte Prozess beinhaltet Datenimport, Modellvorbereitung (Definition von Anbindungen und zusätzlichen Master-Knoten), Modellordnungsreduktion (mit Rücktransformation und Mode-Truncation), Qualitätssicherung durch Korrelationsverfahren und Datenexport. Ein Teilziel ist die Berücksichtigung von Randbedingungen im Einbauzustand durch Vorsimulation im EMKS-Verbund.

MORPACK ist ein an der Professur entstandenes Werkzeug, um FE-Modelle mittels alternativer Reduktionstechniken zu reduzieren und durch Korrelationstechniken geeignet zu validieren. Mit MORPACK wird der gesamte Ablauf zur Erstellung eines elastischen Körpers in einem Werkzeug vereint. Die Erstellung erfolgt automatisiert mittels komfortabler Benutzeroberfläche und ist auf die speziellen Nutzeranforderungen im EMKS zugeschnitten. MORPACK agiert dabei als Schnittstelle zwischen FE-Programm und MKS-Software (Abbildung 1).

MORPACK ist komplett in MATLAB umgesetzt und derzeit noch Forschungsgegenstand. Die Software wird stetig erweitert und verbessert. Derzeit ist MORPACK nicht kommerziell erhältlich. Für forschungsnahe Zusammenarbeiten oder Studienarbeiten kann eine Testversion zur Verfügung gestellt werden. Gern übernehmen wir auch die Reduktion und Validierung von Modellen bis hin zur Erstellung elastischer Körper für SIMPACK im Rahmen einer Dienstleistung. Für Demonstrationen und die Beantwortung von Fragen stehen die Mitarbeiter der Professur jederzeit zur Verfügung.

Aktueller Stand

Die Software deckt den gesamten Erstellungsprozess des elastischen Körpers ab und wurde für zahlreiche Modelle unterschiedlicher Größe erprobt und getestet. Für viele Einstellungen existiert bereits eine optimale Vorauswahl. Die finalen Einstellungen zur größtmöglichen Automatisierung werden derzeit anhand von Verifikationsmodellen ermittelt. Die Software wird stetig erweitert und hinsichtlich Anwenderfreundlichkeit und Effizienz verbessert.

Wetere Information zu MORPACK , oder zum Herunterladen der  MORPACK - Flyer 

Veröffentlichungen

• Beitelschmidt, M.; Lein, C.: Back-Transformation into Physical Configuration Space after Model Order Reduction onto a General Subspace. PAMM-Proceedings of Applied Mathematics and Mechanics, Vol. 15, November 2015, Accepted
• Lein, C.; Beitelschmidt, M.; Bernstein, D.: Improvement of Krylov-Subspace-Reduced Models by Iterative Mode-Truncation, 8th Vienna International Conference on Mathematical Modelling, Wien, Februar 2015.
• Lein, C.; Beitelschmidt, M.: Comparative study of model correlation methods with application to model order reduction. Tagungsband 26th ISMA (International Conference on Noise and Vibration Engineering), Leuven, Belgien, pp. 2683-2700, 2014.
• Lein, C.; Beitelschmidt, M.: Impact of Geometry Simplification and Element Size on the FEM-MBS-Coupling-Process, NAFEMS European Conference on Coupled MBS-FE Applications, Frankfurt, November 2013.
• Lein, C.; Beitelschmidt, M.: MORPACK-Schnittstelle zum Import von FE-Strukturen nach SIMPACK, at-Automatisierungstechnik, Jahrgang 60 (2012) Heft 9, Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München, pp. 547-559.
• Lein, C.; Beitelschmidt, M.: MORPACK-Schnittstelle zum Import von FE-Strukturen nach SIMPACK. GMA-Fachausschuss 1.30, Salzburg, September 2011.
• Lein, C.; Beitelschmidt, M.: MORPACK interface for importing FE-structures into SIMPACK by using alternative MOR-methods, SIMPACK User Meeting, Salzburg, Mai 2011.
• Koutsovasilis, P., Beitelschmidt, M.: Model order reduction of finite element models: improved component mode synthesis. Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, Volume 16, Ausgabe I, Februar 2010 , pp. 57-73.
• Koutsovasilis, P.: Model Order Reduction in Structural Mechanics - Coupling the Rigid and Elastic Multi Body Dynamics. Dissertation, Technische Universität Dresden, 2009.
• Koutsovasilis, P., Beitelschmidt, M.: MORPACK Toolbox for Coupling Rigid and Elastic Multibody Dynamics. NAFEMS World Congress, 2009.