Zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit im globalen Kontext ist eine stetige Effizienzsteigerung innerhalb der Produkt– und Prozessentwicklung von maßgeblicher Bedeutung. Dabei stehen der fortschreitende Leichtbauaspekt sowie modernste numerische Analysemethoden zur Einsparung von Ressourcen in Bezug auf Material und Zeit im Fokus. Ein Resultat dessen sind elastischere Strukturen, welche eine deutliche Empfindlichkeit hinsichtlich der Strukturdynamik zeigen. Um diesem Aspekt Rechnung zu tragen, erfolgte im Rahmen dieser Arbeit die Entwicklung eines effizienten strukturdynamischen Berechnungskerns Z88DYN, welcher unter Verwendung von Zeitintegrationsverfahren und der implementierten Kontaktberechnung komplexe Berechnungen im Kontext der Antriebstechnik erlaubt.
Die in der Bewegungsgleichung notwendigen Systemmatrizen sowie die Aspekte unterschiedlicher Zeitintegrationsverfahren legen den Ausgangspunkt zur eigenen Umsetzung in der Finite–Elemente–Umgebung Z88 dar. Die anschließende Validierung der Zeitintegrationsverfahren sowie des Einbaus der Zwangsbedingungen im Rahmen der transienten Dynamik zeigt eine erfolgreiche Implementierung sowie Sensitivitäten auf. Hier lässt sich eine vorteilhafte Verwendung der konzentrierten Massenmatrix, die Anwendung der Abschätzung des Strafparameters nach Rust sowie die Einschränkung der Rayleigh–Dämpfung ermitteln. Die gewonnenen Erkenntnisse flossen abschließend im praxisnahen Anwendungsbeispiel, der Antriebswelle, auf zwei Modellierungsebenen ein, wodurch der effiziente Einsatz der Entwicklung bestätigt werden konnte.
Aktualisiert: 2020-07-10
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Die isolierte Betrachtung von einzelnen Bauteilen ist oftmals aufgrund der fehlenden Interaktion mit benachbarten Komponenten - dem sogenannten elastischen Umfeld - nicht realitätsnah. Aus diesem Grund wurde hierfür im Rahmen dieser Dissertation ein eigener Lösungsansatz zur umfeldgestützten Komponentenoptimierung auf Basis des FE-Systems Z88 erarbeitet und entsprechende FE-Modellierungsstrategien umgesetzt.
Der in Z88 berechenbare Detaillierungsgrad reicht dabei je nach Modellierungsvariante (Kontakt- oder Koppelbedingungen) von der alleinigen Abbildung des globalen Systemverhaltens bis hin zur Auflösung lokaler Effekte innerhalb der Kontaktzone. Die Effizienz dieser Anbindungsstrategien wird dabei über sogenannte statische Reduktionsalgorithmen garantiert, die auf Basis von mathematischen Umformulierungen die Ordnung des elastischen Umfeldes bei gleicher Abbildungsqualität verringern können. Diese umgesetzte, durchgehende Berechnungskette - von der effizienten FE-Baugruppenmodellierung mit Z88 bis hin zur Integration dieser Konzepte in einen Z88-Optimierungsprozess - wurde basierend auf den Ergebnissen mehrerer Parameterstudien so kalibriert, dass sowohl numerische als auch Abbildungsfehler - zum Beispiel in Gestalt von Kontaktsteifigkeits-Stegen - vermieden werden können.
Das Potential dieser eigenentwickelten umfeldgestützten Komponentenoptimierung als ein effizientes Werkzeug im konstruktiven Leichtbau wurde abschließend an dem Pleuel eines Zweitakt-Motors aufgezeigt.
Die Designvorschläge der isolierten und umfeldgestützten Komponentenoptimierung bestätigen schließlich die bei ähnlichem Berechnungsaufwand insgesamt realitätsnähere Modellbildung der eigenentwickelten umfeldgestützten gegenüber der klassischen isolierten Komponentenoptimierung.
Aktualisiert: 2020-01-15
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