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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 , Magdeburg Hans Baumgarten, Michael Diehr, Ralph Jungbluth

2 ULMA Software-Werkzeuge bei FEMCOS Universelle CAD-Software COSMESH FEMCOS – Ingenieurbüro mbH FEMAP SDRC HYPERMESH Altair Finite-Elemente-System COSAR FEMCOS Nastran2COSAR FEMCOS OneSpace Designer CoCreate FE-Preprozessor

3 ULMA Untersuchungen: mit Schaum Festigkeitsverhaltens Demonstrator Rohr (linear-elastisch, elastisch-plastisch) Ergebnis: Einfluss des Schaumes im linear-elastischen Bereich ist gering: Schaum-Einfluss erst im nichtelastischen Bereich spürbar ! Biegerohr war daher als Demonstrator ungeeignet. FE-Modell (3D-Vollkörper): Verschiebungen, elastisch-plastische Analyse

4 ULMA Untersuchungen: Mit frdl. Genehmigung von Baier Consulting. Ziel: Optimierung des Stabilitätsverhalten der Kästen (gleiches Stabilitätsverhalten für dünnere Bleche durch Beulsteifen aus Metallschaum bei gleichzeitiger signifikanter Massereduzierung). Kastenträger wurden gemäß Auslegung gefertigt und experimentell untersucht (Bestätigung der berechneten Ergebnisse). Stabilitätsverhalten dünnwandiger Kastenträger

5 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

6 ULMA Zusammenfassung Für bestimmte Formen von Kastenträgern konnte mittels FEA gezeigt werden, dass Metallschaum-Aussteifungen das Stabilitätsverhalten positiv beeinflussen können. Dies ist möglich bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung. Als günstigste (da einfachste) Form der Aussteifung hat sich das Flach-Profil erwiesen. Es sollten weitere Möglichkeiten der Gewichts-Optimierung in Betracht gezogen werden (z.B. Gurt-Abkantungen). Die Messungen zeigen für den unterkritischen Bereich eine gute Übereinstimmung mit der FEA.

7 ULMA Untersuchungen: Stabilitätsuntersuchungen am Arm 5 einer Putzmeister-Betonpumpe M46 Ziel: Metallschaum-Platten sollten so aufgebracht werden, dass das Stabilitätsverhalten (Beulen) verbessert und die Masse reduziert wird. Untersuchter Lastfall: + Gelenklasten + Eigengewicht Arm + Gewicht Förderleitung + Seitenlasten aus Wind + Beschleunigungslasten

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

9 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

10 ULMA Untersuchungen: Mit frdl. Genehmigung von Lehnhoff Hartstahl GmbH & Co. Ableitung von FE-Modellen aus CAD-Daten und Untersuchung der relevanten Lastfälle. Schnellwechsler und Adapterrahmen wurden von einander getrennt analysiert. Festigkeitsuntersuchungen an einem Schnellwechsler (Lehnhoff) Ziel: Aufzeigen von Möglichkeiten zur Optimierung des Bauteils hinsichtlich Gewichtseinsparung.

11 ULMA Gehäuse des Schnellwechslers mit Aufnahmekrallen und Aufhängung Elementzahl:ca Knoten:ca Strukturen:18 Adapterrahmen Elementzahl:ca Knoten:ca Strukturen:8 Festigkeitsuntersuchungen an einem Schnellwechsler (Lehnhoff)

12 ULMA Festigkeitsuntersuchungen an einem Schnellwechsler (Lehnhoff)

13 ULMA Zusammenfassung: Es konnte gezeigt werden, dass Potential zur Massenreduktion prinzipiell vorhanden ist. Die Bestimmung der genauen Größe der Reduktion hängt aber davon ab, in wieweit das Modell an die reale Lastsituation angepasst werden kann. Für weiterführende FE-Untersuchungen sind folgende Erweiterungen notwendig: - erweiterte Analyse der Belastungssituation - Ableitung eines überarbeiteten Lastmodells für den Schnellwechsler und den Adapterrahmen - Betriebsfestigkeitsuntersuchung würde die genauere Analyse der wechselnden Lastsituation kritischer Bereiche (z.B. Radien in den Ecken der Blechöffnungen) zulassen. Festigkeitsuntersuchungen an einem Schnellwechsler (Lehnhoff)


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