Uni Erlangen     Chair of Applied Dynamics 


  

Home
Team
Research
Teaching
Colloquium
Impressum

Research

Research topics of the group are situated in the field of computational mechanics, in particular dynamics and applied mathematics with focus on the development of efficient techniques for the simulation and optimisation of dynamical and control systems with applications to modern engineering and biomechanical questions. The considered problems come from elastodynamics, flexible multibody dynamics (representing e.g. parts of the human body in everyday movements and sports or industrial and medical robots), coupled and multirate systems. A goal is the simulation, optimisation and optimal control of their dynamics. Thereby, the further development of corresponding numerical methods is likewise important as the modelling of the nonlinear systems.

Forschungsinteressen (deutsch)

Die Forschung am Lehrstuhl für Technische Dynamik ist überwiegend grundlagenorientiert, Schwerpunkte liegen in der numerischen Mechanik und Dynamik. Es werden einerseits effiziente numerische Verfahren zur Simulation dynamischer Systeme, insbesondere von starren und flexiblen Mehrkörpersystemen, entwickelt. Andererseits werden Simulationsmethoden für Optimalsteuerungsprobleme entworfen. Es geht darum, vorauszusagen, wie sich ein System unter der Einwirkung von Kräften bewegen und deformieren wird, und darüber hinaus, welche Steuerungskräfte ein gewünschtes Optimalitätskriterium erzielen.

Die entwickelten Simulationsverfahren (mechanische Integratoren) gehören zu den so genannten Methoden der diskreten Mechanik und werden auf interdisziplinäre Problemstellungen angewandt. Dazu gehören zum Beispiel industrielle und medizinische Roboter, die möglichst gleichmäßige und präzise Bewegungen ausführen sollen, wie auch durch Muskeln gesteuerte Bewegungsvorgänge des menschlichen Körpers in der Biomechanik bei alltäglichen Bewegungen wie dem Gehen oder Greifen und bei Sport. Neben der Numerik spielt dabei auch die Modellierung der nichtlinearen Systeme eine entscheidende Rolle. Weitere Interessengebiete sind die Simulation von Dynamik auf verschiedenen Zeitskalen, die zum Beispiel bei der Bewegung von Molekülketten vorkommen, sowie die Betrachtung von Systemen mit Unsicherheiten und die Optimierung des Designs der Dynamik.

Bionicum Forschung: Künstliche Muskeln

SPP 1886: Polymorphic uncertainty modelling for the numerical design of structures
workshop Komplex D 14.-15.03.2017


discrete mechanics and discrete calculus
mechanical integrators and multirate integrators
constrained dynamical systems
flexible multibody dynamics
optimal control for multibody dynamics
biomechanics and human motion in athletics
industrial and medical robotics
optimal design of dynamics
modeling and dynamic simulation of dielectric elastomers as artificial muscles
rigid substructures and conformation pathways of proteins


theses

M.W. Koch. Structure preserving simulation of non-smooth dynamics and optimal control
PhD thesis, Chair of Applied Dynamics, University of Erlangen-Nuremberg, 2015.

R. Maas. Biomechanics and optimal control simulations of the human upper extremity
PhD thesis, Chair of Applied Dynamics, University of Erlangen-Nuremberg, 2014.


movies

artificial muscle simulation
optimal control of steering: minimising effort, torque change, kinetic energy, constraint forces
muscle driven arm lifting: minimising muscle activity, muscle activity change, muscle force, muscle stress, constraint forces
grasping index finger
multirate triple pendulum
swimming fish: active swimming and passive swimming
colliding trimer
three-dimensional compass gait biped
three-bar swing
satellite reorientation: fully actuated and underactuated
flexible slider-crank mechanism
kinematic pairs: revolute pair and
planar pair


posters

frustration-guided motion planning reveals conformational transitions in proteins
comparison of non-locking incompressible multi-field finite element models for dielectric actuators
clash- and constraint guided motion planning reveals conformational transition pathways in proteins
navigating protein conformation spaces by kino-geometric sampling and modulating frustrated motions
modelling and simulation of dielectric elastomer actuated multibody systems
characterizing rigidity in biomolecules with geometric tools
electrostatic-elastodynamic finite element modelling of stacked dielectric actuators
qualifying dielectric elastomer actuators for usage in complex and compliant robot kinematics
variational integration of constrained dynamics on different time scales
dynamic optimisation of a three-dimensional walker
discrete variational mechanics for elastic rods
optimal control of constrained multibody dynamics
efficient and robust integration of constrained dynamical systems
conserving integrators for constrained mechanical system