Der hier vorliegende Vortrag beschreibt erste Untersuchungsergebnisse mit dem CAE-Programm "Creo Simulate" im Vergleich zum Programm "Ansys Workbench" zur Berechnung der Spannungsformzahlen sowie der örtlichen Kerbspannungen an gekerbten Konstruktionselementen. Der Vortrag beginnt mit einer Einleitung zur Geschichte der Kerbwirkungsforschung. Es werden Schadensfälle dargestellt und anschließend die Grundlagen zur Berechnung der Form- und Kerbwirkungszahlen kurz beschrieben. Es wird fortgesetzt mit der Durchführung von Konvergenz-Untersuchungen an Vollwellen mit SR-Nuten nach DIN 471 sowie an Vollwellen mit Absatz nach DIN 743 bei Zug- und Torsionsbelastung. Die Konvergenz-Berechnungsergebnisse wurden zusammengestellt und kurz kommentiert. Weiterhin wurden FE-Berechnungen zur Bestimmung der Spannungsformzahlen an Hohlwellen mit Absatz sowie an Vollwellen mit einer Kerbüberlagerung "Absatz und Querbohrung" bei Zug-, Biege, und Torsionsbelastung durchgeführt. Es wurden entsprechende Formzahldiagramme und Formzahlwerte sowie Spannungsverteilungsbilder je nach Belastungsart und Vergleichsspannungshypothese (GEH bzw. NSH) angegeben. Eine Möglichkeit zur Herabsetzung der Kerbwirkung an der kritischen Kerbstelle besteht in der absichtlichen Anwendung von Zusatzkerben, welche der Hauptkerbe benachbart sind. Derartige Entlastungskerben können zwar eine bedeutende Spannungsverminderung an der gefährdeten Stelle ergeben, an den Entlastungskerben entstehen jedoch neue Spannungsspitzen, die sich u. U. ungünstig auswirken. Zur Milderung von Kerbwirkungen durch konstruktive Entlastungskerben wurden exemplarische FEM-Untersuchungen an Vollwellen mit Absatz und an Kerbzahnwellen nach DIN 5481 bei Zug-, Biege- und Torsionsbelastung ausgeführt. Die Einflüsse der rechteckigen Form der Entlastungsnut auf die Formzahlen je Belastungsart wurden präsentiert und kurz diskutiert. Ebenfalls wurden auch die Kerbwirkungen an Evolventen-Zahnwellenverbindungen nach DIN 5480 mit freiem Auslauf und mit gebundenem Auslauf sowie mit Sicherungsringnuten nach DIN 471 untersucht, mit dem Ziel, den Ort der Spannungsmaxima und deren Verteilung, die Höhe der Kerbspannungen und den Einfluss der Sicherungsringnut auf die Spannungsüberhöhungen in den kritischen Bereichen zu erfassen. Es wurden zusätzlich weitere FE-Untersuchungen zu den Spannungsüberhöhungen an komplexen Gussbauteilen am Beispiel eines Planetenträgers für Planetengetriebe im Einatzbereich der Windkraftanlagen realisiert. Die Festlegung der Randbedingungen wurde kurz präsentiert und die sich daraus ergebenden Ergebnisse dargestellt. In diesem Vortrag wurde auch die Entwicklung eines neuen didaktischen Konzepts für die Konstruktionsausbildung zur Verbesserung der Präsentationskompetenz und Teamfähigkeit der Studierenden kurz beschrieben und über erste Erfahrungen aus der Umsetzung in die Lehrveranstaltung "CAD/CAE" berichtet. Die Studierenden erarbeiten in nach der Rundlitzenseilmethode strukturierten Gruppen unter Berücksichtigung der heterogenen Umgebung numerische Lösungen zu Variantenrechnungen von Aufgaben. Die Studierenden präsentieren ihre Ergebnisse in Form von 100-Sekunden-Vorträgen. Bei der Entwicklung dieser Methode lässt man sich durch den Karatesport inspirieren. Es wurden verschiedene Kriterien zur Bewertung der Micro-Präsentationen festgelegt und angewandt. Erste Erfahrungen mit der Umsetzung dieser Methodenkombination sind erfolgversprechend. Eine detaillierte statistisch-psychologische Evaluation dieses didaktischen Konzepts ist Ziel weiterführender Untersuchungen.

Mathcad Prime 2.0 - Was ist neu? - Excel Komponente - 3D-Plots - Symbolik - Verbesserung der Performance CREO und Mathcad - Ein starkes Team

The technological innovation consists of an idea transformation in a new marketable or improved product and the design is directly responsible for the success of the products, as a whole, they play an important role in the competitiveness of the companies, nevertheless, these managerial properties, are well known prodigies but they are used in a little degree in the medium and small enterprise. The subject of the research is ¿the technological innovation in the design process of second and third level automotion parts¿ and it is orientated to the analysis of the strategies of design and the relation it keeps with the technological innovation in the interior of the company. An exploration is realized in the automotive manufactured sector, doing a comparative study of the process of design and technological innovation between Mexico (State of Mexico) and Spain (Catalonia), through a field research from the selection and analysis of a sample of Spanish and Mexican companies for which the information is obtained by means of a survey carried out by an interview and the resolution of a designed questionnaire, consequently, the information obtained is processed with a statistical IT program, subsequently, with the analysis of the information obtained, a model of innovation is projected based on the real needs as well as of the good practices that the companies develop in the diverse surveyed sectors, immediately an experimental application is done in some of the companies of the sector. The thesis has two definite objectives: 1.To determine the level of technological innovation in the process of design and development of products in small and medium companies, concretely, those which give services to the automotive sector. 2.The creation and validation of a model of innovation based on processes of design, in order to support companies in their consolidation in the market; to modernize their work organizational structure; to conform a dynamic design process according to their specific needs; to promote their capacities so that these do have a sustainable benefit to the business. The hypotheses formulated in this thesis raise that: The diversity of strategic products which the SMEs develop and their relation with the commercial position of their competitors, influences directly in the creation of competitive advantages; the high costs in technological investment provoke that the SMEs in Mexico continue with obsolete technologies and processes of design; the existence of an inadequate culture in the matter of technological innovation in the key departments in the technological development of manufacturing PyMEs in Mexico. The results obtained, show that: * The SMEs depend on the number of strategic products to sustain the markets in which the company is developed. * The investment in machinery is very important, in its majority of foreign origin. The innovation is tacitly understood, the activities regarding this are originated in the business plans realized previously and of the requirements based in the customers, the projects times and the tendencies that the market demands. * The designer becomes as the main point, as much in the coordination as in the execution of the decisions, the information contributed, turns round about the definition of the product, supervising directly in the factory, the development of the products and establishing interpersonal relations with different actors of the production, distribution and consumption. / La tesis tiene por objetivo determinar el nivel de innovación tecnológica en el proceso de diseño y desarrollo de productos en pequeñas y medianas empresas, en concreto, las que prestan servicios al sector automotriz. Se busca contribuir a la comprensión del significado que poseen estos procesos para la empresa y de todos los aspectos que deben ser tomados en cuenta para que puedan llevarse a cabo de manera óptima. Se realiza una exploración y análisis del sector de manufacturas automotrices haciendo un estudio comparativo del proceso de diseño y la innovación tecnológica entre México (Estado de México) y España (Cataluña), estableciendo tendencias, conductas y determinando las perspectivas que se tienen a medio y largo plazo en ambas zonas geográficas. [...] En esta investigación se emplean cuatro líneas principales de trabajo: (a) Definición de conceptos a partir de los cuales conseguir entender mejor el significado del desarrollo de productos, innovación y diseño en el empresariado PyME; (b) identificación de las prácticas habituales en el proceso de diseño y desarrollo de productos de las PyMEs de acuerdo con sus niveles de incorporación tecnológica y procesos de innovación; (c) determinación de las principales fortalezas y debilidades manifestadas por la empresa en el proceso de diseño y desarrollo de productos en cuanto a conocimiento y aplicación de técnicas; (d) confirmación empírica a nivel experimental del funcionamiento del modelo propuesto de innovación.

Els robots caminadors presenten alguns avantatges respecte als tradicionals robots mòbils amb rodes, que es resumeixen en major mobilitat i capacitat de superació d'obstacles. Un dels principals problemes actuals en el desenvolupament de robots caminadors és l'elevat consum energètic i la poca autonomia, com a conseqüència de l'elevada massa dels accionaments i del seu rendiment limitat.Un primer objectiu d'aquesta tesi és desenvolupar i caracteritzar energèticament un accionament rotatiu per a les articulacions de la pota d'un robot caminador. Un cop desenvolupat aquest accionament s'analitza el comportament energètic global de la pota.La pota dissenyada és de tipus insecte i l'aplicació considerada és un robot hexàpode. L'accionament rotatiu consta de tres elements: un motor de corrent continu, una transmissió per corretja dentada i un reductor Harmonic Drive. El conjunt d'aquest reductor s'ha dissenyat específicament per a aquesta aplicació, i materialitza també l'enllaç de cada articulació de la pota.Per tal de determinar els requeriments mecànics a les articulacions, s'ha portat a terme una simulació dinàmica del moviment de la pota. Aquesta simulació s'ha realitzat considerant que les articulacions del mecanisme són ideals. Les resistències passives d'aquestes es tracten posteriorment al analitzar el comportament del reductor. Els resultats obtinguts són els parells requerits a les diferents articulacions al llarg d'un cicle.Amb l'objectiu de determinar el comportament real dels components de l'accionament, per a diferents condicions de funcionament, s'han plantejat i realitzat diverses sèries d'experiments. Per portar a terme els experiments ha estat necessària la construcció d'un prototipus de l'accionament. A partir de les dades experimentals s'han definit uns models matemàtics que representen les resistències passives a cada component de l'accionament per a diferents condicions de funcionament. S'ha realitzat un ajust per mínims quadràtics per tal determinar els paràmetres dels models que millor ajusten els resultats a les dades experimentals.Com que cada motor treballa com tal o com fre, segons la fase del moviment, s'ha analitzat en detall el funcionament d'una màquina elèctrica de corrent continu d'imants permanents, des del punt de vista de la conversió de potència elèctrica en mecànica i viceversa, en els 4 quadrants i tenint en compte els diferents modes de funcionament: com a motor, com a fre-generador i com a fre.Posteriorment s'han definit uns models globals del comportament mecànic dels elements de transmissió de l'accionament: la corretja dentada i el reductor HD, que integren la modelització de les resistències passives i també inclouen la inèrcia de les parts mòbils de cada element.Finalment s'ha realitzat la simulació dels tres accionaments d'una pota al llarg d'un cicle de l'anadura del robot, a partir dels requeriments de parell i velocitat angular a cada articulació i utilitzant els models dels elements definits anteriorment. L'objectiu és estimar l'energia intercanviada a cada element de l'accionament, avaluant per separat l'energia transmesa en sentit directe, des de l'alimentació del motor a la sortida del reductor, i en sentit invers. El resultat més important és l'estimació de l'energia elèctrica que cal subministrar a cada motor per cada cicle de moviment de la pota.Dels diversos casos analitzats se'n treu la conclusió que l'energia elèctrica que cal subministrar als motors és sempre molt superior, de l'ordre de 30 vegades, a l'energia mecànica que l'accionament transmet a l'articulació. La despesa energètica dels motors depèn poc de les condicions de càrrega a les que està sotmesa la pota, en canvi el moviment que descriuen les articulacions al llarg del cicle hi té una influència important. Reduint el recorregut angular del moviment de les articulacions s'aconsegueix un considerable estalvi energètic, doncs disminueix l'energia dissipada per les resistències passives. / Walking robots have some advantages respect to the traditional mobile wheeled robots. These can be summarised in superior mobility and the capacity to overcome obstacles. One of the main problems in the development of walking robots is the high energy consumption and the low autonomy of operation, due to the high mass of the actuators and their limited efficiency.A first objective of this thesis is to develop a rotary actuator, for the leg pin joints of a walking robot, and to characterize it energetically. Once the actuator is developed, leg global energetic performance is analysed.The leg design is according to an insect type leg and the considered application is a hexapod robot. The rotary actuator consists of three elements: a DC electric motor, a synchronous belt transmission and a Harmonic Drive gear reducer. Gear assembly has been particularly designed for this application, and integrates pin joint implementation.In order to determine the mechanical specifications at the joints, a dynamic simulation of the leg movement has been carried out. For this simulation pin joints in the mechanism have been considered as ideal joints. Resistance to motion at the joints are taken into account later, when gear operation is analysed. Results from the simulation are the required torques at the different joints along a walking cycle.Several series of experiments have been planned and carried out in order to work out the real behaviour of the actuator components under different working conditions. The construction of an actuator prototype has been necessary for the experimentation.Then derived from the experimental data, mathematical models that estimate resistance to motion at every actuator component as a function of the working conditions, have been defined. Parameters in the models to best fit the experimental data have been identified by least square approximations.Every DC motor works as a motor or as a brake depending on the movement stage. Therefore the operation of a permanent magnet DC electric machine has been analysed, from the point of view of the conversion of electrical power into mechanical and vice versa. This was performed taking into account the different operation modes: as a motor, as a brake-generator and as a brake.Global models that represent the mechanical behaviour of the transmission components in the actuator have been defined: the synchronous belt and the HD gear. These models integrate resistance to motion estimation and also the inertia of the mobile parts of every element. Finally, starting from the torque and angular velocity requirements at every joint and using the models of the elements described above, the simulation of the three actuators of a leg along a gait cycle of the robot has been carried out. The objective was to estimate the exchanged energy at every element of the actuator, separately calculating the transmitted energy in both directions: from the motor power supply to the output of the gear reducer and in reverse. The main result was the estimation of the electrical energy that must be supplied to every motor per leg movement cycle. From the several cases that have been analysed, it can be concluded that the electrical energy that has to be supplied to the motors is always much higher, around 30 times higher, than the mechanical energy that the actuator transmits to the joint. Motor energetic consumption has low dependence on leg load condition, but pin joint movement along a cycle has a great influence on it. Reducing the angular run of pin joint movements is a way to obtain substantial energy savings, since it decreases the resistance to motion energy dissipation.

Los volantes de inercia superan a las baterías eléctricas por su capacidad de absorber y ceder energía en poco tiempo y, si se fabrican con materiales compuestos, también por su reducido peso. La tesis presenta un estudio sobre los rotores de materiales compuestos aplicados a los acumuladores cinéticos para hacerlos más asequibles a usos industriales baratos. Para ello se proponen dos objetivos: obtener un sistema analítico de cálculo, y mejorar el diseño de rotores de bajo coste.Se desarrolla un sistema analítico de cálculo muy completo, tanto en las cargas como en las tensiones. Se consideran todas las cargas necesarias para el diseño mecánico del rotor: la fuerza centrífuga, la fuerza de aceleración y las tensiones residuales, térmica y de hidratación; y se determinan todas las componentes, normales y cortantes, de la tensión para cada punto del rotor.El cálculo en condiciones de tensión plana, utilizado por la mayoría de autores, se amplía con el cálculo en deformación axial constante, que es una variante mejorada de la deformación plana. Se comprueba que sus resultados son mejores que los de tensión plana cuando se comparan con los obtenidos en modelos de elementos finitos. Paralelamente, como aportación nueva de la tesis, se deducen las funciones de la variación de la tensión axial y de la tensión cortante radial-axial a lo largo del eje longitudinal del rotor. A partir de estos resultados se desarrolla un sistema general de cálculo que, además de unificar los sistemas de tensión plana y deformación axial constante, permite determinar todas las tensiones en cualquier posición radial-axial del rotor.Este sistema unificado de cálculo se amplia con tres particularidades: una aplicación de cálculo para resolver rotores multicapa, las ecuaciones especiales para los materiales singulares no resolubles con las ecuaciones generales, y el cálculo de capas con fibras orientadas axialmente aplicadas para refuerzo en configuraciones especiales.Con el objeto de mejorar las prestaciones del rotor se estudian dos procedimientos para crear tensiones de pretensado: generando tensiones durante el bobinado y utilizando las tensiones residuales térmicas. En el primero se elabora un sistema analítico de cálculo para determinar las tensiones residuales de bobinado y se complementa con una simulación mediante elementos finitos basada en submodelos incrementales. Ambos cálculos son capaces de simular el material no curado aplicando las propiedades viscoelásticas de los ensayos experimentales de otros autores. En el segundo se presenta un sistema nuevo, denominado pretensado térmico, basado en el curado por etapas, que genera tensiones residuales parecidas a las de bobinado pero con menos problemas de fabricación.El diseño de volantes se aplica a tres configuraciones básicas: rotores híbridos multicapa con materiales de rigidez progresiva, rotores de un solo material con anillos de elastómero y rotores con pretensado térmico.Sus prestaciones se valoran con tres variables: la masa, el volumen y el coste del material; de las cuales el coste es la principal y se utiliza para la optimización de la geometría.En cada configuración se determina la energía máxima para distintas relaciones de radios del rotor y se compara con el rotor de un sólo material. Se utilizan los materiales básicos usados en la fabricación de rotores: la fibra de carbono con matriz epoxi, la fibra de vidrio con matriz epoxi, el aluminio y el acero. Los dos materiales compuestos ofrecen mejores resultados que los metales, pero disminuyen sensiblemente en rotores con espesor de pared grande. En estos casos, la energía por unidad de coste mejora aplicando los anillos elásticos y el pretensado térmico. / Flywheels are better than electric batteries in that they absorb and yield energy in shorter time and, if made out of composite materials, also in that they weight less. This thesis presents a study of composite material rotors applied to kinetic accumulators in order to make them usable for low cost general industrial uses. Two objectives are proposed: a) to develop an analytical system for computation and b) to design alternatives in order to improve the performance on low-cost rotors.The analytical system is intended to be very complete, considering all relevant types of external loads and stress components. For the former, centrifugal, acceleration forces and residual, thermal and moisture stresses are included. For the latter, five normal and shear components are computed at each point of the rotor.The usual plane stress condition is expanded with the consideration of constant axial strain, along the lines of the plane strain hypothesis but with greater accuracy. It is shown that the current theory results fit the ones from finite elements much better than those from plain stress. As a new contribution, the functions for the axial stress and the radial-axial stress along the axis of the rotor are developed. From these results, a general system that unifies the plane stress and constant axial strain can compute the stress state at any position.In addition, the unified system includes three novel aspects: an extension of computation for multi-layer rotors, special equations for some materials in which behaviour present singularities and the computation of layers with fibers along the axial direction, which can be useful as a reinforcement for some configurations.Two procedures that can create beneficial residual stresses are studied: generating stresses during the filament winding and using the thermal stresses. For the first, analytical expressions are developed and validated and complemented with especially developed finite elements based on incremental submodels. In both cases the material is characterized by viscoelastic properties taken from the literature. For the second, a new procedure called thermal prestress is based on the accumulation of partial curing processes (by stages), which is able to create residual stresses similar to those of winding but involving simpler manufacturing.Three basic configurations are studied for the design: hybrid rotors with progressive stiffness along the radius, single material rotors with elastomer thin rings and rotors manufactured with thermal prestress, evaluating the performance as a function of the mass, volume and cost of the material. The latter is defined as the most important, and it is used as a reference for the geometry optimization.The maximum energy stored on each of the configurations is compared with that of a single material rotor, using the most common ones: glass and carbon fiber both with epoxy matrix, aluminium and steel. Results show that glass/epoxy has the highest storing capability per unit cost, although the number is greatly reduced when the thickness increases. If this rotor has a thin layer of carbon/epoxy, the capability does not increase, although it does with distributed elastomeric layers. There is also an increase with fabrication based on the thermal prestress technique.

Für die ergonomische Bewertung der auf die Mitarbeiter im Gewerk Logistik einwirkenden Belastungen ist eine valide Systematik anzuwenden. In ersten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass für typische in der Logistik auftretende Belastungen keine geeignete Systematik verfügbar ist, die sämtliche Belastungsfaktoren bewerten kann. Dazu wurde ausgehend von einer Analyse der identifizierten Belastungen anhand von drei ausgewählten Verfahren versucht, diese zu bewerten. Die dabei identifizierten Defizite bilden die Grundlage für eine Entwicklung eines Verfahrens zur vollständigen Bewertung der Belastungen in logistischen Prozessen.

Zur Beschreibung von realen Prozessen werden oft Differentialgleichungen herangezogen. Liegen nun Messdaten von diesen Prozessen vor, so sollen auch die Parameter im mathematischen Modell so gewählt werden, dass diese den Messungen entsprechen. Dieser Vortrag zeigt, wie dies in Mathcad mit der Funktion genfit realisiert werden kann.

- Einführung in das Projekt Solar Impulse (Entstehung, Herausforderung, Errungenschaften) - Beschreibung der eingesetzten Software Tools zur Entwicklung des Flugzeuges - Fallbeispiele für den Einsatz von Mathcad

FEM-Analyse von Pressverbindungen auf einem Wellenabsatz bei Nabenüberstand und -unterstand Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen besitzen im Maschinenbau eine große Bedeutung. Bei der Übertragung von Biegemomenten kann es zu Relativbewegungen zwischen Welle und Nabe kommen. Die dabei entstehende Reibkorrosion setzt im Allgemeinen die Tragfähigkeit herab und führt zu Reibdauerbrüchen. In der hier vorliegenden Arbeit wurde die Zylinderpressverbindung unter thermischer und Wechselbiegebeanspruchung für gegebene Abmaße numerisch simuliert. Vordergründiges Ziel war es, das Verhalten von Welle-Nabe-Verbindungen bei Belastung für Nabenüberstand und -unterstand miteinander zu vergleichen.

Die Genauigkeit der Ergebnisse einer numerischen Simulation von Umformvorgängen wird maßgeblich durch die Beschreibung des Materialverhaltens bestimmt. Neben der Auswahl eines geeigneten Stoffgesetzes zur Darstellung einer Klasse von Werkstoffen ist die Identifikation der in den Modellen enthaltenen Materialparameter zur Charakterisierung seiner besonderen Eigenschaften notwendig. In der vorliegenden Arbeit wird die Bestimmung der Materialparameter eines elastisch-plastischen Deformationsgesetzes zur Beschreibung der plastischen Anisotropie auf Basis der Fließbedingung von Hill unter Berücksichtigung großer Deformationen vorgenommen. Die Ermittlung der Parameter erfolgt durch die Lösung einer nichtlinearen Optimierungsaufgabe (Fehlerquadratminimum) basierend auf dem Vergleich von experimentell durchgeführten Eindringversuchen mit Ergebnissen der numerischen Simulation.