7_ EINBLICKE IN DEN KONSTRUKTIONS- UND SIMULATIONSPROZESS Flashcards
(28 cards)
was wird maßgeblich durch das ausgewählte material bestimmt ?
- Die Bauteileigenschaften, - das Herstellungsverfahren - die resultierenden Produktkosten
4 Phasen des Konstruktionsprozesses
- Planen
- Konzipieren
- Entwerfen
- Ausarbeiten
Anforderungsbereiche für Kunststoffprodukte
- Mechanische Anforderungen
- Thermische Anforderungen
- Optische Anforderungen
- Chemische Anforderungen
- Physikalische Anforderungen
- Elektrische Anforderungen
- Anforderungen an die Verarbeitbarkeit
Fest, Mindest, Wunschanforderungen erklärung
Festforderungen sind solche Anforderungen, die
innerhalb enger Grenzen eingehalten werden müssen
Mindestforderungen geben lediglich einen
einzuhaltenden Grenzwert vor.
Wunschforderungen müssen nicht notwendigerweise erfüllt werden,
bieten sich aber als Kriterium an, um noch in der Auswahl verbleibende Werkstoffe in eine
Rangfolge zu bringen.
Hilfsmittel für Werkstoffauswahl
Datenbanken, Recherchen, praxisnahe Laborversuche
Unterschiede eigenschaften Kunststoffe und metallische Werkstoffe
- Kunststoffe haben stark nicht lineares temperatur und zeitabhängiges Werkstoffverhalten
- E Modul von Kunststoff ist deutlich geringer
- Kunststoff hat deutlich höhere wärmedehnug
- Bruchdehnung der Kunststoffe ist um das 10-100 fache größer
Wanddicken bei Kunststoffprodukten
Wanddicke entscheidender Faktor für die Abkühl und somit Zykluszeit
Wanddicke sollte unter der voraussetzung der herstellbarkeit so dünn wie möglich gewählt werden
Probleme bei unterschiedlichen Wanddicken
Unterschiedliche Abkühlzeit - > unterschiedlichen Schwindungsverhalten -> nicht tolerierbaren Verzug der Komponente
Ziel der Dimensionierung von Kunststoffbauteilen
zu klären, ob bei Fertigung und Gebrauch
auftretende Kräfte ohne Rissbildung oder unzulässige Verformung vom Bauteil ertragen werden können
wie berechnet man die Dimensionierung der Kunststoffbauteile
Hierzu werden die von außen auf das Bauteil angreifenden Kräfte in innere Werkstoffbe
anspruchungen umgerechnet und mit zulässigen Werkstoffbeanspruchungen und -kennwerten
verglichen
Verfahren zur Dimensionierung von Kunststoffbauteilen
- analytische Verfahren zur überschlägigen Berechnung von einfachen Bauteilentwürfen
- empirische Verfahren, welche auf Erfahrungen mit ähnlichen Bauteilen oder Bauteiltests
basieren - numerische Verfahren, wie beispielsweise die Finite-Elemente-Methode (FEM)
Finite elemente Methode Vorteile
- Es können beliebig komplexe Geometrien erstellt werden
- Es existieren prinzipiell keinerlei Einschränkungen bezüglich des Lastangriffs. Sowohl Punkt-
als auch Flächen- oder Volumenkräfte können betrachtet werden. Zusätzlich ist eine zeitliche
Veränderung des Lastangriffs möglich. - Sowohl geometrische und materialspezifische Nichtlinearitäten als auch Nichtlinearitäten
aufgrund wechselnder Randbedingungen können erfasst werden
Verwendung FEM (Simulationstypen)
- Struktursimulation (Dimensionierung von Kunststoffbauteilen)
- Prozesssimulation (Simulation des
Herstellungsprozesses) - integrative Simulation (Kopplung der beiden Simulationsmethodiken)
wie kann der formfüllvorgang abgebildet werden
Bereits mithilfe der rheologischen Simulation (Simulation der Füllphase) unter Berücksichtigung der Formteilgeometrie sowie der Materialeigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, Viskosität und spezifische Wärmekapazität)
was kann auf basis der Prozesssimulationergebnisse bewertet werden
- Prozessführung
- virtuelle Optimierung von Formteil, Werkzeug und Prozess
FEM Struktursimulation vorteiel
- statische als auch das dynamische Bauteilverhalten kann
bereits in einer frühen Planungsphase simuliert werden - dadurch anzahl der Prototypen Versuche reduzieren
Anwendungsfelder FE Analysen
- Identifikation von Schwachstellen einer Konstruktion,
*Festigkeits-/Steifigkeitsnachweis und Lebensdauerabschätzung,
- Gestaltoptimierung z. B. hinsichtlich der Festigkeit, Steifigkeit oder des Gewichts und
- Analyse des Schwingungsverhaltens (Akustik).
Welcher Kennwert wird beim festigkeitsnachweis verwendet
zulässige spannung
welcher kennwert wird bei einer dynamischen belastung mit unterschiedlichen Frequenzen verwendet
kritische eigenfrequenz
-Aufbau Simulationsmodell
- Geometrieerstellung
- Preprocessing
- FE Berechnung
- Postprocessing
Preprocessing schritte
- Wahl des Materialmodells (Materialgesetz)
- Definition der Randbedingungen (Montagesituationen)
- Definition der Lasten (Kraft & Verformung definieren)
- Vernetzung des Formteils (eingelesene Form wird der CAD geometrie angenähert. FE Netz)
FE Beechnung
FE-Berechnung, indem anhand der Randbedingungen, Lasten und des FE-Netzes das Gleichungssystem (Steifigkeitsmatrix) in Form von Gleichgewichtsbedingungen zwischen inneren und äußeren Kräften aufgestellt wird
Postprocessing
Die Ergebnisse der FE-Berechnung werden anschließend im Postprocessing visualiert und vom Anwender ausgewertet und interpretier
Nachteile FEM
- großer Aufwand
- einschränkungen in der Abbildung der realität
- Abweichungen bei Simulation
