Referenzen
Strukturoptimierung
Lokale Konturänderungen eines Bauteils bilden das Fundament der Form- und Gestaltoptimierung. Dieses Verfahren soll die Extremwerte der Zielfunktion reduzieren und ausgleichen. Durch gezielte Anpassungen der äußeren Struktur lassen sich Spannungsspitzen abbauen. So steigert man die Bauteileffizienz. Dazu wird Material entweder hinzugefügt oder weggenommen. Die häufigsten Zielfunktionen in der Strukturmechanik sind Spannungen oder Sicherheits- bzw. Schädigungswerte. Die Herausforderung besteht darin, die Geometrie in das CAD-System zu übertragen. Außerdem muss sie mit den verfügbaren zerspanenden Fertigungsverfahren herstellbar sein.
Zunächst können z. B. ausgewählte Längen, Breiten und Winkel als Entwurfsvariablen parametrisiert werden. Für die 4-Punkt-Biegevorrichtung steht der Leichtbau im Fokus. Eine Massengrenze von 10 kg sichert die einfache Handhabung. Diese Zielvorgabe lenkt den Entwicklungsprozess hin zu einer schlanken, funktionalen Baugruppe. Außerdem ist ein Sicherheitsfaktor von mindestens 1,25 und eine Verformung von maximal 0,05 mm als Zwangsbedingung definiert. Die Lösung des Systems erfolgt über die antwortflächenbasierte Optimierung.
Topologieoptimierung
Die Topologieoptimierung stellt ein Verfahren der Strukturoptimierung dar. Das computerbasierte Verfahren ermittelt optimale Topologien für Bauteile unter mechanischer Belastung. Die Software erstellt Designvorschläge. Sie zeigen, wie man Bauteile materialreduziert und lastgerecht gestalten kann. Topologieoptimierte Konstruktionen nutzen das Material exakt. Das ist nötig, um die Anforderungen zu erfüllen.
Die Darstellung der Biegevorrichtung zeigt eine Massenreduktion von 50 %. Gleichzeitig erfolgt die Minimierung der Nachgiebigkeit als Zielfunktion. Weiterhin darf die zulässige Gesamtverformung von 0,05 mm nicht überschritten werden. Zusätzlich soll die Symmetrie des Bauteils über die zugehörige Designbeschränkung erhalten bleiben. Für den Optimierungsprozess wird ein Halbmodell verwendet, um die Berechnungsdauer zu verkürzen.
Statisch-mechanische Analyse
Bei der statisch-mechanischen Analyse wird das Verhalten einer Struktur oder eines Bauteils unter statischen Belastungsbedingungen simuliert. Die dabei aufgebrachten Lasten und Randbedingungen ändern sich im Laufe der Zeit nicht. Das bedeutet, dass die Struktur konstanten Kräften oder Verschiebungen ausgesetzt ist. Es findet jedoch keine dynamische Bewegung statt.
Die Simulation zeigt den Transport des Behälters einer Chemieanlage. Dieser wird dabei an den Hebeösen befördert. Hervorzuheben sind die dort auftretenden maximalen Vergleichsspannungen und das Kippmoment.
Modalanalyse
Die Modalanalyse bezeichnet die Charakterisierung des dynamischen Verhaltens schwingungsfähiger Systeme. Dafür werden modale Parameter (Eigenschwingungsgrößen) verwendet. Dazu gehören die Eigenfrequenz, die Eigenschwingungsform, die modale Masse und die modale Dämpfung.
Der im Video gezeigte Arm beziehungsweise Haken gehört zum Chemieanlagenbehälter. Dieser wird hinsichtlich seiner Eigenformen und Eigenfrequenzen sowie Gesamtverformung analysiert. Gleichzeitig wird die Geometrie des Behälters physikalisch unterdrückt. Die Analyse dient als vorgeschalteter Prozess zur statisch-transienten Simulation.
Transiente Analyse
Der Begriff der transienten Analyse ist üblich für zeitabhängige Simulationen, z. B. bei Temperatur- oder Magnetfeldern. Bei strukturmechanischen Analysen spricht man unter zwei Bedingungen von einer statisch-transienten Simulation. Zum einen sollte die Trägheit vernachlässigbar sein. Zum anderen sind Steifigkeiten und/oder Lasten zeitabhängig.
Im Rahmen der transienten Analyse wird das Ausschwingverhalten des Armes beziehungsweise Hakens untersucht. Zu diesem Zweck ist der Deckel eines Mannlochs als Bestandteil des Chemieanlagenbehälters am Haken eingehängt. Der Deckel wird über seine Gewichtskraft in die Simulation implementiert.
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