Cornelius Strackeljan
Dr.-Ing. Cornelius Strackeljan
Mehrkörperdynamik (IWTM)
Aktuelle Projekte
Eindringsimulation zur Ermittlung der Knochenbeanspruchung während Gelenkoperationen
Laufzeit: 01.01.2022 bis 30.06.2025
Moderne, schaftlose Schulterprothesen (Abbildung a) werden eingesetzt, um einen größeren Anteil der ursprünglichen Knochensubstanz zu erhalten und potenzielle Risiken konventioneller Schaftprothesen zu verringern (Herbster 2020). Sie sind so geformt, dass neu gebildetes Knochenmaterial durch sie hindurchwachsen kann, was eine gute Kraftübertragung zwischen Implanat und Knochen ermöglicht. Wie genau eine optimale Fixierung, also eine optimale Osseointegration erreicht bzw. stimuliert werden kann, ist jedoch nicht vollständig geklärt (Berth 2016).
Vor diesem Hintergrund besteht das Ziel dieses Projekts darin, die mechanische Beanspruchung im Oberarmknochen während der Operation unter Nutzung der Finite-Elemente-Methode zu simulieren. Mithilfe der Ergebnisse wird untersucht, ob eine oder mehrere mechanische Beanspruchungsgrößen, z.B. Spannungen oder elastische/plastische Dehnungen mit Messdaten der Zellaktivitiät im Knochen, die in Form vom SPECT/CT-Daten vorliegen, korrelliert werden können.
Der entwickelte Workflow sieht folgende Einzelschritte vor:
- Ableitung der relevanten Knochengeometrien sowie der genauen Lage des Implantats aus SPECT/CT-Daten (Abbildung b).
- Transformation der Geometrien sowie der Messdaten der Zellaktivität in eine Referenzlage für die Simulation.
- Ableitung eines FEM-Modells aus den CT-Daten, die in Form einer Punktewolke im dreidimensionalen Raum sowie der dazugehörigen Intensität aus der CT-Messung vorliegen (Abbildung c).
- Durchführung der Simulation mit geeigneten Materialmodellen und -daten (Abbildung d).
- Auswertung der Simulationsgergebnisse und Korrelation mit Messdaten der Zellaktivität in der Nähe des Implantats.
Abgeschlossene Projekte
Thermo-hydrodynamische Gleitlagerberechnung mit erhöhter Genauigkeit
Laufzeit: 01.07.2023 bis 31.03.2024
Dieses Projekt baut auf zwei öffentlich geförderten Vorläufer-Projekten auf, in denen detaillierte Gleitlagermodelle zur Berechnung des komplexen dynamischen Verhaltens gleitgelagerter Rotoren entwickelt wurden. Von größter Bedeutung ist in diesem Kontext die möglichst zutreffende Abbildung des nichtlinearen Lagerverhaltens, das durch nichtlineare Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften, Kavitationsvorgänge und eine nichtlineare Abhängigkeit der Schmiermittelviskosität von der Betriebstemperatur gekennzeichnet ist. Diese Abbildung erfolgt durch transiente Lösung der den Schmierfilm beschreibenden Differenzialgleichungen: der Reynolds’schen DGL und der Energiegleichung.
In den hier fortgeführten Arbeiten werden drei Aspekte eingehender untersucht:
- Genaue Berechnung von Schmierstoffströmungen in Spalthöhenrichtung. Aufgrund der sehr geringen Schmierspalthöhe (Größenordnung h<100µm über alle Baugrößen) sind diese in der Regel sehr klein, können aber dennoch einen wichtigen Beitrag zur Wärmeübertragung innerhalb des Schmierfilms leisten. Das gilt insbesondere für Axialgleitlager bei hohen Drehzahlen. Durch einen besseren Temperaturausgleich in Schmierfilmhöhenrichtung kann die Warmölübertragung signifikant erhöht werden, wodurch das Temperaturniveau insgesamt steigt.
- Untersuchung des Fliehkraftterms in der Reynolds-DGL für Axialgleitlager, der in vielen Implementierungen nicht vollständig, sondern nur bis zur Ordnung h³ berücksichtigt wird, was bei hohen Drehzahlen ebenfalls zu Ungenauigkeiten führen kann. In den untersuchten Lastfällen wird der Trägheitseinfluss durch die vereinfachte Implementierung um bis zu 15% überschätzt.
- Untersuchung von geeigneten Temperatur-Randbedingungen am Einströmrand eines Keilsegments im Gleitlager
Dynamik von Abgasturbolader-Rotoren mit gekoppelter Radial- und Axiallagerung
Laufzeit: 01.10.2019 bis 31.03.2022
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Verbesserung der bestehenden Berechnungsmethodik für schnell drehende Abgasturbolader (ATL) mit hydrodynamischen Lagern. Nachdem im Vorgängervorhaben die Radiallagerung in Form von Schwimmbuchsenlagern (blau dargestellt) im Fokus stand, adressiert das aktuelle Projekt die Modellierung der Axiallager (rot dargestellt; einfache sowie Schwimmscheibenlager). Dabei sollen die Einflüsse der Axiallager infolge ihrer nichtlinearen Kippsteifigkeit sowie der Kopplung der Axiallager zu den Radiallagern auf die Rotordynamik untersucht werden. Das schließt auch praxisrelevante Gegenlaufanregungen ein, z.B. durch Motorschwingungen.
Durch die Bewegung der Welle kommt es zur dynamischen Schiefstellung der Spurscheibe sowie ggf. der Schwimmscheibe. Die dabei auftretenden kleinen Spalte führen zu hohen Scherspannungen und damit zu einem signifikanten Wärmeeintrag in das System. Gleichzeitig existieren Wechselwirkungen zwischen den Temperaturen und den hydrodynamischen Eigenschaften (thermische Dehnungen, Viskosität), weshalb die transiente Temperaturentwicklung der Lagerpartner und des Öls modelliert werden muss. Zusätzlich sind Radial- und Axiallager über die Ölversorgungsleitungen miteinander verbunden, deren Einfluss thermo- und hydrodynamisch zu erfassen ist.
Die einzelnen Aspekte werden in einem ganzheitlichen Simulationsmodell, welches Rotor-, Hydro- und Thermodynamik umfasst, abgebildet und die zugrundeliegenden Differentialgleichungen numerisch im Rahmen einer Zeitintegration gelöst, wobei die Ergebnisse des Vorgängervorhabens konsequent weiterentwickelt werden.
Letztendlich soll die verlässliche Simulation subharmonischer Schwingungen in Frequenz und Amplitude ermöglicht werden, da diese sowohl sicherheitsrelevante Fragestellungen (Anstreifvorgänge) bedingen, als auch drastische Auswirkungen auf die Verlustleistung und die Lebensdauer der Lager haben
2024
Begutachteter Zeitschriftenartikel
Identifying a suitable material model to simulate the mechanical load transfer into the humeral bone in stemless shoulder endoprostheses
Strackeljan, Cornelius; Duvigneau, Fabian; Borgolte, Melissa; Lohmann, Christoph H.; Döring, Joachim; Berth, Alexander; Woschke, Elmar
In: Proceedings in applied mathematics and mechanics - Weinheim : Wiley-VCH, Bd. 24 (2024), Heft 3, Artikel e202400100, insges. 10 S.
Nicht begutachteter Zeitschriftenartikel
Measurement data of the compressive strength in the trabecular region of humeral heads taken from shoulder surgeries
Strackeljan, Cornelius; Borgolte, Melissa; Döring, Joachim; Berth, Alexander; Woschke, Elmar
In: Magdeburg: Otto-von-Guericke Universität, 2024, 1 Online-Ressource [2 Dateien im zip und xlsx-Format; Vollständiger Messdatensatz zu Strackeljan, Duvigneau, Borgolte, Lohmann, Döring, Berth und Woschke – "Identifying a suitable material model to simulate the mechanical load transfer into the humeral bone in stemless shoulder endoprostheses", DOI:10.1002/pamm.202400100]
2023
Begutachteter Zeitschriftenartikel
Nonlinear vibration phenomena in hydrodynamically supported rotor systems
Nitzschke, Steffen; Woschke, Elmar; Strackeljan, Cornelius
In: GAMM-Mitteilungen / Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik - Weinheim : Wiley-VCH . - 2023, insges. 21 S. [Online first]
Dissertation
Thermo-hydrodynamische Gleitlagermodelle für die instationäre Simulation von Rotorschwingungen
Strackeljan, Cornelius; Woschke, Elmar
In: Magdeburg: Universitätsbibliothek, Dissertation Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Fakultät für Maschinenbau 2023, 1 Online-Ressource (XI, 143 Seiten, 11,91 MB) [Literaturverzeichnis: Seite 135-143][Literaturverzeichnis: Seite 135-143]
2022
Begutachteter Zeitschriftenartikel
Influence of lubricant film cavitation on the vibration behaviour of a semi-floating ring supported turbocharger rotor with thrust bearing
Ziese, Christian; Strackeljan, Cornelius; Nitzschke, Steffen; Daniel, Christian; Woschke, Elmar; Klimpel, Thomas
In: Journal of engineering for gas turbines and power - New York, NY : ASME, Bd. 144 (2022), insges. 19 S.
Artikel in Kongressband
Dynamics of TC rotors with coupled bearings FVV no. 1373 - final report (AB)
Strackeljan, Cornelius; Ziese, Christian
In: The FVV Transfer + Networking Event , 2022 - Frankfurt am Main : FVV, S. 826-857 [The FVV Transfer + Networking Event, Würzburg, October 2022]
Wissenschaftliche Monographie
Dynamik von ATL-Rotoren mit gekoppelter Lagerung - transiente Simulation der nichtlinearen Dynamik von Abgasturbolader-Rotoren unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen von Radial- und Axialgleitlagern über das Ölversorgungssystem : Abschlussbericht zum FVV-Vorhaben 1373
Strackeljan, Cornelius; Ziese, Christian
In: Frankfurt am Main: FVV, 2022, 1 Online-Ressource
2021
Buchbeitrag
Run-up simulation of an automotive turbocharger rotor using an extensive thermo-hydrodynamic bearing model
Strackeljan, Cornelius; Ziese, Christian; Kreschel, Martin; Woschke, Elmar
In: The 14th International Conference on Dynamics of Rotating Machines , 2021 - Gdańsk : Wydawnictwo IMP PAN, S. 145-155 [Konferenz: 14th International Conference on Dynamics of Rotating Machines, SIRM 2021, Gdańsk, Poland, February 17-19, 2021]
Run-up simulation of a floating ring supported turbocharger rotor with thrust bearing considering mass-conserving cavitation
Ziese, Christian; Strackeljan, Cornelius; Nitzschke, Steffen; Woschke, Elmar
In: The 14th International Conference on Dynamics of Rotating Machines , 2021 - Gdańsk : Wydawnictwo IMP PAN, S. 134-144 [Konferenz: 14th International Conference on Dynamics of Rotating Machines, SIRM 2021, Gdańsk, Poland, February 17-19, 2021]
Begutachteter Zeitschriftenartikel
Run-up simulation of a semi-floating ring supported turbocharger rotor considering thrust bearing and mass-conserving cavitation
Ziese, Christian; Strackeljan, Cornelius; Nitzschke, Steffen; Daniel, Christian; Woschke, Elmar
In: Lubricants - Basel : MDPI, Bd. 9 (2021), Heft 4, Artikel 44, insges. 23 S.
Influence of lubricant film cavitation on the rotor dynamic system behaviour of an exhaust gas turbocharger rotor
Ziese, Christian; Strackeljan, Cornelius; Woschke, Elmar
In: Proceedings in applied mathematics and mechanics - Weinheim : Wiley-VCH, Bd. 20 (2021), Heft 1, Artikel e202000053, insges. 2 S. [Special Issue: 91st Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics (GAMM)]
Influence of thermally induced changes in lubricating gap clearance and oil viscosity on nonlinear oscillations of hydrodynamically supported rotors
Strackeljan, Cornelius; Ziese, Christian; Woschke, Elmar
In: Proceedings in applied mathematics and mechanics - Weinheim : Wiley-VCH, Bd. 21 (2021), Heft 1, Artikel e202100167, insges. 2 S.
Artikel in Kongressband
Dynamics of TC rotors with coupled bearings - FVV no. 1373 : interim report - Dynamik von ATL-Rotoren mit gekoppelter Lagerung - FVV Nr. 1373 : Zwischenbericht (ZB)
Strackeljan, Cornelius; Ziese, Christian
In: Herbsttagung 2021 / Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen , 2021 - Frankfurt am Main : Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V., S. 547-578 [Tagung: FVV Herbsttagung 2021, Nürnberg, 08. - 09. November 2021]
2020
Artikel in Kongressband
Thermally extended rotordynamics of turbochargers FVV no. 1258 final report
Irmscher, Cornelius; Ziese, Christian
In: FVV Autumn Conference - Frankfurt am Main : Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. . - 2020, S. 509-556 [Konferenz: FVV 2020 Autumn Conference, digital conference, 21 - 25 September 2020]
2019
Buchbeitrag
Transient thermo-hydrodynamic analysis of a laval rotor supported by journal bearings with respect to calculation times
Irmscher, Cornelius; Nitzschke, Steffen; Woschke, Elmar
In: Proceedings of 13th SIRM, the 13th International Conference on Dynamics of Rotating Machinery - Lyngby, Denmark : Department of Mechanical Engineering, Technical University of Denmark ; Santos, Ilmar Ferreira . - 2019, S. 162-173 [Konferenz: 13th International Conference on Dynamics of Rotating Machinery, Lyngby, Copenhagen, 13-15 February 2019]
2018
Begutachteter Zeitschriftenartikel
Design, optimisation and testing of a compact, inexpensive elastic element for series elastic actuators
Irmscher, Cornelius; Woschke, Elmar; May, Erik; Daniel, Christian
In: Medical engineering & physics - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, Bd. 52 (2018), S. 84-89
Influence of friction-induced heating on the dynamic behaviour of rotors supported by journal bearings
Irmscher, Cornelius; Nitzschke, Steffen; Daniel, Christian; Woschke, Elmar
In: Proceedings in applied mathematics and mechanics - Weinheim : Wiley-VCH - Vol. 18.2018, 1, Art. e201800412 [Special Issue: 89th Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics (GAMM), December 2018]
Artikel in Kongressband
Thermisch erweiterte Rotordynamik von Turboladern - Erweiterte thermische Modellierung für die transiente, hydrodynamisch gekoppelte Simulation der nichtlinearen Rotordynamik von Turboladern - Zwischenbericht über das Vorhaben Nr. 1258 (IGF-Nr. 18760)
Ziese, Christian; Irmscher, Cornelius
In: Abschluss- und Zwischenberichte der Forschungsstellen Turbomaschinen / Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen , 2018 - Frankfurt am Main : Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V, S. 145-181 [Tagung: FVV-Herbsttagung 2018, Würzburg, 27.-28. September 2018]
2017
Buchbeitrag
Radlastmessung an einem Elektrofahrzeug bei verschiedenen Fahrbahnbelägen inklusive Sonder- und Missbrauchsereignissen
Irmscher, Cornelius; Koch, Sebastian; Daniel, Christian; Woschke, Elmar
In: 13. Magdeburger Maschinenbau-Tage 2017 , 2017 - Magdeburg : Universitätsbibliothek, S. 94-104 [Konferenz: MMT2017]
Entwicklung und Erprobung eines flexiblen Messverfahrens mithilfe FEMgestützter Positionierung von Dehnungsmessstreifen
Koch, Sebastian; Irmscher, Cornelius; Daniel, Christian; Woschke, Elmar
In: 13. Magdeburger Maschinenbau-Tage 2017 , 2017 - Magdeburg : Universitätsbibliothek, S. 171-179 [Konferenz: MMT2017]
2010-2013 | Bachelorstudium Maschinenbau Vertiefungsrichtung Mechanik und Produktentwicklung an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg |
2013-2014 | Praktikant bei der MAN Diesel&Turbo SE, Augsburg |
2014-2016 | Masterstudium Maschinenbau Vertiefungsrichtung Produktentwicklung und Berechnung an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg |
2014-2016 | Hilfswissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mechanik (IFME) bzw. am Institut für Maschinenkonstruktion (IMK) der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg |
seit 2016 | Wissenschaftlicher Mitarbeiter am IFME, Lehrstuhl JP Fluid-Struktur-Kopplung in Mehrkörpersystemen, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg |