Reduzierung des Zylinderverzugs eines Reihenvierzylinders
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- Hede Klaudia Berger
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1 Reduzierung des Zylinderverzugs eines Reihenvierzylinders Enrico Gründig TU Chemnitz Maschinenbau, 8. Semester Agenda Problemstellung, Softwarenutzung Bearbeitungsschritte Lösungsansätze Probleme Ergebnisdarstellung Zusammenfassung 5. Simulationsanwendertreffen SAXSIM Folie 1
2 Problemstellung: Erstellung des CAD Modells eines Zylinderkurbelgehäuses mit Pro/E Berechnung des Zylinderverzugs mit Pro/Mechanica Auswertung mit Mathcad, Fourier Analyse Softwarenutzung: Pro/Engineer Wildfire 5. Pro/Mechanica Wildfire 5. Mathcad Simulationsanwendertreffen SAXSIM Folie 2
![Ordnung OT UT H öhe [mm] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 4.](/docs-images/91/105926322/images/3-1.jpg "Ordnung OT UT Vorteile: - schnelle Erstellung von Varianten")
![[µm] 12 8 6 4 2 2 4 6 8 Verschiebung [µm] max.](/docs-images/91/105926322/images/3-6.jpg "Zylinderverzug FEM Modell FEM Ergebnisse (Zylinder) 5.")
3 Bearbeitungsschritte: Skizze Grundmodell umfangreiches Modell H öhe [mm] Ordnung OT UT H öhe [mm] Ordnung OT UT Vorteile: - schnelle Erstellung von Varianten - standardisierter Optimierungsprozess Prozess - automatisierte - Entwurf Berechnung - Vergleich - standardisierte Auswertung leistungsfähiger Variantenvergleich Verschiebung [µm] Verschiebung [µm] max. Zylinderverzug FEM Modell FEM Ergebnisse (Zylinder) 5. Simulationsanwendertreffen SAXSIM Folie 3 FEM Ergebnisse Überprüfen/Ändern: Konstruktion Änderung
4 Lösungsansätze: Einleitung Schraubenkräfte: 1. Definition einer Kraft anstatt der Schraube + einfache Definition - bildet Spannungen nicht realistisch ab 2. Thermisches Schraubenersatzmodell + realistisches Spannungsbild - keine warmstatische Berechnung des ZKG möglich 3. Schraube mit Netzdurchdringung + realistisches Spannungsbild - Einstellung Vorspannkraft schwieriger FEM Spannungsbilder der Beispielrechnung 5. Simulationsanwendertreffen SAXSIM Folie 4
5 Lösungsansätze: Temperatur Einleitung: 1. höhenabhängiges Temperaturfeld - Temperatur auf Umfang konstant 2. höhenabhängiger Leistungseintrag - weicht vom realen Temperaturfeld ab 3. höhenabhängige Wärmekonvektion + entspricht realen physikalischen Vorgängen - Ermittlung der notwendigen Werte ist sehr komplex 5. Simulationsanwendertreffen SAXSIM Folie 5
6 Probleme: Vernetzung: Problem mit Vernetzung an Zylinderlaufbahn kein notwendiger FEM Netzknoten an auszuwertenden Punkten keine Verschiebungswerte an diesen Punkten Ergebnis der Fourier Analyse ist falsch Lösung: Definition eines Subvolumens um Zylinderlaufbahn alle Punkte werden sauber vernetzt thermische Randbedingung: KE kann nur einzelne Flächen enthalten aber kein Kern- und Berandungsflächen neue Flächen aufgrund von Geometrieänderungen sind nicht in Randbedingung enthalten manuelle Auswahl notwendig keine Optimierungsstudien möglich keine Lösung gefunden 5. Simulationsanwendertreffen SAXSIM Folie 6
7 Ergebnisdarstellung: Mathcad Auswertung: verschiedenste Varianten für Auswertung: Fourierordnungen Rohsignal (zylindrisch/abgewickel) ausgewählte Ordnungen (zylindrisch/abgewickelt) 3D Darstellung Vergleich der FEM Berechnungen über zuvor definierte Kriterien Optimierungsschleife 6 Verschiebung [ µ m] Gesamtverschiebung [ 2 2 µ m] Versch. ausgew. Ord. [ Ordnungen Umfangswinkel ] [ 5. Simulationsanwendertreffen SAXSIM Folie 7
8 Zusammenfassung: schneller Variantenvergleich möglich, da: schnelle CAD Modell Erstellung schnelle und einfache Anpassung des FEM Modell automatische Vernetzung und Berechnung durch Pro/Mechanica einfache Auswertung durch Werteübergabe in Mathcad Untersuchung der Einflussfaktoren aufzeigen von Potential und Einflüssen innerhalb kurzer Zeit FEM Rechnung für warm statische Untersuchung dauert ca. 9h über Nacht bzw. Wochenende Berechnung verschiedener Varianten mit Hilfe von Pro/BATCH 5. Simulationsanwendertreffen SAXSIM Folie 8
9 Vielen Dank Enrico Gründig Danksagung: Dipl.-Ing David Musch Dipl.-Ing Roland Nebel Dr.-Ing Michael Berg 5. Simulationsanwendertreffen SAXSIM Folie 9
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