Software: FEM - Tutorial - Formoptimierung - Kerbspannung: Unterschied zwischen den Versionen
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Version vom 18. April 2018, 13:28 Uhr
Kerbspannung an einer taktilen Sonde trotz Abrundung
Eine einseitig befestigte Sonde (Außenmaße: 70x20nbsp;mm²) aus ABS-Kunststoff erfährt durch einen Tastvorgang eine Druckkraft von maximal 3 N. Diese Kraft führt zu einer Auslenkung von ca. 4 mm. Obwohl alle Kerb-Ecken mit einem Radius 0,5 mm abgerundet wurden, entsteht eine starke Kerbspannung am Übergang des Tasthebels zum Einspann-Block. Die Wirkung der kritischen Kerbe ist analysieren. Durch eine geeignete Kerbform-Gestaltung ist ein Sicherheitsfaktor ≥ 2 für das gesamte Bauteil zu erreichen.
Analyse der Bauteil-Belastung
Das CAD-Modell der Sonde wird verpackt in einer ZIP-Datei zur Verfügung gestellt:
- Es ist im Autodesk Inventor ein neuer Projekt-Ordner "FEM6_CAD_xx" (mit xx=Teilnehmer-Nr. 00...99) anzulegen.
- Nach der Herunterladen der ZIP-Datei ist das darin enthaltene Bauteil "Sonde_xx.ipt" in diesen Projekt-Ordner zu speichern und entsprechend der eigenen Teilnehmer-Nr. umzubenennen.
- Wichtig: Im Autodesk Inventor ist die Dicke der Sonde (über "Extrusion1") auf 5,xxn&bsp;mm zu erhöhen (mit xx=Teilnehmer-Nr. 00...99)
Mit diesem angepassten CAD-Modell kann nun eine Belastungsanalyse durchgeführt werden:
- Die Kraft von 3 N soll senkrecht auf die Nut-Fläche des Tast-Kopfes wirken.
- Die Befestigung der Tast-Sonde erfolgt mittels Stift und Schraube an der Anlage-Fläche ("Verankern" mittels "Pin-Abhängigkeit"):
- Die Stift-Bohrung dient als Führung (Fixierung nur in Radial-Richtung)
- Die Gewindebohrung dient als Fest-Lager auf einer M3-Schraube (Fixierung aller 3 Richtungen).
- Da es sich um ein 3D-Modell handelt, muss die Vernetzung gut geplant werden, um eine akzeptable Berechnungszeit zu erhalten:
- Globale Vernetzung (hinreichend viele Elementschichten in der Dicke)
- Lokale Vernetzung (nur an den Stellen, wo starke Spannungsgradienten erwartet werden):
- Dies betrifft nur die beiden inneren Ecken am langen Hebelabschnitt.
- Hier genügt für die beiden Rundungen eine absolute Elementgröße von 0,1&bsp;mm.
Minimierung der Kerbwirkung durch Abrundung
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