Praktikum CA-Techniken FT 2016

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1 Praktikum CA-Techniken FT 2016 Professur für Fahrzeugtechnik Juni 2016

2 1 Einleitung Die Bearbeitung dieses Praktikums soll von jedem Studenten eigenständig durchgeführt werden. Die Anmeldung für das Praktikum erfolgt bis zum im Rahmen der Praktikums-Veranstaltung oder in Form einer (Name und Matrikelnummer). Abbildung 1.1: Ausgangsmodell mit festen Anbindungspunkten Im Rahmen dieses Praktikums ist die in Abbildung 1.1 dargestellte Konstruktion um einen Radträger zu erweitern. Die Eigenschaften des Radträgers sind durch Berechnungen zu überprüfen. In Abbildung 1.1 sind die fest vorgegebenen Anbindungspunkte dargestellt. Der zu konstruierende und zu berechnende Radträger soll diese Anbindungspunkte miteinander verbinden. In Abbildung 1.2 ist eine mögliche Konstruktion dargestellt. Die Ergebnisse Ihrer Arbeit sind in einem standardisierten Bericht in elektronischer Form (*.pdf) zu dokumentieren. Für einige Dokumentationsschritte sind dabei Screenshots notwendig (deren Qualität reicht für diese Dokumentation aus). Sie können Screenshots mit dem Snipping-Tool (unter Windows 7), mit dem Freeware-Programm hardcopy oder mit Hilfe der Druck-Funktion und Paint oder PowerPoint erstellen. Natürlich können Sie auch andere Möglichkeiten nutzen. Für die Erstellung des Berichts ist die Nutzung eines Formeleditors in Word, OpenOffice oder mittels LaTeX ( empfehlenswert (dies wäre eine sinnvolle Vorbereitung auf die Bachelorarbeit). 1.1 Individualisieren der Modelle Jeder Student hat einen eigenen Bericht anzufertigen. Um individuelle Modelle zu erzeugen, führen Sie bitte vor dem Beginn von Konstruktion und Berechnung die folgenden 2016, INSTITUT FÜR FAHRZEUG- UND ANTRIEBSSYSTEMTECHNIK 2

3 Schritte durch. Hierzu benötigen Sie Ihre Matrikelnummer MR. Wählen Sie mit der rechten Maustaste den Anbindungspunkt Spurstange und wählen Sie anschließend in dem Menü Verschieben! Verschieben Sie den Anbindungspunkt für die Spurstange um MR mm in 1000 x-richtung und um MR in y-richtung (vgl. Abbildung 1.3) 1000 Ändern Sie die Dicke der Bremsscheibe um MR mm Führen Sie alle Berechnungen mit einem modifizierten Sphäroguss (SN) durch! Erzeugen Sie dafür unter Benutzerdefinierte Materialien eine neue Bibliothek (achten Sie darauf ein Verzeichnis in dem Sie Schreibrechte haben auszuwählen) und kopieren Sie die SolidWorks-Materialdefinition von Sphäroguss(SN) in diese neue Bibliothek (vgl. Abbildung 1.4)! Ändern Sie den E-Modul auf ( ((MR ) )) N m 2 die Wärmeleitfähigkeit auf (75 + MR ) W und die spez. Wärmekapazität auf 1000 mk (450 + MR ) J (vgl. Abbildung 1.4; die letzten beiden Werte erscheinen 1000 kgk unter Umständen gerundet). Sollte es entgegen der Erwartungen aus technischen Gründen nicht möglich sein ein modifiziertes Material anzulegen, so ist dies zu dokumentieren und ein vordefiniertes Material auszuwählen, welches den zuvor berechneten Werten ähnelt. Dokumentieren Sie die durchgeführten Schritte durch Screenshots (vgl. Abbildung 1.3 und 1.4). Abbildung 1.2: Beispielkonstruktion 2016, INSTITUT FÜR FAHRZEUG- UND ANTRIEBSSYSTEMTECHNIK 3

4 Abbildung 1.3: Menü Fläche verschieben Abbildung 1.4: Benutzerdefiniertes Material 2016, INSTITUT FÜR FAHRZEUG- UND ANTRIEBSSYSTEMTECHNIK 4

5 2 Aufgaben Wärmeleitung 1. Konstruieren Sie einen Radträger, der die Anbindungspunkte verbindet! Dokumentieren Sie das Ergebnis! 2. Berechnen Sie den Temperaturverlauf (transiente Berechnung) mit den Randbedingungen aus der Übungsaufgabe Modellbildung (Fahrzeugmasse = 1500 kg, 30% der Bremsleistung entfällt auf die hier betrachtete Bremsscheibe, untersucht werden soll hier die Vollbremsung mit einer Beschleunigung von -10 m/s 2, was einer Anfangsgeschwindigkeit von 108 km/h entspricht)! Wählen und dokumentieren Sie einen sinnvollen Wert für die Konvektion für alle exponierten Flächen! Wählen und dokumentieren Sie einen sinnvollen Wert für die Wärmestrahlung zur Umgebung (Umgebungstemperatur T=293,15 K) für alle exponierten Flächen! Dokumentieren Sie die Temperaturverteilung nach 3 Sekunden mit Hilfe eines Screenshots. Achten Sie darauf, dass das gesamte Volumen des Bauteils bei der Definition der Anfangstemperatur ausgewählt wurde. 3. Führen Sie eine Abschätzung der Temperaturerhöhung nach 3 Sekunden für die transiente Berechnung durch! Vergleichen Sie diese Abschätzung mit der mittleren Temperatur aus der Simulation! Die Masseneigenschaften sind mit Hilfe eines Screenshots zu dokumentieren (vgl. Abbildung 2.1). 4. Berechnen Sie das stationäre Temperaturfeld mit den Randbedingungen aus der Übungsaufgabe Modellbildung (herunterrollende Gefällefahrt, Winkel zur horizontale 6 (~ 10% Gefälle), konstante Geschwindigkeit von 72 km/h)! Dokumentieren Sie das stationäre Temperaturfeld mit Hilfe eines Screenshots! 2016, INSTITUT FÜR FAHRZEUG- UND ANTRIEBSSYSTEMTECHNIK 5

6 Abbildung 2.1: Masseneigenschaften der Konstruktion 2016, INSTITUT FÜR FAHRZEUG- UND ANTRIEBSSYSTEMTECHNIK 6

7 3 Aufgaben Statik 1. Führen Sie mit der ersten Konstruktion eine statische Berechnung durch! Der Radträger wird durch eine Seitenführungskraft F = 4kN in z-richtung belastet. Diese wirkt in der Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn um den Reifennachlauf n=0,02 m nach hinten versetzt und um den Radius r=0,35 m unterhalb des Radlagermittelpunktes (vgl. Abbildung 3.1). Abbildung 3.1: Geometrische Lage der Seitenführungskraft Rechnen Sie die Wirkung der Kraft F in vier Kräfte um, die auf die Radlager wirken! Die Wirkung dieser vier Kräfte muss dabei der Wirkung der Kraft F bezüglich der beiden Momente um die x- und die y-achse entsprechen. Die Resultierende der vier Kräfte muss die gesamte Seitenführungskraft F ergeben. Als Rechenweg empfiehlt sich, zunächst die aufgrund der Kraft F wirkenden Momente M x und M y um die x- bzw. die y-achse zu berechnen. Anschließend führt man unter Berücksichtigung der Wirkungsrichtung auf jeden Bolzen eine Ersatzkraft F R1 ein, die dem Moment M y das Gleichgewicht hält. Dann wiederholt man diesen Schritt für eine Ersatzkraft F R2, welche wiederum dem Moment M x das Gleichgewicht hält. Zudem muss die Kraft F von den vier Bolzen zu jeweils ein Viertel aufgenommen werden. Das Prinzipielle Vorgehen der Ermittlung der Bolzenkräfte zeigt Abbildung 3.2. Berechnen Sie für jeden Bolzen die resultierende Kraft und überprüfen Sie, ob die statische Gleichgewichtbedingung erfüllt ist. Bringen Sie anschließend die Bolzenkräfte als Last in Ihr Simulationsmodel auf. 2016, INSTITUT FÜR FAHRZEUG- UND ANTRIEBSSYSTEMTECHNIK 7

8 Abbildung 3.2: Ermittlung der Bolzenkräfte Definieren Sie fixierte Scharniere für die drei Zylinder der Anbindungspunkte von Spurstange und Querlenkern! Dokumentieren Sie das Ergebnis der Simulation durch einen Screenshot der von-mises-spannung, der resultierenden Dehnung und der resultierenden Verschiebung URES! 2. Bestimmen Sie die Reaktionskraft am Anbindungspunkt der Spurstange (Ergebnis mit rechter Maustaste Ergebniskraft Auswahl Reaktionskraft; Zylinderfläche des Anbindungspunktes der Spurstange wählen und aktualisieren)! Dokumentieren Sie das Ergebnis! 3. Schätzen Sie mit Hilfe einer Überschlagsrechnung die Spannung und die Dehnung für die vier Bolzen ab! 4. Treffen Sie eine Aussage darüber, ob bei diesem Lastfall bleibenden Deformationen in der Konstruktion auftreten würden. Wenn dieses bei Ihrer Konstruktion der Fall ist, passen Sie diese so an, dass keine bleibenden Deformationen zu erwarten sin 2016, INSTITUT FÜR FAHRZEUG- UND ANTRIEBSSYSTEMTECHNIK 8