STL-IMPORT Beispiel 11: Motorrad-Kurbelwelle - fem

 Z88AURORA ® V2 BEISPIELHANDBUCH: STL‐IMPORT Beispiel 11: Motorrad‐Kurbelwelle (Tetraeder Nr. 16 mit 10 Knoten) Beispielhandbuch ist eine eingetragene Marke (Nr. 30 2009 064 238) von Univ. Prof. Dr.‐Ing. Frank Rieg Es soll eine Kurbelwelle für einen Einzylinder‐Motorradmotor berechnet werden. Als Last wirkt die Kolbenkraft von –5.000 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 dicke‐
ren 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 Beispielhandbuch Abbildung 2: Pro/MECHANICA: Visualisierung der Lasten im System Am Kurbelzapfen selbst wird eine Gesamtlast von –5.000 N auf die Umfangsfläche gege‐
ben. 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 ha‐
ben. 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 Beispielhandbuch steuern. Wenn beide Mesher nicht vernetzen, dann sollten Sie die Vernetzungssteue‐
rung im CAD‐System nutzen und ggf. verschiedene STL‐Netze erzeugen. 4.
Vernetzung ändern Durch die Erstellung weiterer Vernetzerregeln weisen wir dem Bauteil verschiedene Net‐
ze zu. Gespeichert wird immer das jeweils zuletzt erstellte Netz. Wenn das Netz nach dem Aufbringen der Randbedingungen nochmals geändert wird, müssen diese neu er‐
stellt werden. Abbildung 3: 5.
Erstellung mehrerer Vernetzerregeln 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 wer‐
den können, darf jeweils nur ein Knoten auf einer der beiden Kanten des Absatzes ge‐
wählt werden. Wenn nach der Anwahl nicht die gewünschte Fläche markiert wird, versu‐
chen Sie es mit der anderen Kante und variieren Sie den Wert für den Erfassungswinkel 4 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 Beispielhandbuch 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 Beispielhandbuch 9.
Ausgaben Abbildung 6: Spannungen in den Eckknoten, Ansicht der verformten Kurbelwelle, Vergrößerungsfaktor 60 7