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20240927_201643.jpg SweepFail.jpg LineonSurface_constantpitch_2.jpg

Privatarbeit! (es eilt nicht)

Ziel:
Ein Mast für ein Foil-Board soll Torsionssteifer gefertigt werden. Der Mast soll durch bestimmt ausgerichtete Wicklung von Kohlefasern (CF) eine höhere Torsionssteifigkeit erhalten. Die ideale Ausrichtung der torsionsversteifenden CF-Lagen soll im GSA-Modul ermittelt werden.

Problem:
Um überhaupt eine Analyse in GSA zu starten zu können, müssen die zu umwickelnden Flächen des Mastes mit einem "Band" (breit und flach) umwickelt werden. (Siehe Klebeband Foto). Da jedoch die Wickelflächen des Mastes nicht konstant in ihrer Länge verlaufen muss sich Erstens; die Steigung der Mantelkurve kontinuierlich an der Mastkontur ausrichten, und Zweitens müsste sich auch die Form des Umwickelnden Bandes an die Form des Mastes anpassen. (Das Band muss sich also "Faserartig" verformbar verhalten um stets an der zu umwickelnden Kontur anzuliegen. Mit einem unendlich steifen Band ist das Vorhaben unmöglich)

Meine Versuche:
In GSD habe ich mit Hilfe von Linien, welchen ich auf die zu umwickelnden Flächen gelegt habe, versucht darzustellen in welche Richtung das Ergebnis führen soll. Jedoch ist die Steigung der Kurve auf dem Mast falsch. Denn sie kann die Steifigkeit des Bandes in Wicklungsausrichtung an der Mastkontur nicht respektiert.

Um das Problem etwas besser zu veranschaulichen habe ich mit Klebeband einen Foil-Mast umwickelt wobei ich sehr darauf geachtet habe, dass die Ausrichtung des Klebebandes der Form des Mastes folgt (sie Foto).

Ich möchte praktische Versuche gern vermeiden da CF nicht so ganz günstig ist  

Vielen Danke für jede Hilfe

Grüße
Matthias

[Diese Nachricht wurde von EngCon am 27. Sep. 2024 editiert.]

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Servus

Wie soll denn die Steigung der Helix definiert sein?
Konstante Steigung, Konstante Steigung projiziert auf einen umhüllenden Zylinder, gleichmäßiger Winkel zur "Grundebene"

Gruß
Bernd

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Warum einfach, wenn es auch kompliziert geht.

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Hallo Bernd,

vielen Dank für Deine super schnelle Antwort.

Die Steigung ist genau das Problem.
Wie man vielleicht auf meinem "Klebeband-Bild" sehen kann, orientiert sich die unstetige Steigung an dem umlaufenden Band und der Form des Mastes. Eine stetige Steigung kann es nicht geben.

Ich denke langsam es ist das Beste das bestehende Mast-Modell zu analysieren und die erforderliche Wicklung anhand der Kraftvektoren abzuschätzen.
Allerdings wäre es eigentlich mein Ziel die genaue Ausrichtung der Steigung an jedem Punkt zu kennen.

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Das hatte ich Mehl für einen Staubsaugerschlauch gesehen.
http://www.stufenlosgetriebe.de/Stufenlosgetriebe.de/CATIA/Eintrage/2011/3/28_Gebogene_Helix_mit_CATIA_V5.html
Da wird eine Linie auf die Mantelfläche gelegt, sodass sie sich um den Schlauch windet. Das entspricht wohl auch deinem Klebeband, das auch nicht zur Seite biegen möchte.

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Line-Helixwgeometricalsupport_1.jpg Line-Helixwgeometricalsupport_2.jpg

Hallo Lionel,

dein Tipp bringt mich einen kleinen Schritt vorwärts, doch leider ist das noch nicht so ganz die Lösung die ich suche. Die definierte Line mit geometrischem Support (Quasi-Helix) windet sich zwar wunderschön um mein Bauteil, jedoch mit konstanter Steigung. Wenn ich mit einem Sweep ein Band an der Helix entlang laufen lasse sieht man an den Kanten das sich das Band verwindet und nicht mehr auf der Supportfläche liegt. Genau so wie mein Klebeband es tun würde.
Die Steigung der Helix muss sich also anhand der Supportfläche automatisch anpassen.

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Servus

Dein Klebeband verformt sich in der Realität auch in zwei Richtungen und gibt leicht nach (ist ja elastisch)
Ein Blechstreifen könntest du nicht um die zweifach gewölbte Fläche wickeln.
Deshalb nochmal meine Frage: wie soll sich die Steigung ergeben? Was ist deine Randbedingung?

Gruß
Bernd

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Warum einfach, wenn es auch kompliziert geht.

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Line-Helixwgeometricalsupport_3.jpg Line-Helixwgeometricalsupport_4.jpg Line-Helixwgeometricalsupport_5.jpg

Hallo Bernd,

vielen Dank nochmal für Deine Rückmeldung.
Die Steigung muss sich aus dem Startwinkel der Wicklung und der jeweiligen Position auf der konischen Mastform ergeben.
Den Unterschied zwischen den mathematisch definierten Welt in Catia und der Realität erkenne ich ja selbstverständlich an, Duktilität kennt Catia in der Design-Umgebung eben nicht. 

Schlussendlich ist mein Ziel dieser Übung zu simulieren wie sich ein Streifen aus Uni-Directional Kohlefaserwerkstoff auf die Torsionssteifigkeit auf meinen Mast auswirkt. D.h. wie groß der Winkel der Eingangswicklung sein sollte und an welcher Position wieviel CF gelegt werden muss. Da Uni-CF ja auch gern mal direkt in der Hand auseinander fallt ist die Flexibilität beim wickeln gar nicht so ein großes Problem in der Realität.

Dank Lionel bin ich da schon ein ganzes Stück weiter gekommen. Doch leider sind die erzeugten Flächen noch immer nicht ganz so wie ich sie brauche. Entweder liegt das Band auf der Leitfläche auf und hat an den Wendepunkten der "Helix" starke Verkrümmungen oder die Bandfläche liegt nicht auf der Leitfläche, läuft dafür aber wunderschön durch.

Ich hab's auch schon mit andere tools als nur mit Sweeping ausprobiert aber eine 100% Lösung habe ich noch nicht gefunden.

Vielen Dank für eure Unterstützung
Matthias

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Servus

Statt die Fläche mit einem Sweep zu erstellen könntest du diese aus der Fläche des Mastes herausschneiden (zB Paralellekurve, zweite Helix erzeugen, ...)

Gruß
Bernd

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Warum einfach, wenn es auch kompliziert geht.

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Ich interpretiere deine Bilder so, dass dein Mast konisch ist bzw. die Form eines Kegelstumps hat. Das macht die Mathematik einfacher, denn da die Mantellinie gerade ist, (Den Sockel lasse ich außen vor)
ist deine Fläche nur in einer Richtung gekrümmt. Das wiederum hat zur Folge, dass dein Klebeband in nur eine Richtung gebogen wird, wenn auch schräg zur Abrollrichtung. Das ist auch mathematisch sauber.
Der Höhenzuwachs ist pro abgewickelter Länge konstant, da aber der Umfang abnimmt, wird die Steigung größer.
Trifft er auf dein Modell zu? Du könntest diese Theorie mal durch ein Bild mit kleiner Anfangssteigung und größerer Konizität bestätigen (oder eben widerlegen).
Die Form, die Dein Klebeband annimmt, hast Du mit der Mantelfläche bereits vorliegen. Du musst es bloß noch "raus schneiden", wie Bernd auch bereits schrieb. Ich würde eine parallel curve mit Support auf der Mantelfläche nehmen, die Enden verbinden (on Support), join und damit die Fläche beschneiden.
Viel Erfolg.

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Hm. Sie Bilder aus Catia sehen aber anders aus als dein Foto. Hoffentlich ist trotzdem was dabei, was dir hilft.

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Hallo Lionel, Hallo Bernd,

das Beschneiden hat die Lösung gebracht. Danke!

Grüße
Matthias

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Zitat:

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Original erstellt von Lionel Hutz:
Hm. Sie Bilder aus Catia sehen aber anders aus als dein Foto. Hoffentlich ist trotzdem was dabei, was dir hilft.

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Der Mast auf dem Bild ist gekauft und ziemlich instabil. Deshalb will ich mal versuchen mir einen eigenen zu bauen. So erklärt sich dann auch warum der Mast auf dem Bild anders aussieht als meine "derzeitige" Konstruktion.

Die ersten Simulationen haben mit wenig Überraschung ergeben das mehr Wicklungen zu einer höheren Torsionssteifigkeit führen, allerdings ist die Anzahl der Wicklungen durch die Konizität des Mastes begrenzt. Ich kann mir jetzt also aussuchen ob ich einen leichten stark konischen Mast mit weniger Torsionssteifigkeit oder eine geraderen und schwereren Mast mit vielen Wicklungen und hoher Steifigkeit bauen will.

Danke nochmal für eure Unterstützung!

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