Ultralleichtbau bei mobilen Arbeitsmaschinen (ULMA) Methoden zur Modellierung und rechnergestützen Simulation des Stabilitäts- und Festigkeitsverhaltens spezieller Leichtbaukonstruktionen (Numerische Simulation im Ultraleichtbau) Arbeitstreffen am 30.04.2002, Aichtal Forschungsgesellschaft für Technische Mechanik FEMCOS - Ingenieurbüro mbH Hans Baumgarten Ralph Jungbluth

Meilensteinplanung U L M A 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 FN000001

Softwarewerkzeuge für die Simulation U L M A Universelle CAD-Software AnMo Mittelflächengenerator FEMCOS – Ingenieurbüro mbH FE-Preprozessoren COSMESH FEMAP HYPERMESH FEMCOS – Ingenieurbüro mbH UNIGRAPHICS/ SDRC Altair Engineering Finite-Elemente-System COSAR 2002-04-30 FEMCOS www.ul-ma.de FN000002

Demonstrator Rohr: Geometrie ULMA Demonstrator Rohr: Geometrie 100 F/2 F/2 950 1000 Belastung: F=20 kN (linear elastisch) F=30 kN (elastisch-plastisch) Material: dA=57,9 mm Rohr: Stahl S700 E = 210000 N/mm² Nue = 0,3 Streckgrenze: ca. 700 MPa Zugfestigkeit: ca. 800 MPa Metallschaum: AlCu4 Annahme: E = 1000 N/mm² Nue = 0,33 dI=52,1 mm

Kraft-Dehnungs-Kurve (4-Punkt-Biegeversuch) ULMA Kraft-Dehnungs-Kurve (4-Punkt-Biegeversuch) Rohr: Stahl S700 E = 210000 N/mm² Nue = 0,3 Streckgrenze: ca. 700 MPa Zugfestigkeit: ca. 800 MPa 3,2 F = 20 kN Dehnung = 0,32 %

Demonstrator Rohr: Finite-Elemente-Modell ULMA Demonstrator Rohr: Finite-Elemente-Modell ohne Schaum - doppelte Symmetrie 3D-Vollkörperelemente 2 Strukturen mit Schaum

FE-Modell (3D-Vollkörper): Verschiebungen, linear elastische Analyse ULMA FE-Modell (3D-Vollkörper): Verschiebungen, linear elastische Analyse F=20 kN mit Schaum ohne Schaum u2max = -8,9 mm

FE-Modell (3D-Vollkörper): Spannungen, linear elastische Analyse ULMA FE-Modell (3D-Vollkörper): Spannungen, linear elastische Analyse ohne Schaum Für u2max: Sigma11 = 595 Mpa Sigma22 = - 20,6 Mpa Sigma33 = - 144,5 Mpa SigmaV4 = 685 Mpa Epsilon11= 0,31 % F=20 kN

FE-Modell (3D-Vollkörper): Spannungen, linear elastische Analyse ULMA FE-Modell (3D-Vollkörper): Spannungen, linear elastische Analyse mit Schaum F=20 kN Für u2max: Sigma11 = 641 MPa Sigma22 = - 8 MPa Sigma33 = - 22 MPa SigmaV4 = 656 MPa Epsilon11= 0,31 % ohne Schaum: SigmaV4 (u2max) = 685 MPa Geringer Einfluss des Schaumes!

FE-Modell (3D-Vollkörper): Spannungen, elastisch-plastische Analyse 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.