Finite Elemente Analyse einer Welle unter Drehmomentbelastung

(1)

Finite-Elemente-Analyse einer Welle unter

Drehmomentbelastung

Vergleich von Simulation und Versuch

Pascal Diwisch, M.Sc., Christian Glenk, M.Sc., Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg

16. Bayreuther 3D-Konstrukteurstag Bayreuth

17. September 2014

(2)

Pascal Diwisch, M.Sc., Christian Glenk, M.Sc., Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg 16. Bayreuther 3D-Konstrukteurstag, 17.09.2014, Bayreuth

Inhalt

2

• Zielsetzung

• Versuch

• Simulation

• Abaqus

• Z88Aurora

• Vergleich der Verschiebungsergebnisse

(3)

Zielsetzung

3

• Verformungssimulation einer Lochwelle unter Drehmomentbelastung (Abaqus CAE 6.12-3 und Z88Aurora)

• Validierung der Ergebnisse mittels eines optischen Messsystems

• Beurteilung des Lochmusters auf die Bauteilsteifigkeit

(4)

Prüfkörper - Lochwelle

Versuch

90

5 5 10

25 21,5

4

Prüfkörper: Hohlwelle mit Lochmuster

Randbedingungen für den Versuch und die Simulation:

Feste Einspannung Drehmoment

(5)

Prüfaufbau – optische Messung

Versuch

5

Optisches Messsystem der Firma LIMESS Messtechnik und Software GmbH

Kraftmessdose

Prüfkörper Kamerasystem

Hebel zur Drehmomentaufgabe Messverstärker

PC zur Datenaufzeichnung und Auswertung

LIMESS

(6)

Prüfkörper – Vorbereitung für die optische Messung

Versuch

6

1. Prüfkörper säubern

2. Grundierung aufbringen (matt weiß) 3. Schwarzes Specklemuster aufsprühen

Die Verformungsmessung erfolgt mittels 3D-Bildkorrelation. Hierfür wird ein

stochastisches Muster („Specklemuster“) auf den Prüfkörper benötigt.

^[1]

(7)

Versuchsdurchführung

Versuch

7

1. Aufnahme eines Stereobildes mit zugehörigem Drehmoment

2. Die Auswertesoftware Istra4D errechnet aus den Stereo-

bildern die Verschiebungen (Bezug auf ein Referenzbild)

Kamera 1 Kamera 2

(8)

Versuchsdurchführung

Versuch

8

1. Aufnahme eines Stereobildes mit zugehörigem Drehmoment

2. Die Auswertesoftware Istra4D errechnet aus den Stereo-

bildern die Verschiebungen (Bezug auf ein Referenzbild)

Bereich der Auswertung

Kamera 1 Kamera 2

(9)

Finite-Elemente-Analyse

Simulation

9

• Konstruktion der Lochwelle in Creo Parametrics 2.0  Export im step-Format

• Import der Lochwelle in Abaqus CAE 6.12-3

• Vernetzung: 308600 Knoten und 179929 quadratische Tetraeder

• Export der entsprechenden inp-Datei

• Import der inp-Datei in Z88Aurora (identisches Netz)

• Verwendung eines MPC (Multi-Point Constraints) zur Drehmomentaufgabe

[2]

(10)

Finite-Elemente-Analyse

Simulation

10

Auswertung der Gesamtverschiebung mit

[3]

Abaqus 6.12-3

(11)

Gesamtverschiebung 0/30

Auswertung

11 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

Simulation Abaqus Messung

Simulation Z88Aurora

(12)

Gesamtverschiebung 1/30

Auswertung

12 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(13)

Gesamtverschiebung 2/30

Auswertung

13 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(14)

Gesamtverschiebung 3/30

Auswertung

14 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(15)

Gesamtverschiebung 4/30

Auswertung

15 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(16)

Gesamtverschiebung 5/30

Auswertung

16 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(17)

Gesamtverschiebung 6/30

Auswertung

17 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(18)

Gesamtverschiebung 7/30

Auswertung

18 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(19)

Gesamtverschiebung 8/30

Auswertung

19 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(20)

Gesamtverschiebung 9/30

Auswertung

20 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(21)

Gesamtverschiebung 10/30

Auswertung

21 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(22)

Gesamtverschiebung 11/30

Auswertung

22 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(23)

Gesamtverschiebung 12/30

Auswertung

23 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(24)

Gesamtverschiebung 13/30

Auswertung

24 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(25)

Gesamtverschiebung 14/30

Auswertung

25 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(26)

Gesamtverschiebung 15/30

Auswertung

26 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(27)

Gesamtverschiebung 16/30

Auswertung

27 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(28)

Gesamtverschiebung 17/30

Auswertung

28 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(29)

Gesamtverschiebung 18/30

Auswertung

29 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(30)

Gesamtverschiebung 19/30

Auswertung

30 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(31)

Gesamtverschiebung 20/30

Auswertung

31 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(32)

Gesamtverschiebung 21/30

Auswertung

32 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(33)

Gesamtverschiebung 22/30

Auswertung

33 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(34)

Gesamtverschiebung 23/30

Auswertung

34 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(35)

Gesamtverschiebung 24/30

Auswertung

35 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(36)

Gesamtverschiebung 25/30

Auswertung

36 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(37)

Gesamtverschiebung 26/30

Auswertung

37 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(38)

Gesamtverschiebung 27/30

Auswertung

38 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(39)

Gesamtverschiebung 28/30

Auswertung

39 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(40)

Gesamtverschiebung 29/30

Auswertung

40 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(41)

Gesamtverschiebung 30/30

Auswertung

41 0

50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie an der Auswertelinie

(42)

Vergleich Lochwelle und Hohlwelle

42

Auswertung

 Bohrungen reduzieren die Bauteilsteifigkeit deutlich

0 50 100 150 200 250 300

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Drehmoment M / Nm

Verschiebung u / mm

Drehmoment-Weg-Kennlinie

Messung Lochwelle

Simulation Lochwelle (Z88Aurora)

Simulation Hohlwelle (Z88Aurora)

(43)

43

(44)

44