Maschinenbau Fallbeispiele
Aus ESOCAETWIKIPLUS
Kategorie: Fallbeispiele
Fallbeispiele
Statischer Nachweis von Anlagenbauteilen mit ANSYS® , Bewertung eines Stutzenanschlusses nach AD2000
Stichworte
- Dampfkessel in der Energie-Erzeugung
- Sammlerrohr
- Bewertungs- und Auslegungsvorschrift AD-Merkblätter
Simulation
- Statische Simulation der Strukturmechanik
- Schnittränder des Modells mit periodischen Randbedingungen
- Parametrisiertes Modell zur Optimierung der Wandstärke
Abrollsimulation in einem Kegelraddifferential , Berechnung des Kontaktdrucks auf den Zahnflanken
Stichworte
- Getriebe Kegelräder
- mechanische Beanspruchung
Simulation
- statische Simulation der Strukturmechanik
- gezielte Steuerung der Diskretisierung (Netzteilung)
- Kontakt
- Varianten-Untersuchung und Optimierung
RANfat , Lebensdauerbewertung für Random Vibration Analysen in ANSYS®
Stichworte
- zufällig dynamisch erregte Strukturen
- Lebensdauerbewertung
Simulation
- dynamische Simulation der Strukturmechanik
- PSD-Analyse
- Ermüdungsanalyse
- Ausgabe der Schädigung
- Schädigungsbewertung
Stichworte
- Lüftungs- und Klimatechnik, Lüfterrad
- Kunststoff, Polymer
- Kriechen
Simulation
- FEM-Simulation der Strukturmechanik
- Maxwell-Materialmodell
- zeitabhängiges Materialverhalten
- Curve-fitting der gemessenen Kriechkurven
Schwingungssimulation für Automotive-Komponenten , Frequenzabhängige Feder-Dämpferelemente in ANSYS®
Stichworte
- Fahrzeugbau, Motoraufhängung
- Schwingungsdämpfer
- Gummi-Federelement
- Schwingungsverhalten
Simulation
- dynamische Simulation der Strukturmechanik
- Gummi-Material, frequenzabhängiges Steifigkeits- und Dämpfungsverhalten
- Frequenzganganalyse
Stichworte
- Axialströmungs-Turbolader für Schiffsantriebe oder Kraftwerksdiesel
- Verformungsverhalten
- Wirkungsgrad-Verbesserung
Simulation
- Temperaturfeld-Simulation
- Strukturmechanik unter Berücksichtigung der thermischen Dehnungen
- Modalanalyse
- Submodell-Simulationen für detaillierte Bewertung in Hinsicht auf Ermüdung
Aus Fachzeitschriften und Publikationen
Bereits seit Beginn der numerischen Simulation zählen der Anlagenbau und insbesondere der nukleare Kraftwerksbau zu den Pionieren der FEM-Anwendung. Für diese Anwendungen waren von Beginn an Berechnungen mit nichtlinearem Materialverhalten und Temperaturuntersuchungen erforderlich. Im internationalen Anlagenbau erzwingen die Notwendigkeit der wirtschaftlichen Gestaltung aufgrund des hohen Konkurrenzdrucks und die hohen Sicherheitsforderungen den Einsatz genauerer Berechnungsverfahren. Pauschale analytische Ansätze oder Regelwerksberechnungen sind nicht mehr ausreichend. Um den Modellierungsaufwand bei der FEM zu reduzieren, legte Lurgi FEM-Modelle für wiederkehrende Bauteile in parametrisierter Form in Bibliotheken ab. Auf diese Weise konnten Berechnungsmodelle für Apparatekonstruktionen schnell aufgebaut werden, auch von Ingenieuren, die weniger Erfahrung in der FEM hatten. Auf diese Weise konnte mehr als 40 % an Modellierungsaufwand eingespart werden /Bohle/.
Bei Noell-KRC, Würzburg wurde das FEM-Programm für die automatische Auslegung von Ship-to-Shore Containerkranen erweitert. Dazu wurden die besonderen Anforderungen wie Bauart, Traglast, Reichweite vorgegeben und die konstruktive Ausführung des Entwurfes mit numerischen Verfahren optimiert. Dadurch konnte die Arbeitszeit zur Untersuchung von Varianten deutlich reduziert und schon in der Angebots- und Entwurfsphase eine konkrete Ausführung erarbeitet werden. Eine wesentliche Rolle bei dieser Optimierung war die Einbindung der FEM-Berechnung in andere Programme zur Kostenkalkulation und Angebotserstellung. Diese auf den Anwenderbedarf zugeschnittenen Software-Lösungen sind mehr und mehr der Weg zur effektiven Zeit- und Kostenersparnis und damit der Wettbewerbsfähigkeit. "Mit dem vorgestellten Programm ist es gelungen, den Zeitaufwand für die Berechnung eines STS-Krans in der Angebotsphase drastisch zu reduzieren. Während früher ca. 4 bis 6 Wochen nötig waren, ist es heute möglich, den Kran in 2 bis 3 Tagen zu dimensionieren. Mit dieser Dimensionierung können schon die Bleche zur Herstellung bestellt werden. Im Auftragsfall muss also nicht die Fertigstellung der statischen Berechnung abgewartet werden." /Broocks/.
Die numerische Simulation kann insbesondere dann genaue Aussagen
liefern, wenn Varianten untersucht werden und Simulationsergebnisse
mit leicht geänderten Eingabeparametern miteinander verglichen werden.
Burndy Electrical berichtet, dass durch eine FEM-Analyse die
Entwicklungszeit einer neuen Klemmzange ("Framatome Connector Batool")
von 28 Wochen auf 9 Wochen reduziert werden konnte. Zusätzlich wurde
eine Gewichtsersparnis von 18 % erzielt.
Dass die Anwendung der FEM bereits in der Vorentwicklung
wirtschaftlich ist, berichtete auch Thyssen vom Transrapid /Rother/.
Da es sich um eine völlig neue Fahrzeug-Technologie handelte,
konnte auf keine Erfahrungswerte zurückgegriffen werden. Mit
FEM konnten viele Konzeptvarianten kurzfristig untersucht werden
und so Erfahrungen und Wissen angesammelt werden.
Zur Detailuntersuchung von Wälzlagern werden FEM-Modelle verwendet, die selbst die einzelnen Wälzkörper bis ins Detail abbilden. Mit solchen Modellen können die Belastungen und Spannungen innerhalb des Lagers und der Ringe genau untersucht werden. Damit ergeben sich Vorteile bei der Auslegung, der Auswahl und dem Einsatz der Lager.
Die ESO (European Southern Observatory) in Garching hat in Chile
das derzeit größte Spiegelteleskop der Welt gebaut. Bei diesem
Projekt konnte auf keinerlei Erfahrungswerte zurückgegriffen werden.
Deshalb wurde von Anfang an FEM eingesetzt, um verschiedene Entwürfe
zu bewerten. Dazu mussten statische Berechnungen, Eigenfrequenzen,
Erdbeben- und Windbelastungsanalysen, Sonneneinstrahlungs- und
Strömungssimulationen sowohl für die Gesamtstruktur wie auch für
einzelne Komponenten durchgeführt werden.
Literatur
/Bohle/,J.: Wirtschaftliche Strukturgenerierung für Komponenten des Anlagenbaus durch ANSYS-Makros. CADFEM Users Meeting 1991, Bamberg, Tagungsband der CAD-FEM GmbH
/Rother/,K.: FEM-Anwendungen im Schienenfahrzeugbau, Aufsatz, CADFEM GmbH
/Broocks/,W.: Ein Werkzeug für die automatische Berechnung und Optimierung von Ship-to-Shore Containerkranen, 18. CADFEM Users Meeting 2000, Friedrichshafen, Bodensee, 1.1.8