Dieses Buch soll dem technisch interessierten Leser einen Überblick über die Anwendung und Funktionsweise der Finite Elemente Methode liefern. Die Finite Elemente Methode ist eine computergestützte Berechnungsmethode zur Lösung von komplexen Problemstellungen aus der Technik. Diese Methode findet Anwendung in der Planung und Auslegung von Bauwerken, Anlagen und Fahrzeugen wie Staudämmen, Turbinenschaufeln oder Autokarosserien.
Die Autoren setzten sich zum Ziel, die theoretischen Ausführungen anhand eines realen Berechnungsobjektes möglichst verständlich zu gestalten. Der gesamte Anwendungsprozess der Finite Elemente Methode wird anhand eines Praxisbeispieles von der Modellerstellung, notwendigen Vorkalkulationen, Eingaben in das Berechnungsprogramm bis hin zur Auswertung der Ergebnisse und Schweißspannungsnachrechnung verständlich gemacht. Das Praxisbeispiel behandelt die Spannungsauswertung eines LKW-Müllontaineraufbaues während des Beladeprozesses. Ziel und Zweck der Untersuchung war es, Reduktionspotentiale des Stahlcontainers bezüglich Gewicht und Material zu identifizieren.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Abstract
3 Zielsetzung und Aufbau des Buches
4 Technische Beschreibung
4.1 Allgemeines
4.1.1 Müllsammelfahrzeug
4.1.2 Finite Elemente Methode
4.2 Konstruktion des Müllcontainermodells mit Pro/ENGINEER
4.2.1 Koordinatensystem
4.2.2 Auflistung der erstellten Bauteile
4.2.3 Erklärung der verwendeten Pro/ENGINEER Funktionen
4.2.4 Konstruktive Erklärungen zu den einzelnen Bauteilen
4.3 Ermittlung der auftretenden Kräfte und Drücke
4.3.1 Grundsätzliche Überlegungen
4.3.2 Berechnung der Zylinderkraft
4.3.3 Berechnung des Druckes auf die Behälteraußenflächen
4.3.4 Berechnung der Dachkastenkraft
4.3.5 Berechnung der Zylinderkraft auf das Ausstoßschild
4.3.6 Berechnung der Kufenkraft und des Kufendruckes
4.3.7 Berechnung der Konsolenkraft und Normalkraft
4.3.8 Berechnung der Konsolenkraft „Zylinderkraft-Schlittenwand“
4.3.9 Berechnung des Eigengewichts des Mülls
4.4 Erklärung verwendeter Komponenten von Pro/MECHANICA
4.4.1 Einheitensystem
4.4.2 Materialeigenschaften
4.4.3 Lagerung
4.4.4 Randbedingungen
4.4.5 Belastungen
4.4.6 Flächenbereiche
4.4.7 Durchführen von Analysen in Pro/MECHANICA
4.5 Eingabe der Kräfte und Drücke in Pro/MECHANICA
4.5.1 Eingabe des Druckes auf die Behälterseitenfläche
4.5.2 Eingabe des Druckes auf den Behälterboden
4.5.3 Eingabe des Druckes auf die Ausstoßschildfläche
4.5.4 Eingabe des Druckes auf die Dachfläche
4.5.5 Eingabe der zusätzlichen Kraft auf den Kasten des Daches
4.5.6 Eingabe der Zylinderkraft auf das Ausstoßschild
4.5.7 Eingabe der Zylinderkraft auf den Ölbehälter
4.5.8 Eingabe des Kufendruckes auf den Behälterboden
4.5.9 Eingabe Konsolenkraft (Gewichtskraft Beladeeinrichtung)
4.5.10 Eingabe Konsolenkraft (Zylinderkraft Schlittenwand)
4.5.11 Eingabe des Druckes auf die Behälterrahmenfläche
4.5.12 Eingabe des Eigengewichtes des Mülls
4.6 Eingabe der Randbedingungen
4.6.1 Auflager am Behälterrahmen
4.6.2 Symmetrierandbedingungen
4.6.3 Lagerung der Kufe
4.6.4 Randbedingungen am Ausstoßschild
4.7 Eingabe der Schalendefinition
4.8 Erster Rechenlauf
4.8.1 Überprüfen der resultierenden Last normal auf den Behälterboden
4.8.2 Durchführung des ersten Rechenlaufs
4.8.3 Grafische Darstellung der Ergebnisse des Rechenlaufs 1
4.9 Korrektur eingegebener Drücke
4.9.1 Korrektur des Druckes auf die Dachfläche
4.9.2 Zusätzlicher Druck auf den Kasten des Daches
4.9.3 Korrektur des Oberflächendruckes auf die Behälterseitenwand
4.9.4 Korrektur des Eigengewichts des Mülls
4.10 Zweiter Rechenlauf
4.10.1 Überprüfen der resultierenden Last normal auf den Behälterboden
4.10.2 Durchführen des zweiten Rechenlaufs
4.10.3 Grafische Darstellung der Ergebnisse des Rechenlaufs 2
4.11 Schweißspannungsauswertung
4.11.1 Wirkprinzip und Anwendung von Schweißnähten
4.11.2 Ablauf der Schweißspannungsnachrechnung
4.12 Untersuchung des Einflusses der Verformung des LKW-Rahmens auf die Spannungen im Container
4.12.1 Ermittlung der Ersatzkräfte für die Auflager
4.12.2 Eingabe der Auflagerkräfte
4.12.3 Auflagerpunkte am Behälterrahmen
4.12.4 Dritter Rechenlauf
4.12.5 Grafische Darstellung der Ergebnisse des dritten Rechenlaufes
5 Conclusio
6 Literaturverzeichnis
Zielsetzung & Themen
Das Ziel der Arbeit ist die Durchführung einer Spannungsauswertung mittels Finite Elemente Methode, um Grundlagen zur Gewichtsreduzierung eines LKW-Müllbehälters mit eingebautem Presswerk zu schaffen und die Zulässigkeit der Schweißnähte nach DIN 15018 zu überprüfen.
- Konstruktion eines Flächenmodells des Müllcontainers mit Pro/ENGINEER.
- Ermittlung und Eingabe von auftretenden Kräften und Drücken in Pro/MECHANICA.
- Durchführung von statischen Analysen unter Berücksichtigung von Randbedingungen.
- Schweißnahtspannungsnachrechnung gemäß DIN 15018.
- Untersuchung des Einflusses der LKW-Rahmenverformung auf die Container-Spannungen.
Auszug aus dem Buch
4.2.4.1 Seitenwand des Müllcontainers
Die Seitenwand, das zugehörige 3D-Modell ersichtlich auf Darstellung 13, besteht grundsätzlich aus einem Rahmen, bestehend aus vier Vierkant-Hohlprofilen. In diesem Rahmen sind drei Stahlbleche eingeschweißt, welche jeweils mit einem L-Profil verschweißt sind, was eine höhere Festigkeit an der Schweißnaht bewirken und die Steifigkeit erhöhen soll. Um bei der Belastung durch den komprimierten Müll nicht aufzuplatzen, sind an der Seitenwand fünf Verstrebungen in U-Form eingeschweißt, welche wiederum die Festigkeit erhöhen sollen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die Finite Elemente Methode und führt in das Praxisbeispiel der Spannungsberechnung an einem Müllcontainer ein.
2 Abstract: Zusammenfassung der durchgeführten Arbeit in englischer Sprache.
3 Zielsetzung und Aufbau des Buches: Definition des Ziels zur Gewichtsreduzierung des LKW-Müllbehälters sowie Gliederung des methodischen Vorgehens.
4 Technische Beschreibung: Detaillierte Darstellung des Müllsammelfahrzeugs, der Modellierung mit Pro/ENGINEER, der Kraftermittlung und der anschließenden FEM-Analyse.
5 Conclusio: Zusammenfassende Auswertung der Ergebnisse und Beantwortung der Forschungsfragen.
6 Literaturverzeichnis: Auflistung der für die Arbeit verwendeten Fachliteratur.
Schlüsselwörter
Finite Elemente Methode, FEM, Pro/MECHANICA, Pro/ENGINEER, Spannungsanalyse, Müllcontainer, Schweißnahtnachrechnung, Lastannahmen, Gewichtsreduzierung, Statische Analyse, Konstruktion, Belastung, Verformung, DIN 15018, Stahlbau
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der rechnerischen Spannungsauswertung eines LKW-Müllbehälters mittels der Finite Elemente Methode, um Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung zu identifizieren.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit fokussiert sich auf die mechanische Konstruktion, die FEM-basierte Simulation von Lastzuständen und die anschließende Nachrechnung von Schweißverbindungen.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Hauptziel ist die Ermittlung der Spannungszustände im Container unter Betriebslasten, um eine Gewichtseinsparung bei gleichzeitig zulässiger Festigkeit zu ermöglichen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird die Finite Elemente Methode (FEM) angewandt, spezifisch unter Verwendung der p-Version der Finite Elemente Methode in der Software Pro/MECHANICA.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst die detaillierte Modellierung der Behälterbauteile, die Berechnung der auftretenden Kräfte und Drücke durch Müll und Mechanik sowie die Durchführung von mehreren Rechenläufen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Finite Elemente Methode, Müllcontainer, Spannungsanalyse, Schweißnahtnachrechnung, Pro/MECHANICA und Konstruktion.
Warum wird für die Berechnungen nur eine Hälfte des Behälters modelliert?
Aufgrund der symmetrischen Konstruktion des Behälters und der gleichmäßigen Belastung konnte das Modell für eine effizientere Berechnung auf die Hälfte reduziert werden.
Welchen Einfluss hat die Verformung des LKW-Rahmens auf die Ergebnisse?
Die Untersuchung ergab, dass die Verformung des Rahmens während des Betriebs die Spannungen im Containerboden beeinflusst, weshalb in einem dritten Rechenlauf entsprechende Ersatzkräfte für die Auflager berücksichtigt wurden.
- Quote paper
- Siegfried Idinger (Author), Michael Hirn (Author), 2010, Spannungskalkulation eines LKW-Aufbaues mittels der Finite Elemente Methode, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/281842
