Berechnung eines Scherenwagenhebers

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Transcript Berechnung eines Scherenwagenhebers

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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg

Angewandte
Naturwissenschaften

Wahlpflichtfach Finite - Element - Methode
Berechnung eines Scherenwagenhebers
in ANSYS

Vortragender:

Datum:

Sven Böckamp

24.01.05


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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg

Berechnung eines Scherenwagenhebers
Sven Böckamp

Gliederung
1. Aufgabenstellung
2. FE Modell
2.1 Elementtyp
2.2 Elementierung
2.3 Randbedingungen

2 Overhead

3. Ergebnisse
4. Zusammenfassung


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Aufgabenstellung
Sven Böckamp

1. Aufgabenstellung




Scherenwagenheber in ANSYS modellieren
Simulieren des Belastungsverlaufs beim Aufbringen
einer Kraft von 12KN.
Der Wagenheber ist bei dieser Belastung auf eine
Höhe von 200mm geöffnet

3 Overhead




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FE Modell
Sven Böckamp

2. FE Modell
Bereich der herausgetrennt wurde

1
AREAS

Z
X

Y

Schnittflächen – Ausnutzung der Symmetrie

JAN 20 2005
16:31:31

4 Overhead

TYPE NUM


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FE Modell
Sven Böckamp

2.1 Elementtyp

Schalenelement

1
ELEMENTS Z

X

JAN 20 2005
16:32:33

Y

Shell 93 (Dicke 7mm)

Andruckplatte

Balkenelemente

Gelenkarm

Beam 188
(Durchmesser 4mm)
Verbindungsbolzen
1
ELEMENTS
JAN 21 2005
14:37:28

Z
X

Spindelplatte

Volumenelemente
Solid 95
5 Overhead

Y


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FE Modell
Sven Böckamp
Z

2.2 Elementierung

X

Y

• Bereiche mit erwartungsgemäß
hoher Spannung  feiner vernetzt
• Bereiche mit erwartungsgemäß
niedriger Spannung  gröber vernetzt
1
ELEMENTS Z

X

Y

JAN 20 2005
16:32:33

Coupled DOF
Ux, Uy, Uz = 0

Knoten: 1384
Elementzahl: 340

Y
X

rot x, rot z = 0
6 Overhead

Z


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FE Modell
Sven Böckamp

2.3 Randbedingungen
1
ELEMENTS

U-Stahl: St 37-2
Andruckplatte: St 50-2

JAN 20 2005
16:55:54

U
ROT
CP

F = 3000N  2,87N/mm2
Z
Y X

Spindelplatte: St 60
E-Modul 205000N/mm2
Querkontraktion 0,3

7 Overhead

Symmetrie


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Ergebnisse
Sven Bäckamp
1
NODAL SOLUTION

4. Ergebnisse
In dem markierten Bereich tritt eine
Spannung von 126N/mm2 auf. Die
Andruckplatte wurde mit 0,2N/mm2
belastet

.028133

14.107

28.187

42.266

56.345

70.424

84.503

98.582

112.662

126.741

1
NODAL SOLUTION
JAN 21 2005
14:10:49

STEP=1
SUB =1
TIME=1
SEQV
(AVG)
DMX =875744
SMN =.028133
SMX =126.741

Y
Z

X
MN

.028133

14.107

MX

28.187

42.266

56.345

70.424

84.503

98.582

112.662

8 Overhead



JAN 20 2005
19:40:48

STEP=1
SUB =1
TIME=1
SEQV
(AVG)
DMX =875744
SMN =.028133
SMX =126.741

126.741


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Ergebnisse
Sven Bäckamp

4. Ergebnisse
Wird die Andruckplatte höher belastet, kommt es
zu einer unzulässigen Verschiebung des Bauteils



1

1
DISPLACEMENT

VECTOR
JAN 22 2005
13:41:43

STEP=1
SUB =1
TIME=1
DMX =875872

Z
Y X

JAN 22 2005
13:47:47

STEP=1
SUB =1
TIME=1
U
TOP
NODE=570
MIN=50604
MAX=875872

Z

Z

Y

X

X

50604

142300

233997

325693

417390

509086

600783

692479

784176

875872

9 Overhead

Verschiebung


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Sven Bäckamp

4. Ergebnisse


Wird eine zusätzliche Symmetrie aufgebracht
(Simulation der Gewindespindel) kann der
Wagenheber korrekt berechnet werden

1
NODAL SOLUTION
STEP=1
SUB =1
TIME=1
SEQV
(AVG)
DMX =1.311
SMN =1.494
SMX =389.364

JAN 24 2005
11:45:41

Tatsächliche Belastung
im Gelenkarm

Z
XY

Spannungsüberhöhungen kommen
durch die Balkenelemente zustande

MN

MX

1.494

44.59

87.687

130.784

173.88

216.977

260.074

303.171

346.267

10 Overhead

Zusätzliche Symmetrie

389.364


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Ergebnisse
Sven Bäckamp

4. Ergebnisse



1
Wird die zusätzliche
Symmetrie aufgebracht kann
DISPLACEMENT
JAN 24 2005
STEP=1
die Gewindespindel
simuliert
werden
11:51:26
SUB =1
TIME=1
Es kommt nur
noch
zu einer Verschiebung in ZDMX =1.311
Z
YX
Richtung

Z

Verschiebung
11 Overhead




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Zusammenfassung
Sven Böckamp



Es kommt zu einer zu hohen Verschiebung im Bereich
der Andruckplatte



Fehler in der Festhaltung



Änderung der Geometrie brachten keinen Erfolg



Änderung der Symmetriebedingungen brachten den
Erfolg



Der gewählte Werkstoff hält eine Belastung von ca.
230N/mm2 aus



Programmierung über Textdatei sehr hilfreich und im
Alltag zu empfehlen

12 Overhead

5. Zusammenfassung


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Berechnung eines Scherenwagenhebers
Sven Böckamp

13 Overhead

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