Skip to main content
Erschienen in: Production Engineering 3/2016

29.04.2016 | Computer Aided Engineering

Computation of thermo-elastic deformations on machine tools a study of numerical methods

verfasst von: Andreas Naumann, Norman Lang, Marian Partzsch, Michael Beitelschmidt, Peter Benner, Axel Voigt, Jörg Wensch

Erschienen in: Production Engineering | Ausgabe 3/2016

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

Modern machine tools are highly optimized with respect to their design and the production processes they are capable to. Now for further advances, especially a detailed knowledge about the thermo-elastic behavior is needed, because the nowadays still existing deficits are mainly related to this. That is why, endeavors in improvement, like the optimization of the design, the evaluation of new materials and the regulation of the production process, particularly rely on accurate computed thermal deformations. One possible approach to increase their quality is to also include the relevant structural variabilities of the machine tools as well as the resulting interactions between the coupled parts within the calculations. In this article, three different numerical methods are presented, which include structural motions in thermo-elastic analyses. Thereby, several conflicting criteria, like real-time capability, memory saving issues and accuracy are fulfilled each time in a different manner. Those methods are afterwards compared with respect to their runtime and accuracy. Finally, the paper concludes with a classification of the usability of the methods in real-time control and optimization tasks.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Fußnoten
1
Collaborative Research Center/Transregio 96—“Thermo-Energetic Design of Machine Tools,” http://​transregio96.​de.
 
2
AMDiS - Adaptive Multi-Dimensional Simulations, www.​amdis-fem.​org/​.
 
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Antoulas AC (2005) Approximation of large-scale dynamical systems. SIAM Publications, PhiladelphiaCrossRefMATH Antoulas AC (2005) Approximation of large-scale dynamical systems. SIAM Publications, PhiladelphiaCrossRefMATH
2.
Zurück zum Zitat Baur U, Beattie CA, Benner P, Gugercin S (2011) Interpolatory projection methods for parameterized model reduction. SIAM J Sci Comput 33(5):2489–2518MathSciNetCrossRefMATH Baur U, Beattie CA, Benner P, Gugercin S (2011) Interpolatory projection methods for parameterized model reduction. SIAM J Sci Comput 33(5):2489–2518MathSciNetCrossRefMATH
5.
Zurück zum Zitat Freitas F, Rommes J, Martins N (2008) Gramian-based reduction method applied to large sparse power system descriptor models. IEEE Trans Power Syst 23(3):1258–1270CrossRef Freitas F, Rommes J, Martins N (2008) Gramian-based reduction method applied to large sparse power system descriptor models. IEEE Trans Power Syst 23(3):1258–1270CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Großmann K, Städel C, Galant A, Mühl A (2012) Werkzeugmaschinen-Berechnung von Temperaturfeldern an Werkzeugmaschinen. Zeitschrift fur Wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 107(6):452–456 Großmann K, Städel C, Galant A, Mühl A (2012) Werkzeugmaschinen-Berechnung von Temperaturfeldern an Werkzeugmaschinen. Zeitschrift fur Wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 107(6):452–456
7.
Zurück zum Zitat Gerisch A, Naumann A, Wensch J (2015) Defect corrected averaging for highly oscillatory problems. Appl Math Comput 261(0):90–103MathSciNet Gerisch A, Naumann A, Wensch J (2015) Defect corrected averaging for highly oscillatory problems. Appl Math Comput 261(0):90–103MathSciNet
8.
Zurück zum Zitat Gugercin S, Antoulas AC, Beattie C (2008) \({\cal H}_2\) model reduction for large-scale dynamical systems. SIAM J Matrix Anal Appl 30(2):609–638MathSciNetCrossRefMATH Gugercin S, Antoulas AC, Beattie C (2008) \({\cal H}_2\) model reduction for large-scale dynamical systems. SIAM J Matrix Anal Appl 30(2):609–638MathSciNetCrossRefMATH
9.
Zurück zum Zitat Haasdonk B, Ohlberger M (2009) Efficient reduced models for parametrized dynamical systems by offline/online decomposition. In: Proceedings of MATHMOD 2009, 6th Vienna international conference on mathematical modelling Haasdonk B, Ohlberger M (2009) Efficient reduced models for parametrized dynamical systems by offline/online decomposition. In: Proceedings of MATHMOD 2009, 6th Vienna international conference on mathematical modelling
10.
Zurück zum Zitat Hüeber S, Wohlmuth B (2009) Thermo-mechanical contact problems on non-matching meshes. Comput Methods Appl Mech Eng 198:1338–1350CrossRefMATH Hüeber S, Wohlmuth B (2009) Thermo-mechanical contact problems on non-matching meshes. Comput Methods Appl Mech Eng 198:1338–1350CrossRefMATH
11.
Zurück zum Zitat Jungnickel G (2010) Simulation des thermischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen/Modellierung und Parametrierung. Inst. für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik, Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen, Inst. für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik, Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen, Dresden Jungnickel G (2010) Simulation des thermischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen/Modellierung und Parametrierung. Inst. für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik, Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen, Inst. für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik, Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen, Dresden
12.
Zurück zum Zitat Lang N, Saak J, Benner P (2014) Model order reduction for systems with moving loads. at-Automatisierungstechnik 62(7):512–522CrossRef Lang N, Saak J, Benner P (2014) Model order reduction for systems with moving loads. at-Automatisierungstechnik 62(7):512–522CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Nestmann S (2006) Mittel und Methoden zur Verbesserung des thermischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen. In: Reinhart G, Zäh M (eds) IWB Seminarberichte, vol 83. Herbert Utz Verlag Nestmann S (2006) Mittel und Methoden zur Verbesserung des thermischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen. In: Reinhart G, Zäh M (eds) IWB Seminarberichte, vol 83. Herbert Utz Verlag
14.
Zurück zum Zitat Partzsch M, Beitelschmidt M (2015) Simulation of pose- and process-dependent machine tool models. In: Großmann K (ed) Thermo-energetic design of machine tools, chap. 6, pp 61–68. Springer International Publishing, Switzerland. doi:10.1007/978-3-319-12625-8_6 Partzsch M, Beitelschmidt M (2015) Simulation of pose- and process-dependent machine tool models. In: Großmann K (ed) Thermo-energetic design of machine tools, chap. 6, pp 61–68. Springer International Publishing, Switzerland. doi:10.​1007/​978-3-319-12625-8_​6
15.
Zurück zum Zitat Saad Y, Schultz MH (1986) Gmres: a generalized minimal residual algorithm for solving nonsymmetric linear systems. SIAM J Sci Stat Comput 7(3):856–869MathSciNetCrossRefMATH Saad Y, Schultz MH (1986) Gmres: a generalized minimal residual algorithm for solving nonsymmetric linear systems. SIAM J Sci Stat Comput 7(3):856–869MathSciNetCrossRefMATH
16.
Zurück zum Zitat Strehmel K, Weiner R, Podhaisky H (2012) Numerik gewöhnlicher Differentialgleichungen/nichtsteife, steife und differential-algebraische Gleichungen, 2., überarb. und erw. aufl. edn. Springer Spektrum, Springer Spektrum Strehmel K, Weiner R, Podhaisky H (2012) Numerik gewöhnlicher Differentialgleichungen/nichtsteife, steife und differential-algebraische Gleichungen, 2., überarb. und erw. aufl. edn. Springer Spektrum, Springer Spektrum
18.
Zurück zum Zitat Witkowski T, Ling S, Praetorius S, Voigt A (2015) Software concepts and numerical algorithms for a scalable adaptive parallel finite element method. Advances in computational mathematics, pp 1–33. doi:10.1007/s10444-015-9405-4 Witkowski T, Ling S, Praetorius S, Voigt A (2015) Software concepts and numerical algorithms for a scalable adaptive parallel finite element method. Advances in computational mathematics, pp 1–33. doi:10.​1007/​s10444-015-9405-4
Metadaten
Titel
Computation of thermo-elastic deformations on machine tools a study of numerical methods
verfasst von
Andreas Naumann
Norman Lang
Marian Partzsch
Michael Beitelschmidt
Peter Benner
Axel Voigt
Jörg Wensch
Publikationsdatum
29.04.2016
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Production Engineering / Ausgabe 3/2016
Print ISSN: 0944-6524
Elektronische ISSN: 1863-7353
DOI
https://doi.org/10.1007/s11740-016-0674-7

Weitere Artikel der Ausgabe 3/2016

Production Engineering 3/2016 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.