A differential-algebraic coupling approach for force-displacement co-simulation of flexible multibody systems with kinematic coupling

Die Simulation gekoppelter Systeme ist heutzutage allgegenwärtig. Dabei gibt es prinzipiell zwei Vorgehensweisen: monolithische Simulation oder Co-Simulation. Im Allgemeinen ist eine monolithische Simulation stabiler, vorteilhaft für die industrielle Praxis ist jedoch Co-Simulation. Ebenso für unser Ziel: die effiziente Simulationen von Mehrkörpersystemen mit kinematisch gekoppelten flexiblen Strukturen. Da bestehende Kopplungsstrategien meist sehr restriktiv sind, leiten wir, ausgehend von einer Beschreibung der kinematischen Kopplung mittels algebraischer Zwangsbedingung, eine allgemeingültige und effiziente Weg-Kraft Co-Simulation her. Darüber hinaus wird die Stabilität der vorgestellten differential-algebraischen Kopplungsstrategie untersucht. Ein bestimmtes Massenverhältnis stellt sich dabei als entscheidend für eine stabile Co-Simulation heraus und kann durch Modifikation der räumlichen Diskretisierung der flexiblen Struktur verbessert werden. Zur Veranschaulichung unserer Kopplungsstrategie wird ein einfaches Testproblem sowie ein komplexes, nichtlineares Beispiel genutzt. Letzteres unterstreicht die praktische Anwendbarkeit unseres Ansatzes.