Strukturzuverlässigkeit durch Frequenzganganalyse mit Finite-Elemente-Methode im Rahmen des Projektes DRESDYN

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Strukturzuverlässigkeit durch Frequenzganganalyse mit Finite-Elemente-Methode im Rahmen des Projektes DRESDYN"

Valentin Armbruster
vor 5 Jahren
Abrufe

1 Strukturzuverlässgket durch Frequenzganganalyse mt Fnte-Elemente-Methode m Rahmen des Projektes DRESDYN Anton Melnkov Dpl.-Ing. M.Eng. SBS Bühnentechnk GmbH 9. SAXSIM Chemntz,

2 Inhalt 1. Enletung Dynamoeekt DRESDYN 2. Modellerung des Schwenkrahmens Quasstatsche Analyse Frequenzganganalyse Umgang mt Frequenzganganalyse 3. Auswertung und Strukturzuverlässgket Submodelng FKM Schrauben 4. Fazt SAXSIM 216

möglch Magneteld der Erde Taumeln der Erdachse Rotaton um de Erdachse:

3 Enletung Dynamoeekt Erzeugung von Magneteldern n elektrsch letenden Fluden Beschrebung der Magnetelder astronomscher Objekte (auch Erde) möglch Magneteld der Erde Taumeln der Erdachse Rotaton um de Erdachse: [1] 1 o 24h Platonsches Jahr (Präzesson): p a Präzessonsgetrebener Dynamo [1]

4 Enletung DRESDYN: Autraggeber: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendor DREsden Sodum aclty or DYNamo and thermohydraulc studes Forschungsanlage ür große Expermente mt lüssgem Natrum

. 45 Flüssger Natrumkern (Zylnder) d cyl

5 Enletung Eckdaten DRESDYN: Rotaton des Behälters P R R 1 Hz 62,832 1 R s Präzesson des Behälters P 1 Hz 6, P s Schwenkwnkel der Rot.-Achse 9 m.. 45 Flüssger Natrumkern (Zylnder) d cyl 2 m l cyl 2 m Na d cyl m Na 8 kg T Na C l cyl

6 Enletung Anlagenstruktur Grunddee ähnl. Kardanschem Gehänge Behälter (präzederend) Schwenkrahmen (roterend) Schwenkgestell (roterend) Grundgestell (xert)

7 Modellerung des Schwenkrahmens Modellerung des Schwenkrahmens FEM Modell 2.1e6 Knoten Lnear Mt zusätzlchen Punktmassen Lasten Unwucht Gyroskopsches Moment Zentrugalkrat Gewchtskrat Möglche Analysen Transente Analyse Quasstatsche Analyse mt dskreten Zetschrtten Frequenzganganalyse

8 Modellerung des Schwenkrahmens Quasstatsche Analyse Dskretserung des Lastverlaus Mndestens 2 Schrtte pro Perode be perodschen Lasten Zetunabhängg u u Masse und Dämpung des Systems unberückschtgt Unabhängge Lösung des statschen Glechgewchtes ür jeden Lastschrtt Ku u K

9 Modellerung des Schwenkrahmens Frequenzganganalyse Nur ür harmonsche Lasten geegnet Kontnuerlcher Zetverlau wrd abgebldet Masse und Dämpung werden berückschtgt Das Glechgewcht wrd n Abhänggket von der Erregerrequenz gebldet Mu Bu Ku (t) ( t) ˆ e ( t ) u( t) ue ˆ ( t ) 2 ( M B K)( ur u ) K ers ( ) r u r u K ers ( ) 1 ( r )

10 Modellerung des Schwenkrahmens Wann Frequenzganganalyse? Enluss der Träghet au das Systemverhalten von Bedeutung Erregerrequenzen größer als 5% der testen Egenrequenz egen 2 erreger Kene Nchtlneartäten m Modell

11 Modellerung des Schwenkrahmens Modalanalyse des Schwenkrahmens Globale Moden der Anlage n verschedenen Stellungen Maxmale Erregerrequenz 1 Hz Berückschtgung der Träghet notwendg

Modellerung des Schwenkrahmens Umgang mt Frequenzganganalyse 1. Zerlegung der Lasten m Frequenzberech n 1 e ( t ) 2. Statsche Analyse mt konstanten Lastkomponenten u 1 K 3.

12 Modellerung des Schwenkrahmens Umgang mt Frequenzganganalyse 1. Zerlegung der Lasten m Frequenzberech n 1 e ( t ) 2. Statsche Analyse mt konstanten Lastkomponenten u 1 K 3. Vorgespannte Modalanalyse ( K S( ) M ) uˆ 4. Frequenzganganalyse mttels modaler Superposton T M y T By T Ky T (t) 5. Expanson und Superposton der Ergebnsse u u uharm t ( ) harm t ( )

13 Modellerung des Schwenkrahmens Loslager Festlager Schwerpunkt Zerlegung der Lasten m Frequenzberech Masterknoten am Behälterschwerpunkt Nur ene Erregerrequenz von 1 Hz m System vertreten n t e 1 ) sn( 219 ) cos( e t t m z z y x m m 2 1Hz

14 Modellerung des Schwenkrahmens Statsche Analyse des Schwenkrahmens Unter Wrkung von konstanten Lastantelen m e + 9 u 1 K

15 Modellerung des Schwenkrahmens Modalanalyse Vorgespannter Zustand aus statscher Berechnung ( K S( ) M ) uˆ ( K S( )) M deg 15 deg 3 deg 45 deg 15.4 Hz 14.9 Hz 14.4 Hz 13.7 Hz 15.7 Hz 15.6 Hz 14.6 Hz 13.7 Hz

16 Modellerung des Schwenkrahmens Frequenzganganalyse Verwendung von harmonschen Lastantelen Realtel cos( t) sn( ) 219 m 1 t Modale Superposton mt vorgespannten Moden T M y T By T Ky T (t) Imagnärtel M T y B y K y t ( ) y y u r r u 2 ( M ( yr y ) B K ) 1 T ( r )

Modellerung des Schwenkrahmens Expanson und Superposton der Ergebnsse Dskretserung der harmonschen Ergebnsse u harm u cos( t) u Superposton mt statschen Antelen u u ur cos( t) u sn( t) APDL-Scrpt

17 Modellerung des Schwenkrahmens Expanson und Superposton der Ergebnsse Dskretserung der harmonschen Ergebnsse u harm u cos( t) u Superposton mt statschen Antelen u u ur cos( t) u sn( t) APDL-Scrpt r sn( t) HRCPLX, LOADSTEP, SUBSTEP, OMEGAT, 1STLCASE, 2NDLCASE LCOPER, ADD, LCASE1, Oper2, LCASE2 MATLAB/Octave-Style Scrpt ph=lnspace(,2*p,2); or k=1:sze(ph) u(k)=u+ur*cos(ph(k))+u*sn(ph(k)); end

vernachlässgt Submodelvolumna hnrechend klen

18 Auswertung und Strukturzuverlässgket Auswertung und Strukturzuverlässgket Submodellng Enluss der Träghet wrd vernachlässgt Submodelvolumna hnrechend klen Nachwes nach FKM-Rchtlne FKM nsde ANSYS Toolbox Schraubennachwes nach VDI 223 Flanschlasten aus der Superposton

19 Auswertung und Strukturzuverlässgket Submodelng 5.3e5 Knoten 2 dskrete Lastschrtte aus der Superposton

20 Auswertung und Strukturzuverlässgket Nachwes nach FKM-Rchtlne Verwendung von FKM nsde ANSYS Toolbox Maxmaler Auslastungsgrad <1%

21 Auswertung und Strukturzuverlässgket Berechnung der Schraubenlasten Flanschlast aus der Superposton über Masterknoten Masterknoten am Schwerpunkt der Flanschläche Auslesen der Schraubenkräte und Momente

Enschraubsete Import und Auswertung mt Python Max.

22 Auswertung und Strukturzuverlässgket Bewertung der Schrauben Export der Lasten mttels APDL Axale Krat und zwe laterale Momente ür Kopund Enschraubsete Import und Auswertung mt Python Max. Spannungsampltude am dskredterten Schraubenumang Betrebsbeanspruchung und Flächenpressung

23 Fazt Fazt Frequenzganganalyse st en geegnetes Werkzeug ür den Festgketsnachwes Masse und Dämpung können berückschtgt werden Modell st n allen rechenbaren Frequenzberechen gültg Das Modell muss nur enmal vollständg statsch und modal gerechnet werden Nur be harmonschen Lasten, bzw. n Kombnaton mt statschen Lasten Nur lneare Modelle Eektver Ensatz m Projekt DRESDYN bem Ermüdungsnachwes der Schwenkvorrchtung

24 Velen Dank ür Ihre Aumerksamket Abbldungen: Ln, Y.: Expermental and Numercal Study o Precesson and Lbraton Drven Flows n Planetary Cores, 215, Zürch Müller, P. u.a.: Übungsbuch Physk, 27, Lepzg

Ähnliche Dokumente

DRESDYN Entwicklung der Forschungsanlage für große Experimente mit flüssigem Natrium

DRESDYN Entwicklung der Forschungsanlage für große Experimente mit flüssigem Natrium Dipl.-Ing. Anton Melnikov SBS Bühnentechnik GmbH 8. SAXSIM Chemnitz, 22.03.16 Inhalt 1. Einleitung Dynamoeffekt DRESDYN