Modellierung und Simulation inelastischer Effekte in Verbundkabeln

Core Concepts

Das Ziel dieser Arbeit ist es, das beobachtete Hystereseverhalten von Kabeln unter zyklischer Biegung mithilfe des Preisach-Operators zu modellieren.

Abstract

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung des inelastischen Verhaltens von Kabeln unter Biegung. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass Kabel bei zyklischer Biegung offene Hystereseschleifen aufweisen, wobei sich der erste Belastungszyklus deutlich von den folgenden unterscheidet. Um dieses Verhalten zu beschreiben, wird der Preisach-Operator verwendet, der eine Superposition von Relais-Operatoren ist und Hysteresephänomene allgemein beschreiben kann, ohne spezifische Annahmen über das Materialverhalten treffen zu müssen. Ausgehend von den experimentell gemessenen Daten zur Biegekrümmung und zum Biegemoment wird rekursiv die Preisach-Ebene definiert. Ziel ist es, eine geeignete Kernfunktion ω(r,s) zu finden, so dass die Integration dieser Funktion über die Preisach-Ebene das gemessene Biegemoment möglichst gut approximiert. Dazu wird ein Optimierungsproblem formuliert, das unter Berücksichtigung der unzureichenden experimentellen Daten gelöst wird. Die ersten Ergebnisse zeigen, dass der Preisach-Operator in der Lage ist, das beobachtete Hystereseverhalten gut zu beschreiben. Weitere Untersuchungen zur Kernfunktion und ihren Eigenschaften sind jedoch notwendig, um den Zusammenhang zur Physik des Phänomens besser zu verstehen.

Stats

Die Biegekrümmung erreicht maximal 30 1/m. Der maximale Biegewinkel beträgt etwa 0,06 rad.

Quotes

"Der Preisach-Operator ist ein sehr leistungsfähiges und vielseitiges Werkzeug, um inelastische Verformungsverhalten von Elektrokabeln und die daraus resultierenden offenen Hystereseschleifen bei Biegeversuchen zu beschreiben." "Der Preisach-Operator erfasst den Unterschied zwischen Belastungszyklen sehr gut und ist relativ einfach zu implementieren."

Key Insights Distilled From

Modeling and Simulation of Inelastic Effects in Composite Cables

by Davi... at arxiv.org 03-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.13837.pdf

Deeper Inquiries

Wie lassen sich die Eigenschaften der ermittelten Kernfunktion ω(r,s) mit den physikalischen Eigenschaften der Kabel in Verbindung bringen?

Die Eigenschaften der Kernfunktion ω(r,s) stehen in direktem Zusammenhang mit den physikalischen Eigenschaften der Kabel. Die Kernfunktion beschreibt die Hysteresisphänomene, die bei Biegeexperimenten an den Kabeln beobachtet werden. Durch die Variation von ω(r,s) können verschiedene Verformungsverhalten der Kabel modelliert werden. Die Form und Steigung der Kernfunktion spiegeln die Komplexität der inelastischen Deformationen der Kabel wider. Eine steile Kernfunktion deutet auf schnelle und starke Veränderungen im Biegeverhalten hin, während eine flachere Funktion auf langsamere und weniger ausgeprägte Verformungen hinweist. Somit können durch die Analyse der Kernfunktion ω(r,s) Rückschlüsse auf die strukturellen und materialbezogenen Eigenschaften der Kabel gezogen werden.

Welche Auswirkungen hätte eine Variation der Kabelzusammensetzung oder -geometrie auf das Hystereseverhalten und die Modellierung mit dem Preisach-Operator?

Eine Variation der Kabelzusammensetzung oder -geometrie hätte signifikante Auswirkungen auf das Hystereseverhalten und die Modellierung mit dem Preisach-Operator. Eine Änderung der Materialzusammensetzung könnte zu unterschiedlichen elastischen und inelastischen Verformungen führen, was sich direkt in der Kernfunktion ω(r,s) widerspiegeln würde. Eine veränderte Geometrie des Kabels könnte zu anderen Biegeverhalten führen, was wiederum die Form und Steigung der Kernfunktion beeinflussen würde. Somit müssten bei einer Variation der Kabelzusammensetzung oder -geometrie die Parameter der Preisach-Operator-Modellierung entsprechend angepasst werden, um das neue Verhalten korrekt abzubilden.

Inwiefern könnte die Modellierung des Hystereseverhaltens von Kabeln Einfluss auf die Auslegung und Optimierung von Kabelkonstruktionen haben?

Die Modellierung des Hystereseverhaltens von Kabeln mit dem Preisach-Operator kann einen erheblichen Einfluss auf die Auslegung und Optimierung von Kabelkonstruktionen haben. Indem man das komplexe inelastische Verhalten der Kabel genau modelliert, können Ingenieure und Designer präzisere Vorhersagen über das Verhalten der Kabel unter verschiedenen Belastungsbedingungen treffen. Dies ermöglicht es, Kabelkonstruktionen gezielt zu optimieren, um eine verbesserte Leistung und Langlebigkeit zu gewährleisten. Durch die Berücksichtigung von Hysteresiseffekten können Konstruktionsfehler vermieden und die Effizienz der Kabel verbessert werden, was letztendlich zu kostengünstigeren und zuverlässigeren Kabeln führen kann.