forschungsgesellschaft für technische mechanik femcos - ingenieurbüro mbh ultralleichtbau bei...
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Forschungsgesellschaft für Technische Mechanik FEMCOS - Ingenieurbüro mbH
Ultralleichtbau bei mobilen Arbeitsmaschinen (ULMA)
Methoden zur Modellierung und rechnergestützen Simulationdes Stabilitäts- und Festigkeitsverhaltens spezieller
Leichtbaukonstruktionen(Numerische Simulation im Ultraleichtbau)
Arbeitstreffen am 30.04.2002, Aichtal
Hans BaumgartenRalph Jungbluth
2002-04-30 FEMCOS www.ul-ma.de FN000001
U L M A Meilensteinplanung
M1:
Die erforderlichen Demonstratoren für die Simulation sind aus den Konstruktions- empfehlungen abgeleitet und verifiziert wor-den
M2:
Das Gesamtkonzept für ein Modellierungs- und Simulationstool liegt vor.
2002-04-30 FEMCOS www.ul-ma.de FN000002
U L M ASoftwarewerkzeuge für die Simulation
Universelle CAD-Software
AnMoMittelflächengenerator
FEMCOS – Ingenieurbüro mbH
FE-Preprozessoren
COSMESH FEMAP HYPERMESHFEMCOS – Ingenieurbüro mbH UNIGRAPHICS/ SDRC Altair Engineering
Finite-Elemente-System COSAR FEMCOS – Ingenieurbüro mbH
1000
950
100
dA=57,9 mm
dI=52,1 mm
Material:Rohr: Stahl S700
E = 210000 N/mm²Nue = 0,3
Streckgrenze: ca. 700 MPaZugfestigkeit: ca. 800 MPa
Metallschaum: AlCu4
Annahme:E = 1000 N/mm²Nue = 0,33
Demonstrator Rohr: Geometrie
Belastung:F=20 kN (linear elastisch)F=30 kN (elastisch-plastisch)
F/2 F/2
ULMA
Kraft-Dehnungs-Kurve (4-Punkt-Biegeversuch)
DMS 1 Vergleichung
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 5 10 15 20 25 30
Dehnung (mm/m)
Kra
ft (k
N) Blau
Schwarz
Vollgeschäumt
Ungeschäumt
Rohr: Stahl S700
E = 210000 N/mm²Nue = 0,3
Streckgrenze: ca. 700 MPaZugfestigkeit: ca. 800 MPa
3,2
ULMA
F = 20 kNDehnung = 0,32 %
- doppelte Symmetrie- 3D-Vollkörperelemente- 2 Strukturen
ohne Schaum
mit Schaum
ULMA
Demonstrator Rohr: Finite-Elemente-Modell
u2max = -8,9 mm
FE-Modell (3D-Vollkörper): Verschiebungen, linear elastische Analyse
ohne Schaummit Schaum
ULMA
F=20 kN
FE-Modell (3D-Vollkörper): Spannungen, linear elastische Analyse
ohne Schaum Für u2max:
Sigma11 = 595 MpaSigma22 = - 20,6 MpaSigma33 = - 144,5 MpaSigmaV4 = 685 Mpa
Epsilon11= 0,31 %
ULMA
F=20 kN
FE-Modell (3D-Vollkörper): Spannungen, linear elastische Analysemit Schaum
ohne Schaum: SigmaV4 (u2max) = 685 MPa
Für u2max:
Sigma11 = 641 MPaSigma22 = - 8 MPaSigma33 = - 22 MPaSigmaV4 = 656 MPa
Epsilon11= 0,31 %
ULMA
Geringer Einfluss des Schaumes!
F=20 kN
ULMA
FE-Modell (3D-Vollkörper): Spannungen, elastisch-plastische Analyse
F=30 kN
ULMA
Zusammenfassung
• Gute Übereinstimmung des FE-Modells mit dem realen Bauteil.
• Einfluss des Schaumes im linear-elastischen Bereich ist gering: Schaum-Einfluss erst im nichtelastischen Bereich spürbar !
• Biegerohr ist daher aus unserer Sicht als Demonstrator wenig geeignet.