Software: FEM - Tutorial - Formoptimierung - Kerbspannung: Unterschied zwischen den Versionen
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* 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. | * 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, | * '''''Wichtig'':''' Im ''Autodesk Inventor'' ist die Dicke der Sonde (über "Extrusion1") auf '''5,xx mm''' zu erhöhen (mit '''xx'''=Teilnehmer-Nr. 00...99) | ||
Mit diesem angepassten CAD-Modell kann nun eine Belastungsanalyse durchgeführt werden: | Mit diesem angepassten CAD-Modell kann nun eine Belastungsanalyse durchgeführt werden: | ||
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'''Frage 1'''<br>Sicherheitsfaktoren der Ausgangslösung bei | <u>'''Frage 1'''</u><br>Sicherheitsfaktoren der Ausgangslösung bei Tast-Kraft='''3 N''' und Kerben-Radius='''0,5 mm''':<br> | ||
a) Wie groß ist der Sicherheitsfaktor an der kritischen Kerbe?<br> | a) Wie groß ist der Sicherheitsfaktor an der kritischen Kerbe?<br> | ||
b) Wie groß ist der Sicherheitsfaktor außerhalb der kritischen Kerbe? | b) Wie groß ist der Sicherheitsfaktor außerhalb der kritischen Kerbe? | ||
Version vom 18. April 2018, 14:19 Uhr
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,xx 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 mm.
Frage 1
Sicherheitsfaktoren der Ausgangslösung bei Tast-Kraft=3 N und Kerben-Radius=0,5 mm:
a) Wie groß ist der Sicherheitsfaktor an der kritischen Kerbe?
b) Wie groß ist der Sicherheitsfaktor außerhalb der kritischen Kerbe?
Minimierung der Kerbwirkung durch Abrundung
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