Ultralleichtbau bei mobilen Arbeitsmaschinen (ULMA) Methoden zur Modellierung und rechnergestützen Simulation des Stabilitäts- und Festigkeitsverhaltens spezieller Leichtbaukonstruktionen (Numerische Simulation im Ultraleichtbau) Arbeitstreffen am 29. + 30.04.2004, Magdeburg Forschungsgesellschaft für Technische Mechanik FEMCOS - Ingenieurbüro mbH Hans Baumgarten, Michael Diehr, Ralph Jungbluth

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

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

Stabilitätsverhalten dünnwandiger Kastenträger ULMA Untersuchungen: Stabilitätsverhalten dünnwandiger Kastenträger 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). Mit frdl. Genehmigung von Baier Consulting.

ULMA Weitere FEM-Berechnungen am Kastenprofil: Einsatz von Metallschaum-Schotten 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 Variantenuntersuchungen: - Variation der Position der Schotte

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.

Stabilitätsuntersuchungen am Arm 5 einer Putzmeister-Betonpumpe M46 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

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

Putzmeister-Betonpumpe M46: Einsatz von Metallschaum-Platten am Arm 5 ULMA Putzmeister-Betonpumpe M46: Einsatz von Metallschaum-Platten am Arm 5 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.

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

Festigkeitsuntersuchungen an einem Schnellwechsler (Lehnhoff) ULMA Festigkeitsuntersuchungen an einem Schnellwechsler (Lehnhoff) Gehäuse des Schnellwechslers mit Aufnahmekrallen und Aufhängung Elementzahl: ca. 34.000 Knoten: ca. 44.000 Strukturen: 18 Adapterrahmen Elementzahl: ca. 25.000 Knoten: ca. 30.000 Strukturen: 8

Festigkeitsuntersuchungen an einem Schnellwechsler (Lehnhoff) ULMA Festigkeitsuntersuchungen an einem Schnellwechsler (Lehnhoff)

Festigkeitsuntersuchungen an einem Schnellwechsler (Lehnhoff) ULMA Festigkeitsuntersuchungen an einem Schnellwechsler (Lehnhoff) 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.