Einsatz der HyperWorks Software im Rahmen des Leichtbauseminars am Institut für Flugzeugbau

Transkript

1 Einsatz der HyperWorks Software im Rahmen des Leichtbauseminars am 6. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 07. November 2011 Bonn Dipl.-Ing. Benjamin Bender Universität Stuttgart IFB Stuttgart

2 Agenda Vorstellung Vertiefungsrichtungen am IFB Leichtbau- und Faserverbundseminar Aufgabenstellung Dimensionierung einer Heckrotorwelle Auslegung der Welle Analytische Berechnung Numerische Berechnung Auslegung der Analytische Berechnung Topologieoptimierung Numerische Berechnung Benjamin Bender 2

3 GzSTO (in kg/m 2 ) Steigflug und Durchstart Reiseflug Start Landung P Stallgeschwindigkeit GzPTO (in kg/ps) Der zulässige Bereich, in dem die Flugmission für JAR-23 Kategorie erfüllt ist. Flugzeugentwurf Prof. Voit-Nitschmann Leichtbau Prof. Drechsler IFB Fertigungstechnik Prof. Drechsler Windenergie Prof. Cheng Benjamin Bender 3

4 Vertiefungsrichtungen am IFB Vorlesungsangebote Leichtbau Flugzeugentwurf Windenergie Leichtbau I + II (V, Ü) Werkstoffe und Fertigungsverfahren (V) Leichtbauseminar Faserverbundseminar Composites Modelling (V) Konstruieren mit Keramik I + II (V) Zerstörungsfreie Prüfung (V, L) Dimensionierungsgrundlagen für FVW (V) Werkstoffe für die Antriebstechnik (V) Composite Trainee Program Flugzeugentwurf I + II (V, Ü) Lastannahmen I + II (V, Ü) Auslegung von Flugzeugsystemen I + II (V) Entwurfsseminar Windenergienutzung I + II (V,Ü) Entwurf von Windenergieanlagen I + II (V,Ü) Windenergie-Labor (S) Seminar WEA-Simulation/ Windparkplanung (Dipl.-Ing. Sorour, 4 SWS) (Dipl.-Ing. Kehrle, 2 SWS) (Dipl.-Ing. Bender, 2 SWS) (Dipl.-Ing. Fuhr, 2 SWS) (Dr. habil. Pickett, 2 SWS) (Dipl.-Ing. Weihs, 2 SWS) (Prof. Dipl.-Ing. Busse, 4 SWS) (Dipl.-Ing. Kindervater, 2 SWS) (Prof. Dr.-Ing. Voggenreiter, 2 SWS) (Dipl.-Ing. Bulat, 2 SWS) (Prof. Voit-Nitschmann, 4 SWS) (Prof. Voit-Nitschmann, 2 SWS) (Dr.-Ing. Sigolotto, 4 SWS) (Dipl.-Ing. Geinitz, 2 SWS) (Dipl.-Ing. Rettenmeier / Lange, 2 SWS) (Dipl.-Ing Kleinhansl / Matha, 2 SWS) (Dipl.-Ing. Hofsaess/ Capellaro, 2 SWS) (MSc. Fischer, Dipl.-Ing. Zobel, 1 SWS) Benjamin Bender 4

5 Leichtbau- und Faserverbundseminar Aufbau des Seminars Faserverbundseminar Leichtbauseminar Gemeinsame Vorlesungsinhalte / Vorträge Schwerpunkt: Fertigung Vorauslegung, Bau und Prüfung einer Antriebswelle mit unterschiedlichen Fertigungsmethoden Schwerpunkt: Leichtbau Auslegung einer Antriebswelle incl. mit Hilfe der FEM-Methode Gemeinsame Abschlusspräsentation Prüfung Prüfung Benjamin Bender 5

6 Torsional break moment [Nm] Aufgabenstellung Dimensionierung einer Heckrotorwelle M M Demobauteil für das Seminar - Heckrotorwelle eins Hubschraubers Welle aus Kohlenstofffasern Test results Impact Energy [J] Benjamin Bender 6

7 Auslegung der Welle Analytische Berechnung Welle Zwei unterschiedliche Werkstoffe Isotroper Werkstoff z.b. Stahl, Aluminium Anisotroper Werkstoff z.b. Kohlestofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) Analytische Auslegung der Welle von Hand, so dass kein Versagen auftritt: Statische Last Rohrbeulen unter Torsion Kritische Drehzahl Vorauslegung Wandstärke Laminataufbau Benjamin Bender 7

8 Auslegung der Welle Numerische Berechnung HyperMesh Geometrie erzeugen Modell meshen Material definieren und zuweisen Isotroper Werkstoff (MAT_1) Orthotroper Werkstoff (HyperLaminate) Aufbringen der Last- und Lagerbedingungen Welle RADIOSS Berechnung des statischen Lastfalls Eigenwertanalyse für Torsionsbeulen Spannung aus statischem Lastfall - Torsion HyperView Auswertung und Bewertung der Ergebnisse Torsionsbeulen aus Eigenwertanalyse Benjamin Bender 8

9 Auslegung der Analytische Berechnung Welle aus einem Werkstoffe Isotroper Werkstoff z.b. Aluminium, Stahl oder Titan Konstruktion und analytische Auslegung der von Hand: Festlegung Werkstoff Lasteinleitung über 2, 3, 4, 5 Anbindungspunkte Kein Versagen der Augenverbindung Kein Versagen der Bolzenverbindung Benjamin Bender 9

10 Auslegung der Welle Topologieoptimierung HyperMesh Modell erzeugen und meshen Material definieren und zuweisen Aufbringen der Last- und Lagerbedingungen Einstellungen Topologieoptimierung: Festlegung Design-Space und Non-Design-Space Design Variable: Elementdichte Response: Masse, Spannung Objective: Masse minimieren Constrains: Maximal Spannung Welle OptiStruct Topologieoptimierung Benjamin Bender 10

11 Auslegung der Welle Topologieoptimierung HyperView Auswertung und Bewertung der optimierten Geometrie Welle Optimierte Geometrie - Elemente mit Dichte größer 0, Benjamin Bender 11

12 Auslegung der Topologieoptimierung Topologieoptimierung Geometrie exportieren Spannungsanalyse Zeichnungsableitung Benjamin Bender 12

13 Vielen Dank! Fragen?