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

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1 Z88AURORA V2 BEISPIELHANDBUCH: STL 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. 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: Visualisierung der Lasten im System Am Kurbelzapfen selbst wird eine Gesamtlast von N auf die Umfangsfläche gegeben. Das Bild oben zeigt die Gesamtannahmen der Randbedingungen, dargestellt in Pro/MECHANICA. In diesem Beispiel soll aber die Vernetzung und auch die Definition der Randbedingungen in Z88Aurora durchgeführt werden. 1. Neuen Projektordner erstellen Erstellen Sie einen neuen Projektordner. 2. Import STL Geometrie Wir importieren die STL Datei "kurbelwelle.stl. 3. Vernetzung erzeugen Die Vernetzung erfolgt mit "Tetgen" mit quadratischen Tetraedern und der Netzfeinheit "7". Generell haben Sie die Auswahl zwischen den beiden freien Meshern Tetgen und Netgen. Sie müssen mitunter etwas probieren mal vernetzt der eine besser, mal der andere. Versuchen Sie auch verschiedene Netzfeinheiten. Achten Sie bereits im CAD System darauf, saubere STL Netze zu erzeugen, die möglichst gleichgroße Dreiecke haben. Sehr schädlich sind sehr spitze Dreiecke. Bei vielen CAD Systemen (z.b. bei Pro/ENGINEER bzw. CREO) können Sie den Grad und die Art der STL Erzeugung ganz gut 3

4 steuern. Wenn beide Mesher nicht vernetzen, dann sollten Sie die Vernetzungssteuerung im CAD System nutzen und ggf. verschiedene STL Netze erzeugen. 4. 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 3: Erstellung mehrerer Vernetzerregeln 5. 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 4

5 Beispielhandbuch durch den Schieberegler. Erstellen Sie ein Set aus beiden Markierungen. Gehen Sie dazu wie in Beispiel 4, Überschrift 9 vor Abbildung 4: Knotenpicking mit Option "Fläche" des Wellenflankenabsatzes, oben gewünschtes Ergebnis, unten falsche Markierung Den Kurbelzapfen ebenfalls im Knotenpicking, Option "Fläche" auswählen und Set erstel len. Die An und Abwahl der Knoten können Sie in Beispiel 1 "Pickingoptionen" nachle sen. Jetzt ist abschließend ein Set aus einem Knoten in der Mitte der Stirnseite der Kur belwelle zu wählen, welches anschließend in Z Richtung fixiert wird. 6. Randbedingungen 1. Set Randbedingungstyp "Verschiebung", Richtung X + Y, Wert "0", Name "Festhal tung_xy" 2. Set Randbedingungstyp "Verschiebung", Richtung Z, Wert "0", Name "Festhaltung_Z" 3. Set Randbedingungstyp "Projizierte Flächenlast", Richtung Y, Wert " 5000", Name "Last" 5

6 Abbildung 5: Randbedingungen Kurbelwelle 7. Material zuweisen Verwenden Sie das Material Baustahl S235JR aus der Z88Aurora Materialdatenbank. 8. Berechnung starten Starten Sie die Berechnung mit dem "Pardiso Solver". 6

7 9. Ausgaben Abbildung 6: Spannungen in den Eckknoten, Ansicht der verformten Kurbelwelle, Vergrößerungsfaktor 60 7