Finite-Elemente-Methode

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1 13. Übung Prof. Dr.-Ing. W. Fischer Fachhochschule Dortmund Volumenbauteile Bestimmen Sie mit Hilfe des FEM-Systems HyperWorks 12 die maximalen Verformungen und Spannungen im Gussknoten der Vorderradgabel des Elektrofahrzeuges eltec OBOE. Vernetzen Sie dazu die aus dem CAD-System Pro/Engineer importierte STEP- Datei mit 5 mm großen Tetraeder-Elementen. Die Kraft F soll gleichmäßig verteilt über die beiden unteren Bohrungsränder des Flansches in +z-richtung eingeleitet werden. Der Gussknoten wird auf der gesamten unteren Anschlussfläche allseitig gelenkig gelagert. Daten: E = N/mm 2, ν = 0.3, F = 1800 N Lösung: f max = mm, σ v,max = 20.1 N/mm 2

2 Lösung: - Programmstart: Start / Programme / Altair HyperWorks 12.0 / HyperMesh - Voreinstellung: User Profiles: OptiStruct OK - CAD-Daten importieren: File / Import / Geometry: File type: STEP Select files Gussknoten.stp Öffnen Import - Schattierte Darstellung: Icon Mitte: Shaded Geometry and Surface Edges - Modell drehen: Strg + Maustaste links - Modell verschieben: Strg + Maustaste rechts - Modell vergrößern bzw. verkleinern: Strg + Maustaste Mitte - Modell zentrieren: Runder Icon links oben: Fit Model - Modellbaum darstellen: Menu links oben: Model - Komponenten zeigen: Menubaum links: Maus in + -Feld vor Component (1) linke Maustaste - 1 Material: Materials / : Type: ISOTROPIC Name: Alu Card image: MAT1 Card edit material upon Close dialog upon E = [N/mm 2 ] NU = 0.3 return

3 - 1 Eigenschaft: Properties / / Properties: Type: 3D Name: Volumen Card image: PSOLID Material Assign material Name: Alu Card edit property upon Close dialog upon - Vernetzung: Mesh / / Tetra Mesh: Volume tetra solids match exist. mesh 2D type: trias 3D type: tetras Elems to Curr. Comp Element size: 5 [mm] Solid klicken mesh 2639 nodes and 8033 elems created. return - Eigenschaft zuweisen: Menubaum links: Maus in + Property (1) -Feld Assign elems Maus in elems -Feld all proceed 8033 elements were selected and assigned direct property Volumen

4 - Lager- u. Lastfälle: Collectors / / Load Collectors: Name: Lager Card image: none Color: Card edit loadcoll. upon Close dialog upon Name: Last Card image: none Color: Card edit loadcoll. upon Close dialog upon - Belastung: BCs / / Forces: create Anmerkung: Die Kraft F = 1800 N muss auf alle Knoten der beiden Bohrungsränder gleichmäßig verteilt werden. Pro Bohrungsrand sind 6 Knoten generiert worden, so dass pro Knoten eine Last von F 1800 N F Knoten = = = 150 N in die positive z-richtung wirkt. Sie wird auf den Geometrierändern (vier Halbkreise) definiert. nodes global system magnit. = 150 [N] z-axis uniform size = 30 label loads load types = FORCE Maus auf nodes -Feld by geoms lines alle vier Halbkreise der Bohrungsränder an unterer Seite klicken add to selection 12 nodes added. Total selected 12 create 12 loads were created. - Lager aktivieren: Roter Icon rechts unten: Set Current Load Collector

5 - Gelenkige Lagerung: BCs / / Constraints: create nodes size = 3 label constraints constant value dof1 = [mm] dof2 = [mm] dof3 = [mm] dof4 = dof5 = dof6 = load types = SPC Maus auf nodes -Feld by geoms surfs untere Anschlussfläche klicken add to selection 68 nodes added. Total selected 68 create 68 constraints were created. - Rechenschritte: Setup / / LoadSteps: name = Statik type: linear static SPC = LOAD = create - Speicherung: File / Save As: U131 Speichern - Berechnung: Applications / OptiStruct: input file:...u131.fem export options: all run options: analysis memory opt.: default options: -optskip OptiStruct - FEM-Analyse: ANALYSIS COMPLETED.: Close

6 - Verschiebungen: Post / Contour: simulation = SUB1 Statik data type = Displacements params magnitude model units = mult = min/max titles contour f max = mm - Schattierte Darstellung: Icon Mitte: Shaded Elements and Mesh Lines - Spannungen: Post / Contour: simulation = SUB1 Statik data type = Von Mises Stress params magnitude model units = mult = min/max titles assign σ v,max = 20.1 N/mm 2 contour

7 Finite-Elemente-Methode Screenshot der Verformungen: Screenshot der Vergleichsspannungen:

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