Transcript Berechnung eines Scherenwagenhebers
Slide 1
Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
Angewandte
Naturwissenschaften
Wahlpflichtfach Finite - Element - Methode
Berechnung eines Scherenwagenhebers
in ANSYS
Vortragender:
Datum:
Sven Böckamp
24.01.05
Slide 2
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
Slide 3
Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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
Slide 4
Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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
Slide 5
Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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
Slide 6
Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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
Slide 10
Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
Ergebnisse
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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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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
Slide 12
Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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
Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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
Slide 3
Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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
Slide 9
Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
Ergebnisse
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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Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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
Slide 12
Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg
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
Slide 13
Berechnung eines Scherenwagenhebers
Sven Böckamp
13 Overhead
Fachhochschule
Bonn-Rhein-Sieg