Ermüdungsanalyse mit Pro/Mechanica am Beispiel einer Förderschnecke

Wo FEM- und CFD-Analysen präzise Aussagen über einzelne Bauteile und überschaubare Baugruppen liefern, untersucht die dynamische Systemsimulation zeitveränderliche Vorgänge ganzer Systeme. Diese Systeme können auch aus Komponenten unterschiedlicher physikalischer Domänen bestehen. Somit lassen sich zum Beispiel die Wechselwirkungen und resultierenden Effekte aus Regelstrecken gekoppelt mit mechanischen, hydraulischen und oder elektrischen Strukturen komfortabel in nur einem Modell auf einer Plattform betrachten.

Eine Absicherung der Maschinendynamik im gesamten Arbeitsraum unter Berücksichtigung des Einflusses der Maschinensteuerung kann nur durch eine mechatronische Analyse der Werkzeugmaschine auf Gesamtsystemebene erfolgen. Derart komplexe Berechnungen erfordern allerdings die Simulation von großen Verfahrbewegungen (MKS) unter Berücksichtigung der Strukturelastizitäten (FEM) sowie der Steuerung (Controls) und sind somit vor allem multi–disziplinären Virtual Prototyping Tools vorbehalten. Die erfolgreiche multi-disziplinäre WZM–Berechnung stellt außerordentlich hohe Anforderungen an die Modellbildungsgüte der einzelnen Maschinenkomponenten inklusive der Validierung des jeweils gewählten Modellierungsansatzes bzw. Detailierungsgrades. Dieses gilt insbesondere für funktionelle Komponenten wie Linearantriebe, Kugelgewindetriebe usw., da diese nicht ohne Weiteres aus einem CAD–Baugruppenmodell abgeleitet und in das Berechnungsmodell übernommen werden können. Das zur Modellierung und Simulation notwendige Expertenwissen ist in einer vordefinierten, parametrischen Komponentenbibliothek – ähnlich einem Baukastenprinzip – implementiert.

Es wird ein Überblick über ein Modell zur Simulation des Punktschweißvorganges in Ansys APDL gegeben, Kernproblem sind darin die reibungsbehafteten Kontaktstellen. Die Aspekte der Kontaktmodellierung werden in Zusammenhang mit den Besonderheiten des Modells gebracht. Es wird auf Möglichkeiten der numerischen Kontaktstabilisierung mit Bordmitteln eingegangen. Ferner wird ein Ansatz einer zusätzlichen Kontaktstabilisierung dargestellt und bewertet.

- Einführung in die Thematik des Hebelflechtens - Ermittlung der mechanisch-/tribologischen Kennwerte von Fadenmaterialien - FE-Modellbildung der Fadenmaterialien im Flechtprozess - FE-Simulation eines Zugversuches mit implementierten Werkstoffdaten und Definition eines einfachen Schädigungskriteriums - Prozesssimulation des Flechtvorganges

Die bruchmechanische Analyse des Bruches einer Königswelle zeigt, dass der Ermüdungsriss von einer Fehlstelle ausging und durch die Betriebsbeanspruchung gewachsen ist. Die errechneten Lebensdauerwerte decken sich mit den tatsächlich erreichten. / The fracture mechanics analysis of the rupture of an upright shaft shows that the fatigue crack originated from a defect was able to grow with the operational stress. The calculated and actual lifetime are the same.

Thermoplastische Kunststoffe werden zur Steigerung der mechanischen Eigenschaften häufig mit Kurzfasern verstärkt, wodurch sich jedoch eine anisotrope Eigenschaftscharakteristik einstellt. Dies führt oftmals zu ungewohntem Werkstoff- und Bauteilverhalten. Die Fertigungsparameter und -randbedingungen im Spritzgießprozess besitzen einen großen Einfluss auf lokale Faserorientierungen, wovon auch die globalen Bauteileigenschaften abhängen. Für eine werkstoffgerechte Auslegung von derartigen Bauteilen sind tiefgreifende Verständnisse über die mechanischen, thermischen und rheologischen Eigenschaften sowie die Kopplung von Spritzgieß- und Bauteilsimulation unerlässlich. Diese sogenannte integrative Simulation wird am Beispiel eines Strukturbauteiles aufgezeigt.

Gegenstand des Vortrages ist Entwicklung und Validierung eines elastischen Mehrkörpermodells der Prototypenanlage W2E-120/3.0fc der Frima W2E Wind to Energy GmbH. Folgende Schwerpunkte werden gesetzt: - Anforderungen an die Modellierung - Topologie des Mehrkörpermodells - Einbindung elastischer Körper - Einbindung aerodynamischer Lasten - Einbindung des Anlagenreglers - Experimentelle Validierung anhand von Produktionslastfällen Die vorgestellte Arbeit ist Teil des aktuellen Forschungsprojektes "DynAWind– Leichtbauoptimierte Konstruktionen von Windenergieanlagen" am Lehrstuhl für Technische Mechanik/Dynamik in Zusammenarbeit mit der W2E Wind to Energy GmbH.

Durch die neue Schweißfunktionalität in Creo 4, welche es ermöglicht Schweißnähte als Volumengeometrie zu modellieren, entstehen viele neue Möglichkeiten zur Berechnung der Spannungen innerhalb der Schweißnähte. Damit einhergehend entstehen neue Möglichkeiten zur Berechnung und Evaluierung dieser Schweißnähte nach den Richtlinien der FKM. Die Berechnung anhand der FKM-Richtlinien soll hierbei anhand der zwei Simulationstools Creo Simulate und Ansys Simulation dargestellt werden.

In dem aktuellen Beitrag wird eine kurze Einführung in die Mischung bzw. Entmischung hochviskoser inkompressibler Fluide gegeben. Hierzu wird die Methode der Phasenfeldmodellierung und ihre numerische Diskretisierung vorgestellt. Anhand eines konkreten Beispiels wird die technische Relevanz des vorgestellten Ansatzes demonstriert.