This master‘s thesis is about how to create a virtual model of a sorting line by using Tecnomatix Process Simulate program. In this master‘s thesis is describe non-robotics operation as a controlling conveyor, material flow, working with sensors and simulaton of manufactory process. In the second part of my master’s thesis I realise virtual commissioning for this model of sorting line. I made program for real PLC and conected with model of sorting line via OPC server. I made SCADA aplication for users too. This model will be used in lessons and students will program PLC for controlling. In master’s thesis I explain, how to work in simulation environment Tecnomatix Process Simulate too.

Der Vortrag beschreibt numerische Singularitäten bei der h- und p-FEM, wie sie erkannt werden und welche Lösungen möglich sind bzw. was nicht vermieden werden kann.

Galvanic corrosion is a destructive process between dissimilar metals. The present paper presents a constructed numerical test case to simulate galvanic corrosion of two dissimilar metals. This test case is used to study the accuracy of different implementations to track the dissolving anode boundary. One technique is to numerically simulate a mesh displacement based on the prescribed displacement at the anode boundary. The second method is to adjust only the boundary elements. Re-meshing after a certain number of time steps is applied to both implementations. They produce similar results for an electrical and electrochemical field problem. This work shows that mesh smoothing does not result in higher accuracy when modeling a moving anode front. Adjusting only the boundary elements is sufficient when frequent re-meshing is used.

Die Präsentation stellt kurz die Grundlagen der Berechnung von Schraubenverbindungen in Anlehnung an die VDI-Richtlinie 2230 Teil 1 dar. Auch die vier FEM-Modellklassen, die die VDI 2230 Teil 2 (Entwurf) zur Berechnung von Mehrschraubenverbindungen vorschlägt, werden behandelt, und die in Creo Simulate vorhandenen Softwarefeatures zu deren Umsetzung vorgestellt. Es folgt eine Darstellung, was bei der Linearisierung von Schraubenverbindungen zur vereinfachten Berechnung zu beachten ist, und wieso bei der Berechnung im FEM-System dann nicht notwendigerweise eine Vorspannung benötigt wird. Ausführlich wird das neue Schraubenfeature in Creo Simulate betrachtet, das eine weitgehend automatisierte Modellierung und Berechnung von Standardverschraubungen erlaubt. Weitere Features, wie die neuen Vorspannelemente, werden erläutert, sowie auch die Grenzen der Software aufgezeigt. Abschließend werden zwei anspruchsvolle Anwendungsbeispiele vorgestellt: Eine zentrisch belastete Verschraubung mit Berücksichtigung von Elasto-Plastizität und einer komplexen Lasthistorie (Anziehen durch Anzugsmoment, Setzeffekte, Entfall des Torsionsmomentes durch das Anziehen, Betriebskraft) sowie eine exzentrisch belastete Verschraubung, die wegen eines relativ dünnen Flansches starke Biegezusatzbeanspruchungen erfährt. / The presentation shows the foundations of bolt analysis according to VDI-guideline 2230 part 1. In addition, the four FEM model classes proposed in VDI 2230 part 2 (draft) are described, as well as the features available in Creo Simulate to realize these model classes. Next, the presentation shows the requirements for linearizing bolted connections, and why in a FEM analysis with a linearized connection no preload is necessary. The new fastener feature introduced in Creo Simulate is explained in detail. This feature allows the automated modeling and analysis of bolted connections having standard geometry. Further software features, like pretension elements, as well as the current software limitations are shown. Finally, two advanced application examples are shown: A centrically loaded bolted connection taking into account elasto-plasticity and a complex load history (tightening torque, embedding, removal of tightening stress, operational load), and an eccentrically loaded flange connection, which is subjected to high additional bending loads because the flange is relatively thin.

The presentation describes partial results from an industrial project in which a transmission test bench from ZF Prüfsysteme was decoupled from the foundation in terms of vibration using commercial PU foam material ('Sylomer' SR220 from Getzner). The presentation shows how this material was extensively tested by the manufacturer and characterized in numerous data sheets in order to enable the engineer to perform a simple, operating point-dependent dynamic design using clear diagrams and the classic equation for a single-mass oscillator. However, if a more complex analysis is to be carried out using the finite element method, e.g. to determine all 6 rigid body shapes and natural frequencies of the dynamically decoupled test rig and not just the purely vertical natural shape/frequency, the apparent elasticity and shear moduli specified in the manufacturer's data sheets must be converted into true values for the corresponding operating points, which can then be used in a linear FE calculation. For this purpose, FEM models of the elastomer test specimens are generated for different shape factors. The conversion of the apparent to the true characteristic values is then carried out using the optimizer available in the PTC software “Creo Simulate” in a so-called 'feasibility study' and the results are discussed. It can be seen that the true moduli of elasticity and transverse strain coefficients are only slightly or no longer dependent on the form factor. Depending on the density of the PU foam, the transverse strain coefficient is also significantly lower than 0.5. The true shear modulus is practically identical to the measured shear modulus, as a pure biaxial stress and strain state occurs in the shear specimens, in which strain restraints due to transverse strain plays no role - quite unlike in the specimens loaded in the normal (compression) direction, in which triaxial compression stress states occur due to transverse strain restraints. Finally, the true material properties determined in this way are used for an exemplary modal analysis of the entire, idealized test rig on the strip foundation using the finite element method. The error is evaluated if the apparent modulus of elasticity and a Poisson ratio of zero is used instead, so that a simple evaluation and error estimation of analysis results is possible in practical applications. / Der Vortrag beschreibt Teilergebnisse aus einem industriellen Projekt, in dem ein Getriebeprüfstand der ZF Prüfsysteme schwingungstechnisch über kommerzielles PU- Schaummaterial („Sylomer“ SR220 der Firma Getzner) vom Fundament abgekoppelt wurde. Der Vortrag stellt dar, wie dieser Werkstoff vom Hersteller umfangreich getestet und in zahlreichen Datenblättern charakterisiert wurde, um dem Ingenieur schließlich eine einfache, betriebspunktabhängige dynamische Auslegung mittels übersichtlicher Diagramme und der klassischen Gleichung für einen Einmassenschwinger zu ermöglichen. Soll jedoch eine aufwendigere Analyse mittels der Methode der Finiten Elemente durchgeführt werden, z.B. um alle 6 Starrkörperformen und Eigenfrequenzen des dynamisch abgekoppelten Prüfstandes zu bestimmen und nicht nur die rein vertikale Eigenform/Eigenfrequenz, müssen die in den Herstellerdatenblättern angegeben formzahlabhängigen scheinbaren Elastizitäts- und Schubmoduli in wahre Werte für die entsprechenden Betriebspunkte umgerechnet werden, die dann in einer linearen FE-Rechnung verwendet werden können. Dafür werden FEM-Modelle der Elastomer-Probekörper für verschiedene Formfaktoren erzeugt. Die Umrechnung der scheinbaren in die wahren Kennwerte wird anschließend mittels des in der PTC-Software „Creo Simulate“ vorhandenen Optimierers in einer sogenannten „Machbarkeitsstudie“ durchgeführt und die Ergebnisse diskutiert. Es zeigt sich, dass die wahren E-Moduli und Querdehnzahlen nur noch gering bzw. nicht mehr vom Formfaktor abhängen. Je nach Dichte des PU-Schaums stellt sich auch eine Querdehnzahl von deutlich kleiner als 0,5 ein. Der wahre Schubmodul ist praktisch identisch wie der gemessene Schubmodul, da in den Schubproben ein reiner zweiachsiger Spannungs- und Dehnungszustand auftritt, in dem Dehnungsbehinderung durch Querdehnung keine Rolle spielt – ganz anders als in den in Normalenrichtung (Druck-) belasteten Proben, in denen durch die Querdehnungs- behinderung dreiachsige Spannungszustände auftreten. Schließlich werden die so bestimmten wahren Werkstoffkennwerte für eine exemplarische Modalanalyse des gesamten, idealisierten Prüfstandes auf den Streifenfundamenten mittels der Methode der Finiten Elemente verwendet. Der Fehler wird bewertet, wenn man stattdessen den scheinbaren E-Modul und eine Querdehnzahl von Null verwendet, so dass in der Anwendungspraxis eine einfache Bewertung und Fehlerabschätzung von Analyseergebnissen möglich ist.

Als Stand der Technik sind einfache, kreisförmige Verrundungen zur Reduktion von Kerbspannungen an Querschnittsübergängen bekannt, für die aus Tabellenwerken / Diagrammen in der Literatur die Formzahl einfach abgelesen werden kann. Die Effizienz der Spannungsreduktion solcher Lösungen ist jedoch sehr begrenzt. Ziel der Arbeit ist es daher, dem Konstrukteur bzw. Berechnungsingenieur ein Verfahren in die Hand zu geben, mit dem er für Standardquerschnittsübergänge und Standardlastfälle "Nicht-Kreiskerben" ohne teure und zeitaufwendige FEM-Analyse einfach durch Nutzung geeigneter Formzahldiagramme auslegen kann. Dabei sind sogar Formzahlen von nahezu eins möglich, d.h., in der "Kerbe" bleibt praktisch nur noch die Nennspannung übrig. Die Präsentation ist zweitgeteilt: Im ersten Teil werden die Arbeitsmethoden bzw. Softwarefunktionen und verwendeten Softwarewerkzeuge vorgestellt: Dies sind die Programme Creo Parametric als vollparametrisches CAD-Werkzeug und Creo Simulate als p-FEM-Programm der Parametric Technology Coprporation (PTC). Der zweite Teil der Präsentation beschreibt den Gültigkeitsbereich sowie die untersuchten Kerbgeometrien: Die einfache kreisförmige Verrundung als Stand der Technik, die Zwei-Radien-Kerbe, die Baud-Kurve, die Methode der Zugdreiecke nach Claus Mattheck, die elliptische Kerbe sowie die konische Rundung als generalisierte elliptische Kerbe. Es wird kurz eine Bibliothek vorgestellt, mit der solche Kerben einfach ausgelegt werden können, d.h. Ihre exakte Geometrie festgelegt sowie die zugehörige Formzahl αk bestimmt werden kann. / Circular (one-radius) fillets are known as state-of-the-art for reducing notch stresses at cross section transitions. The stress concentration factor Kt of such geometries can be read out from diagrams/tables given in the literature. However, the efficiency of stress reduction of circular notches is very limited. The goal of the work therefor is to present a method for the designer/analyst how to design non-circular notches/fillets just by using suitable Kt-diagrams without time-consuming and expensive FEM analyses. Kt-numbers of nearly one are possible, that means in the "notch" just the nominal stress appears and no stress concentration takes place. The presentation has two parts: Part one describes the working methods and software functions as well as software tools: Creo Parametric as fully-parametric CAD program and Creo Simulate as embedded p-FEM-tool from Parametric Technology Corporation (PTC) have been used. The second part describes the range of validity and the examined notch geometries: The one-radius fillet as state-of-the-art, the two-radii filet, the Baud-curve, the method of tensile triangles from Claus Mattheck, the standard elliptical fillet and the conical round as generalized elliptical fillet. A notch layout library is shortly presented that allows to design such fillets, that means exactly determine the notch geometry and the related stress concentration factor Kt.

Der Vortrag beschreibt die Grundlagen der Elasto-Plastizität sowie die softwaretechnische Anwendung mit dem FEM-Programm Creo Simulate bzw. Pro/MECHANICA von PTC. Der erste Teil des Vortrages beschreibt die Charakteristika plastischen Verhaltens, unterschiedliche plastische Materialgesetze, Fließkriterien bei mehrachsiger Beanspruchung und unterschiedliche Verfestigungsmodelle. Im zweiten Vortragsteil werden Möglichkeiten und Grenzen der Berechnung elasto-plastischer Probleme mit der Software dargestellt sowie Anwendungstipps gegeben. Im dritten Vortragsteil schließlich werden verschiedene Beispiele vorgestellt, davon besonders ausführlich das Verhalten einer einachsigen elasto-plastischen Zugprobe vor und nach dem Eintreten der Einschnürdehnung. / This presentation describes the basics of elasto-plasticity and its application with the finite element software Creo Simulate (formerly Pro/MECHANICA) from PTC. The first part describes the characteristics of plastic behavior, different plastic material laws, yield criteria for multiaxial stress states and different hardening models. In the second part, the opportunities and limitations of analyzing elasto-plastic problems with the FEM-code are described and user information is provided. The last part finally presents different examples. Deeply treated is the behavior of a uniaxial tensile test specimen before and after elongation with necking appears.

The presentation describes the development of a new mountain bicycle pedal with a special magnetic safety locking mechanism by means of the finite element method (FEM). It starts with a description of the predecessor mountain bike pedal “Enduro” from magped GmbH and sets out the development objectives for the new pedal named “Enduro2”. The complete development activities like load determination and load assumptions, FEM analysis of the initial draft, subsequent optimization steps for strength improvement and mass reduction, bearing design and analysis, and prototype testing are described. The presentation ends with a chapter about creating computer generated images for marketing material of the pedal. The presentation is structured as follows: 1. Introduction: -Description of the predecessor mountain bike pedal “Enduro1” by magped GmbH -The magnetic safety locking mechanism -Overview of the magped GmbH product portfolio -Short magped GmbH company presentation -Development objectives and initial design draft of the successor pedal model “Enduro2” 2. Determination of the load cases for design & optimization: -Loads for bicycle pedals acc. to DIN ISO 4210 -Chosen load cases and qualification test program 3. Strength analysis and weight optimization of the pedal axis: -Pre-optimization steps -Optimized shape: Theoretical consideration of the pedal axis -Optimized design description -Obtained mass reduction -User tips for shape / notch stress optimization -Comparison with the axis of a competitor 4. Strength analysis and weight optimization of the pedal body: -Challenges in pedal body design -Computed load cases -Design result and mass savings 5. Bearing design and analysis: -Sliding bearing layout -Ball bearing layout: Bearing forces computation by FEM due to over-determined system -Description of the Creo Simulate FEM model -Bal bearing life span 6. Product testing: -Test program performed by the zedler-institute -Testing of the first test batch of pedals with hollow bored axis -Testing of the first test batch of pedals without hollow bored axis 7. Realized mass savings: -Magped Enduro1 and Enduro2 on the balance and comparison with the magped Gravel pedal 8. Creation of marketing material for the final product: -Still image creation -Photorealistic rendering containing FEM loading sequences / Der Vortrag beschreibt die Entwicklung eines neuen Mountainbike-Pedals mit einer speziellen magnetischen Sicherheitsverriegelung mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM). Er beginnt mit einer Beschreibung des Vorgänger-Mountainbike-Pedals 'Enduro' der magped GmbH und legt die Entwicklungsziele für das neue Pedal mit dem Namen 'Enduro2' dar. Die gesamten Entwicklungsaktivitäten wie Lastermittlung und Lastannahmen, FEM-Analyse des ersten Entwurfs, nachfolgende Optimierungsschritte zur Festigkeitsverbesserung und Massenreduzierung, Lagerauslegung und -analyse sowie Prototypentests werden beschrieben. Die Präsentation endet mit einem Kapitel über die Erstellung computergenerierter Bilder für die Verwendung in Marketingmaterial des Pedals. Gliederung des Vortrages: 1. Einleitung: -Beschreibung des Vorgänger-Mountainbike-Pedals 'Enduro1' der magped GmbH -Die magnetische Sicherheitsverriegelung des Pedals -Überblick über das Produktportfolio der magped GmbH -Kurze Firmenpräsentation der magped GmbH -Entwicklungsziele und erster Designentwurf des Nachfolgemodells 'Enduro2' 2. Ermittlung der Lastfälle für Design & Optimierung: -Belastungsfälle für Fahrradpedale nach DIN ISO 4210 -Ausgewählte Lastfälle und Qualifikations-Testprogramm 3. Festigkeitsanalyse und Gewichtsoptimierung der Pedalachse: -Vor-Optimierungsschritte -Optimierte Form: Theoretische Betrachtung der Pedalachse -Beschreibung der optimierten Form -Erzielte Massenreduzierung -Anwendertipps zur Form- / Kerbspannungsoptimierung -Vergleich mit der Achse eines Wettbewerbers 4. Festigkeitsanalyse und Gewichtsoptimierung des Pedalkörpers: -Herausforderungen bei der Konstruktion von Pedalkörpern -Berechnete Lastfälle -Konstruktionsergebnis und Gewichtseinsparung 5. Lagerkonstruktion und -analyse: -Auslegung der Gleitlager -Auslegung der Kugellager: Berechnung der Lagerkräfte durch die FEM aufgrund des statisch überbestimmten Systems -Beschreibung des Creo Simulate FEM-Modells -Lebensdauer der Kugellager 6. Produktprüfung: -Testprogramm, durchgeführt durch das zedler-Institut -Erprobung der ersten Versuchscharge von Pedalen mit hohlgebohrter Achse -Prüfung der ersten Versuchscharge von Pedalen ohne hohlgebohrte Achse 7. Realisierte Masseneinsparung: -Magped Enduro1 und Enduro2 auf der Waage und Vergleich mit dem magped Gravel-Pedal 8. Erstellung von Marketingmaterial für das Endprodukt: -Erstellung von computergenerierten Fotos -Fotorealistisches Rendering mit FEM-Belastungssequenzen

The subject of this diploma thesis is the simulation and digital commissioning of a robotic production system for welding elements such as studs on sheet metal parts. The basis of the work is search of information related to industrial robots, PLC control, tools used for welding, fixtures, manipulators, sensors, safety and protection elements commonly used in such production systems. The second part of the work deals with the given problem and it is a virtual commissioning of the given concept of a robotic production system. This means creating its simulation model in the Process Simulate environment, selecting robots, creating robotic trajectories, collision analysis, creating sensors, signals and optimization. Last part includes the connection of the simulation model with the software S-7PLCSIM Advanced and TIA Portal, the creation of control PLC logic in the form of a program, visualization and verification of their functionality using the above-mentioned connection with the simulation model.

Der Vortrag beschreibt die Grundlagen der Elasto-Plastizität sowie die softwaretechnische Anwendung mit dem FEM-Programm Creo Simulate bzw. Pro/MECHANICA von PTC. Der erste Teil des Vortrages beschreibt die Charakteristika plastischen Verhaltens, unterschiedliche plastische Materialgesetze, Fließkriterien bei mehrachsiger Beanspruchung und unterschiedliche Verfestigungsmodelle. Im zweiten Vortragsteil werden Möglichkeiten und Grenzen der Berechnung elasto-plastischer Probleme mit der Software dargestellt sowie Anwendungstipps gegeben. Im dritten Vortragsteil schließlich werden verschiedene Beispiele vorgestellt, davon besonders ausführlich das Verhalten einer einachsigen elasto-plastischen Zugprobe vor und nach dem Eintreten der Einschnürdehnung. / This presentation describes the basics of elasto-plasticity and its application with the finite element software Creo Simulate (formerly Pro/MECHANICA) from PTC. The first part describes the characteristics of plastic behavior, different plastic material laws, yield criteria for multiaxial stress states and different hardening models. In the second part, the opportunities and limitations of analyzing elasto-plastic problems with the FEM-code are described and user information is provided. The last part finally presents different examples. Deeply treated is the behavior of a uniaxial tensile test specimen before and after elongation with necking appears.