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Forschungsgesellschaft für Technische Mechanik FEMCOS - Ingenieurbüro mbH Ultralleichtbau bei mobilen Arbeitsmaschinen (ULMA) Methoden zur Modellierung.

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Präsentation zum Thema: "Forschungsgesellschaft für Technische Mechanik FEMCOS - Ingenieurbüro mbH Ultralleichtbau bei mobilen Arbeitsmaschinen (ULMA) Methoden zur Modellierung."—  Präsentation transkript:

1 Forschungsgesellschaft für Technische Mechanik FEMCOS - Ingenieurbüro mbH Ultralleichtbau bei mobilen Arbeitsmaschinen (ULMA) Methoden zur Modellierung und rechnergestützen Simulation des Stabilitäts- und Festigkeitsverhaltens spezieller Leichtbaukonstruktionen (Numerische Simulation im Ultraleichtbau) Arbeitstreffen am , Paderborn Hans Baumgarten, Michael Diehr, Ralph Jungbluth

2 ULMA Arbeitspakete : Zeit- und Meilensteinplanung AP5: - Gesamtkonzept Modellierung/Simulation -Auslegekriterien -Verifikation von Softwarewerkzeugen -Optimierung der Substr.-/Superelementtechn. -Test und Verifikation von Softwarewerkz. -Numerische Simulation f. prototypische Anw.

3 Rohr mit Alu-Schaum: - FE-Untersuchungen vorgestellt im April 2002 in Aichtal Teststruktur Kastenprofil: - Orientierung am Arm 2 der Putzmeister-Betonpumpe M52 - Untersuchung des Schaum-Einflusses auf das Stabilitätsverhalten - FEM und dann auch experimentell - Ergebnisse vorgestellt im Januar 2003 in Baden-Baden ULMA Bisherige Untersuchungen: Arm 5 einer Putzmeister-Betonpumpe M46: - FE-Untersuchungen: Schaum-Einflusses auf Stabilitätsverhalten Schnellwechsler Lehnhoff: - Import CAD-Daten - Aufbau eines FE-Modells - erste FE-Analysen Neue Untersuchungen:

4 Geprüft wurde, ob eventuell eine andere Anordnung des Schaums Verbesserungen des Stabilitätsverhaltens (Beulen) bringt. Masse-Bilanz muss geringer sein Grenzfall: Blechdicke minimal 3 mm Maximallast < 100 kN elastischer Bereich darf nicht überschritten werden ULMA Variantenuntersuchungen: - Variation der Position der Schotte Weitere FEM-Berechnungen am Kastenprofil: Einsatz von Metallschaum-Schotten

5 Ausgangs-Variante: Ohne Schott Zielgröße: Lastbeiwert soll auf 60 erhöht werden. ULMA Weitere FEM-Berechnungen am Kastenprofil: Einsatz von Metallschaum-Schotten

6 ULMA Variante: 1 Schott im Berg des 1. Lastbeiwertes Lastbeiwert: ca. 28,5 Weitere FEM-Berechnungen am Kastenprofil: Einsatz von Metallschaum-Schotten

7 ULMA Variante: 1 Schott im Berg des 1. Lastbeiwertes und 1 Schott im Tal des 1. LBW Lastbeiwert: ca. 36 Weitere FEM-Berechnungen am Kastenprofil: Einsatz von Metallschaum-Schotten

8 ULMA Fazit: Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Lastbeiwerte zu beobachten ist. Allerdings ist der Einfluss der Metallschaum-Schotte im Vergleich zu bislang untersuchten Variante „Metallschaum-Platte auf Gurt“ viel weniger signifikant. Der Effekt verstärkt sich bei 2 Schotten, allerdings ergibt sich dann überhaupt kein Massevorteil mehr ! Weitere FEM-Berechnungen am Kastenprofil: Einsatz von Metallschaum-Schotten

9 ULMA Ziel: Durch das Aufbringen von Metallschaum-Platten soll für den Arm 5 mit durchgängig 3 mm Blechdicke der krit. Lastbeiwert von 1,25 auf ca. 1,8 erhöht werden. Das entspricht dem krit. Lastbeiwert des Arm 5 mit 4 mm Blechdicke. Dabei soll Masse reduziert werden. Putzmeister-Betonpumpe M46: Einsatz von Metallschaum-Platten am Arm 5 Metallschaumplatten im Beulbereich Variation: - der Schaumdicke - der Schaumlänge

10 ULMA Putzmeister-Betonpumpe M46: Einsatz von Metallschaum-Platten am Arm 5 Dickensprünge und daher Blechstöße Ausgangsgeometrie mit höhere Blechdicken (4 mm): Blechdickenverteilung Masse m = 152,2 kg

11 ULMA Ausgangsgeometrie mit höhere Blechdicken (4 mm): Berechnung der kritischen Last Putzmeister-Betonpumpe M46: Einsatz von Metallschaum-Platten am Arm 5 Kritischer Lastbeiwert: LBW_6 = 1,83 Lastfall: Gelenklasten + Eigengewicht Arm + Gewicht Förderleitung + Seitenlasten aus Wind + Beschleunigungslasten

12 ULMA Jetzt weniger Dickensprünge und Blechstöße ! Arm mit verminderten Blechdicken (fast durchgängig 3 mm) Putzmeister-Betonpumpe M46: Einsatz von Metallschaum-Platten am Arm 5 Masse: m = 147,8 kg (ca. 3 % weniger Masse)

13 ULMA Putzmeister-Betonpumpe M46: Einsatz von Metallschaum-Platten am Arm 5 Kritischer Lastbeiwert: LBW_6 = 1,251 Arm mit verminderten Blechdicken: Berechnung der kritischen Last

14 ULMA Putzmeister-Betonpumpe M46: Einsatz von Metallschaum-Platten am Arm Schaumposition 1 Arm mit verminderten Blechdicken: Verstärkung mit Metallschaum

15 ULMA Putzmeister-Betonpumpe M46: Einsatz von Metallschaum-Platten am Arm Schaumposition 2 Arm mit verminderten Blechdicken: Verstärkung mit Metallschaum

16 ULMA Berechnung der Lastbeiwerte für verschiedene Schaumpositionen und -dicken Putzmeister-Betonpumpe M46: Einsatz von Metallschaum-Platten am Arm 5 Optimale Variante: Massendifferenz ist nahezu bedeutungslos !

17 ULMA Berechnung des Stabilitätsverhalten für Variante 4 („optimale Variante“) Putzmeister-Betonpumpe M46: Einsatz von Metallschaum-Platten am Arm 5

18 ULMA Zusammenfassung: Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass mit den festgelegten Schaumpositionen keine signifikante Erhöhung der Lastbeiwerte zu beobachten ist. Das Beulen der Gurte hat sich nur aus dem verstärkten Bereich heraus verschoben. Ein Vorteil des Einbringens von Metallschaum ist, dass Blechstöße entfallen. Mit dem Verkürzen des verstärkten Bereiches auf ca. 1 m (zur Massereduktion) wird keine ausreichende Erhöhung des kritischen Lastbeiwertes erreicht. Eine Möglichkeit zur Massereduktion über dieses Verfahren besteht darin, die Schaumverstärkung schmaler zu gestalten. Putzmeister-Betonpumpe M46: Einsatz von Metallschaum-Platten am Arm 5

19 ULMA Lehnhoff Hartstahl GmbH & Co. : Schnellwechsler HS80 Gehäuse des Schnellwechslers mit Aufnahmekrallen und Aufhängung Elementzahl:ca Knoten:ca Strukturen:18 Adapterrahmen Elementzahl:ca Knoten:ca Strukturen:8

20 ULMA Lehnhoff Hartstahl GmbH & Co. : Schnellwechsler HS80 Spannungsniveau im Schnellwechler für einen relevanten Betriebslastfall

21 ULMA Lehnhoff Hartstahl GmbH & Co. : Schnellwechsler HS80 BezeichnungMaterialStreckgrenze (Mpa)Auslastung (%) Deckblech (Pos. 1)Weldox ,8 Anlageblech (Pos.7)Weldox ,4 Seitenteile (Pos. 3 /4)Weldox ,9 Blech an Klauen (Pos. 2)Weldox ,8 Lagerführung (Pos. 6)St ,2 Bodenblech (Pos. 10)QSTE 380 TM 450 > 100 Klauen (Pos. 11 /12)St ,7 Winkelverstärkung/Stege (Pos. 5,8,9)QSTE 380 TM 450 > 100

22 ULMA Lehnhoff Hartstahl GmbH & Co. : Schnellwechsler HS80 Kerbspannungen im Bodenblech aufgrund vereinfachter Modellannahmen

23 ULMA Lehnhoff Hartstahl GmbH & Co. : Adapter-Rahmen Niveau der Vergleichspannungen im Adapter-Rahmen

24 ULMA Lehnhoff Hartstahl GmbH & Co. : Schnellwechsler HS80 Niveau der Vergleichspannungen im Adapter-Rahmen

25 ULMA Lehnhoff Hartstahl GmbH & Co. : Schnellwechsler HS80 Zusammenfassung: Trotz notwendiger Vereinfachungen in den Modellannahmen (speziell in der Kontaktproblematik) liegen mehrfach verifizierte, aussagefähige Berechnungs- modelle des Adapterrahmens und des Schnellwechsler-Gehäuses vor, die eine Ist- Stand-Analyse des Gesamtsystems gestatten. Ausgehend von diesem Ist-Stand sollten weitere konstruktive Maßnahmen zur Massereduzierung diskutiert und umgesetzt werden. Da eine weitere Qualifizierung der Modelle mit erheblichem numerischen Aufwand verbunden sein wird, muss im Einzelfall über deren Umsetzung diskutiert und entschieden werden.


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