Forschungsgesellschaft für Technische Mechanik FEMCOS - Ingenieurbüro mbH

Ultralleichtbau bei mobilen Arbeitsmaschinen (ULMA)

Methoden zur Modellierung und rechnergestützen Simulationdes Stabilitäts- und Festigkeitsverhaltens spezieller

Leichtbaukonstruktionen(Numerische Simulation im Ultraleichtbau)

Arbeitstreffen am 30.04.2002, Aichtal

Hans BaumgartenRalph Jungbluth

2002-04-30 FEMCOS www.ul-ma.de FN000001

U L M A Meilensteinplanung

M1:

Die erforderlichen Demonstratoren für die Simulation sind aus den Konstruktions- empfehlungen abgeleitet und verifiziert wor-den

M2:

Das Gesamtkonzept für ein Modellierungs- und Simulationstool liegt vor.

2002-04-30 FEMCOS www.ul-ma.de FN000002

U L M ASoftwarewerkzeuge für die Simulation

Universelle CAD-Software

AnMoMittelflächengenerator

FEMCOS – Ingenieurbüro mbH

FE-Preprozessoren

COSMESH FEMAP HYPERMESHFEMCOS – Ingenieurbüro mbH UNIGRAPHICS/ SDRC Altair Engineering

Finite-Elemente-System COSAR FEMCOS – Ingenieurbüro mbH

1000

950

100

dA=57,9 mm

dI=52,1 mm

Material:Rohr: Stahl S700

E = 210000 N/mm²Nue = 0,3

Streckgrenze: ca. 700 MPaZugfestigkeit: ca. 800 MPa

Metallschaum: AlCu4

Annahme:E = 1000 N/mm²Nue = 0,33

Demonstrator Rohr: Geometrie

Belastung:F=20 kN (linear elastisch)F=30 kN (elastisch-plastisch)

F/2 F/2

ULMA

Kraft-Dehnungs-Kurve (4-Punkt-Biegeversuch)

DMS 1 Vergleichung

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5 10 15 20 25 30

Dehnung (mm/m)

Kra

ft (k

N) Blau

Schwarz

Vollgeschäumt

Ungeschäumt

Rohr: Stahl S700

E = 210000 N/mm²Nue = 0,3

Streckgrenze: ca. 700 MPaZugfestigkeit: ca. 800 MPa

3,2

ULMA

F = 20 kNDehnung = 0,32 %

- doppelte Symmetrie- 3D-Vollkörperelemente- 2 Strukturen

ohne Schaum

mit Schaum

ULMA

Demonstrator Rohr: Finite-Elemente-Modell

u2max = -8,9 mm

FE-Modell (3D-Vollkörper): Verschiebungen, linear elastische Analyse

ohne Schaummit Schaum

ULMA

F=20 kN

FE-Modell (3D-Vollkörper): Spannungen, linear elastische Analyse

ohne Schaum Für u2max:

Sigma11 = 595 MpaSigma22 = - 20,6 MpaSigma33 = - 144,5 MpaSigmaV4 = 685 Mpa

Epsilon11= 0,31 %

ULMA

F=20 kN

FE-Modell (3D-Vollkörper): Spannungen, linear elastische Analysemit Schaum

ohne Schaum: SigmaV4 (u2max) = 685 MPa

Für u2max:

Sigma11 = 641 MPaSigma22 = - 8 MPaSigma33 = - 22 MPaSigmaV4 = 656 MPa

Epsilon11= 0,31 %

ULMA

Geringer Einfluss des Schaumes!

F=20 kN

ULMA

FE-Modell (3D-Vollkörper): Spannungen, elastisch-plastische Analyse

F=30 kN

ULMA

Zusammenfassung

• Gute Übereinstimmung des FE-Modells mit dem realen Bauteil.

• Einfluss des Schaumes im linear-elastischen Bereich ist gering: Schaum-Einfluss erst im nichtelastischen Bereich spürbar !

• Biegerohr ist daher aus unserer Sicht als Demonstrator wenig geeignet.