Z88AURORA V2 BEISPIELHANDBUCH: NASTRAN-IMPORT Beispiel 11: Motorrad-Kurbelwelle. (Tetraeder Nr. 16 mit 10 Knoten)

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1 Z88AURORA V2 BEISPIELHANDBUCH: NASTRAN-IMPORT Beispiel 11: Motorrad-Kurbelwelle (Tetraeder Nr. 16 mit 10 Knoten)

2 ist eine eingetragene Marke (Nr ) von Univ. Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg Es soll eine Kurbelwelle für einen Einzylinder-Motorradmotor berechnet werden. Als Last wirkt die Kolbenkraft von N. Die Vernetzung wurde direkt in Pro/MECHANICA vorgenommen. Das Besondere an diesem Beispiel ist die Definition der Randbedingungen, die etwas trickreich ist: An einer Stirnseite der Kurbelwelle wird zentral ein Bezugspunkt gesetzt. Er wird später die Verschiebungen in Z-Richtungen, d. h. in Längsrichtung der Kurbelwelle, blockieren. Abbildung 1: Pro/MECHANICA: Beispiel Kurbelwelle als 3D-Modell Die Kugellager, die ja gewisse Winkelbewegungen aufnehmen können und daher als momentenfreie Auflager angesehen werden können und müssen, sollen auf den dickeren Wellenabsätzen sitzen. Es werden die Wellenabsatzflanken in X- und Y-Richtung festgehalten. Da hier ganze Flächen gesperrt werden, dürfte keinesfalls einer oder gar beide dieser Flächen in Z-Richtung blockiert werden. Damit würde man dem System die Momentenfreiheit nehmen (wie man leicht ausprobieren kann). 2

3 Abbildung 2: Pro/MECHANICA: Aufbringen der Lasten im System Am Kurbelzapfen selbst wird eine Gesamtlast von N auf die Umfangsfläche gegeben. Das Bild oben zeigt die Gesamtannahmen der Randbedingungen. Das Netz wird automatisch mit Pro/MECHANICA erzeugt, und es werden Tetraeder mit quadratischem Ansatz gewählt. Abbildung 3: Pro/MECHANICA: Vernetzte Struktur der Kurbelwelle 3

4 1. Neuen Projektordner erstellen Erstellen Sie einen neuen Projektordner. 2. Import Nastran-Struktur Die Beispieldateien z88.nas aus "..\Z88AuroraV2\docu\de\Beispiele\Import\b11" importieren. Die komplette Struktur und deren Randbedingungen werden importiert. Nur die Materialzuweisung wird entfernt, um die interne Materialdatenbank von Z88Aurora konsistent zu halten. 1. Gehen Sie hierzu auf das "Import" Icon. Das Kontextmenü erscheint auf der rechten Seite. 2. Nastran-Datei wählen Importdialog öffnet sich 3. In den Beispielordner wechseln 4. "Tetraeder auswählen 5. Mit "Ok" den Import starten 3. Material zuweisen Verwenden Sie das Material aus der Z88Aurora-Materialdatenbank. 1. Gehen Sie auf das "Praeprozessor" Icon Das Kontextmenü erscheint auf der rechten Seite. 2. Material wählen Materialdatenbank öffnet sich 3. In der Materialdatenbank den Werkstoff "Baustahl S235JR" auswählen 4. weist dem Bauteil die Materialeigenschaften zu 5. Menü schließen 4. Berechnung starten Sie können wie in den anderen Beispielen den Pardiso-Solver wählen oder Sie verwenden den Sparse-Matrix-Iterationssolver oder. 4

5 5. Neuen Projektordner erstellen Erstellen Sie einen neuen Projektordner. 6. Import STL-Geometrie Wir importieren jetzt statt der gesamten FE-Struktur die STL-Datei "kurbelwelle.stl" aus dem Ordner "..\Z88AuroraV2\docu\de\Beispiele\Import\b11". 7. Vernetzung erzeugen Die Vernetzung erfolgt mit "Tetgen" mit quadratischen Tetraedern und der Netzfeinheit "7" 8. Vernetzung ändern Durch die Erstellung weiterer Vernetzerregeln weisen wir dem Bauteil verschiedene Netze zu. Gespeichert wird immer das jeweils zuletzt erstellte Netz. Wenn das Netz nach dem Aufbringen der Randbedingungen nochmals geändert wird, müssen diese neu erstellt werden. Abbildung 4: Erstellung mehrerer Vernetzerregeln 5

6 9. Knotenpicking - Flächenpicking Die Wellenabsatzflanken sollen in X und Y Richtung gesperrt werden, deshalb markieren Sie einen Knoten am Absatz und wählen "Fläche". Da Mittenknoten nicht selektiert werden können, darf jeweils nur ein Knoten auf einer der beiden Kanten des Absatzes gewählt werden. Wenn nach der Anwahl nicht die gewünschte Fläche markiert wird, versuchen Sie es mit der anderen Kante und variieren Sie den Wert für den Erfassungswinkel durch den Schieberegler. Erstellen Sie ein Set aus beiden Markierungen. Gehen Sie dazu wie in Beispiel 4, Überschrift 9 vor Abbildung 5: Knotenpicking mit Option "Fläche" des Wellenflankenabsatzes, oben gewünschtes Ergebnis, unten falsche Markierung Den Kurbelzapfen ebenfalls im Knotenpicking, Option "Fläche" auswählen und Set erstellen. Die An- und Abwahl der Knoten können Sie in Beispiel 1 "Pickingoptionen" nachlesen. Jetzt ist abschließend ein Set aus einem Knoten in der Mitte der Stirnseite der Kurbelwelle zu wählen, welches anschließend in Z-Richtung fixiert wird. 6

7 10. Randbedingungen 1. Set Randbedingungstyp "Verschiebung", Richtung X + Y, Wert "0", Name "Festhaltung_XY" 2. Set Randbedingungstyp "Verschiebung", Richtung Z, Wert "0", Name "Festhaltung_Z" 3. Set Randbedingungstyp "Projizierte Flächenlast", Richtung Y, Wert "-5000", Name "Last" Abbildung 6: Randbedingungen Kurbelwelle 11. Material zuweisen Verwenden Sie das Material Baustahl S235JR aus der Z88Aurora-Materialdatenbank. 12. Berechnung starten Starten Sie die Berechnung mit dem "Pardiso-Solver". 7

8 13. Ausgaben Abbildung 7: Spannungen in den Eckknoten, Ansicht der verformten Kurbelwelle, Vergrößerungsfaktor 60 8