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FachhochschuleBonn-Rhein-Sieg
Berechnung eines Scherenwagenhebers in ANSYS
Wahlpflichtfach Finite - Element - Methode
Vortragender:
Sven Böckamp
Datum:
24.01.05
AngewandteNaturwissenschaften
2 O
verh
ead
FachhochschuleBonn-Rhein-Sieg
Gliederung
1. Aufgabenstellung2. FE Modell
2.1 Elementtyp2.2 Elementierung2.3 Randbedingungen
3. Ergebnisse 4. Zusammenfassung
Berechnung eines Scherenwagenhebers
Sven Böckamp
3 O
verh
ead
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1. Aufgabenstellung
AufgabenstellungSven Böckamp
Scherenwagenheber in ANSYS modellieren Simulieren des Belastungsverlaufs beim
Aufbringen einer Kraft von 12KN. Der Wagenheber ist bei dieser Belastung auf
eine Höhe von 200mm geöffnet
4 O
verh
ead
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2. FE ModellBereich der herausgetrennt wurde
FE ModellSven Böckamp
1
XY
Z
JAN 20 200516:31:31
AREAS
TYPE NUM
Schnittflächen – Ausnutzung der Symmetrie
5 O
verh
ead
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2.1 Elementtyp
FE ModellSven Böckamp
1
XY
Z
JAN 21 200514:37:28
ELEMENTS
1
XY
Z
JAN 20 200516:32:33
ELEMENTS
BalkenelementeBeam 188 (Durchmesser 4mm)
SchalenelementShell 93 (Dicke 7mm)
VolumenelementeSolid 95
Gelenkarm
Spindelplatte
Andruckplatte
Verbindungsbolzen
6 O
verh
ead
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2.2 Elementierung
FE ModellSven Böckamp
1
XY
Z
JAN 20 200516:32:33
ELEMENTS
Coupled DOF
Ux, Uy, Uz = 0
rot x, rot z = 0Y
X
Z
Y
Z
X
Knoten: 1384Elementzahl: 340
• Bereiche mit erwartungsgemäß hoher Spannung feiner vernetzt
• Bereiche mit erwartungsgemäß niedriger Spannung gröber vernetzt
7 O
verh
ead
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FE ModellSven Böckamp
2.3 Randbedingungen1
XY
Z
JAN 20 200516:55:54
ELEMENTS
UROTCP F = 3000N 2,87N/mm2
Symmetrie
U-Stahl: St 37-2
Andruckplatte: St 50-2
Spindelplatte: St 60
E-Modul 205000N/mm2
Querkontraktion 0,3
8 O
verh
ead
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ErgebnisseSven Bäckamp
4. Ergebnisse1
.028133
14.10728.187
42.26656.345
70.42484.503
98.582112.662
126.741
JAN 20 200519:40:48
NODAL SOLUTION
STEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =875744SMN =.028133SMX =126.741
1
MNMX
X
Y
Z
.028133
14.10728.187
42.26656.345
70.42484.503
98.582112.662
126.741
JAN 21 200514:10:49
NODAL SOLUTION
STEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =875744SMN =.028133SMX =126.741
In dem markierten Bereich tritt eine Spannung von 126N/mm2 auf. Die Andruckplatte wurde mit 0,2N/mm2 belastet
9 O
verh
ead
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4. Ergebnisse
ErgebnisseSven Bäckamp
Wird die Andruckplatte höher belastet, kommt es
zu einer unzulässigen Verschiebung des Bauteils1
XY
Z
JAN 22 200513:41:43
DISPLACEMENT
STEP=1SUB =1TIME=1DMX =875872
Verschiebung
Z
X
1
XY
Z
50604
142300233997
325693417390
509086600783
692479784176
875872
JAN 22 200513:47:47
VECTOR
STEP=1SUB =1TIME=1UTOPNODE=570MIN=50604MAX=875872
10
Overh
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1
MN
MX
XY
Z
1.494
44.5987.687
130.784173.88
216.977260.074
303.171346.267
389.364
JAN 24 200511:45:41
NODAL SOLUTION
STEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =1.311SMN =1.494SMX =389.364
4. Ergebnisse
ErgebnisseSven Bäckamp
Zusätzliche Symmetrie
Wird eine zusätzliche Symmetrie aufgebracht (Simulation der Gewindespindel) kann der Wagenheber korrekt berechnet werden
Spannungsüberhöhungen kommen durch die Balkenelemente zustande
Tatsächliche Belastung im Gelenkarm
11
Overh
ead
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1
XY
Z
JAN 24 200511:51:26
DISPLACEMENT
STEP=1SUB =1TIME=1DMX =1.311
4. Ergebnisse
ErgebnisseSven Bäckamp
Wird die zusätzliche Symmetrie aufgebracht kann die Gewindespindel simuliert werden
Es kommt nur noch zu einer Verschiebung in Z-Richtung
Verschiebung
Z
Gewindespindel
12
Overh
ead
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Es kommt zu einer zu hohen Verschiebung im Bereich der Andruckplatte
Fehler in der Festhaltung
Änderung der Geometrie brachten keinen Erfolg
Änderung der Symmetriebedingungen brachten den Erfolg
Der gewählte Werkstoff hält eine Belastung von ca. 230N/mm2 aus
Programmierung über Textdatei sehr hilfreich und im Alltag zu empfehlen
ZusammenfassungSven Böckamp
5. Zusammenfassung
13
Overh
ead
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Berechnung eines Scherenwagenhebers
Sven Böckamp