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Gut zu wissen: Hilfreiche Tipps und Tricks aus der Praxis prägnant, und auf den Punkt gebracht für Autodesk Produkte
Autor Thema:  FEM-Simulation (3101 mal gelesen)

Ex-Mitglied

erstellt am: 20. Dez. 2014 14:59    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat


Unbenannt001.jpg


Unbenannt002.jpg


Unbenannt003.jpg

 
Hallo erstmal,

ich hab ein Bauteil als Ersatz zum Originalbauteil konstruiert. Das Teil wird unter BMW Biker als Antriebsstern bezeichnet. Da es BMW selber etwas mit der Gewichtsoptimierung und Designfehler übertrieben hat, hab ich mir mal selber Gedanken gemacht. Der Originalantriebsstern aus AlZn4,5Mg1 hatte öfters Risse und Brüche in den Gewindellöchern.

Und jetzt komme ich zum FEM, so wie auf dem Bild 001 zusehen, der Stern dreht sich entgegen dem Urzeigersinn. Aus meinem Verständnis heraus müsste also die Kraft oder das Drehmoment mit dem Uhrzeigersinn wirken!?

Als Abhängigkeit Fest, hab ich alle Zahnflanken der Innenverzahnung ausgewählt, die Abhängigkeit Verankern, da hab ich die zwei Markierungen im Bild 003 dazu verwendet. Als Drehmonet hab ich alle Gewindelöcher ausgewählt und als Nmm den Wert 200 genommen.

Anschließend hab ich dann auf Simulieren geklickt und dann kam eben das heraus was im Bild 002 zu sehen ist.

Zugegeben hab ich einfach mal aufs gerade Wohl hin ausprobiert. Die Frage ist jetzt natürlich, wie würdet ihr das Teil für die FEM Simulation richtig einstellen? Leider kann ich das Bauteil aus Sicherheitsgründen nicht hochladen da ich es nur für mich entwickelt habe und deshalb noch
nicht für den öffentlichen Straßenverkehr zugelassen ist!

Ich weiß, es ist etwas wenig Info, aber vielleicht kann mir ja aber trotzdem jemand etwas weiter helfen?

Gruß Herman

------------------
IV 2013 Pro 64bit,
Win7 64bit


Ex-Mitglied

erstellt am: 20. Dez. 2014 15:19    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat


Unbenannt004.jpg


Unbenannt005.jpg

 
Hier noch als Zusatz wie der Original Antriebstern aussieht!

------------------
IV 2013 Pro 64bit,
Win7 64bit

Rainer Schulze
Ehrenmitglied V.I.P. h.c.
Dipl.-Ing. im Ruhestand


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Beiträge: 4419
Registriert: 24.09.2012

erstellt am: 20. Dez. 2014 16:12    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

>>der Stern dreht sich entgegen dem Urzeigersinn. Aus meinem Verständnis heraus müsste also die Kraft oder das Drehmoment mit dem Uhrzeigersinn wirken!?

Wenn Du einen Fußball trittst - in welche Richtung wirkt die Kraft und in welche Richtung bewegt sich der Ball?

>>Als Abhängigkeit Fest, hab ich alle Zahnflanken der Innenverzahnung ausgewählt, die Abhängigkeit Verankern, da hab ich die zwei Markierungen im Bild 003 dazu verwendet. Als Drehmonet hab ich alle Gewindelöcher ausgewählt und als Nmm den Wert 200 genommen.

Ich bin kein Motorbastler und daher nicht mit Deiner "Versuchsanordnung" vertraut.
Stehen denn die Zahnflanken wirklich still?
(Wo ist der Antrieb und wo der Abtrieb?)
Und so wie Du Deine Worte gewählt hast: Sollen sich denn die Gewindelöcher um ihre jeweilige Achse verwinden?
Zur besseren Klarheit solltest Du noch ein Bild beisteuern, aus dem Deine Einstellungen ersichtlich sind.
Und ein Antriebsstern und ein Drehmoment von nur 200Nmm? Wie groß ist denn der Stern bzw. wie lang ist der Kraftarm und wie viele PS werden da bei welcher Drehzahl übertragen?

------------------
Rainer Schulze

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Ex-Mitglied

erstellt am: 20. Dez. 2014 16:27   

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Ex-Mitglied

erstellt am: 20. Dez. 2014 16:54    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat


unbenannt010.jpg

 
Ich weiß, ist auch für mich etwas schwer zu beschreiben, da ich es noch nie mit dem FEM zu tun hatte. Vielleicht gibt es ja auch eine vernünftige Anleitung dazu?

Ansonsten mal noch anbei eine Explosienszeichnung wo man sieht wie dieser Antriebsstern montiert ist. links im Bild sieht man einen Zapfen, auf diesem Zapfen ist die Kardanwelle auf gesteckt die vom Motor kommt. Es handelt sich dabei um BMW Boxermotor der BMW R 1200 S HP 2, Nennleistung 98 kW (133 PS) bei 8.750 U/min (Max. 9.500 U/min) max. Drehmoment 115 Nm bei 6.000 U/min, meistens ist das aber nur auf den reinen Motor bezogen. Was durch das Getriebe, Kardan und Winkelgetriebe bis zum Hinterrad verlustig sind weiß ich nicht, aber so 8 -10 PS werden es schon sein.

Der Antriebsstern wird auf eine Verzahnte Welle aufgesteckt. Auf dem Antriebsstern ist dann auf einer Seite noch die Bremsscheibe montiert, äußerer Lochkreis, auf der Gegenseite wird dann das komplette Rad montiert, innerer Lochkreis. Und so wird dann das Hinterrad angetrieben.

Zur besseren Ansicht hier mal ein Link dazu:
http://www.bmwmotorcycl es.com/com/de/index.html?content=http://www.bmwmotorcycles.com/com/de/bike/highperformance/hp2s/hp2s_data.html&prm_action¬rack=1


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IV 2013 Pro 64bit,
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[Diese Nachricht wurde von Munster Herman am 20. Dez. 2014 editiert.]


Ex-Mitglied

erstellt am: 20. Dez. 2014 19:09   

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Rainer Schulze
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erstellt am: 20. Dez. 2014 21:52    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

>> a)

Ich hätte für eine stationäre Analyse den Abtrieb blockiert und die Antriebskraft entsprechend angesetzt. Der Unterschied könnte das Missverständnis mit dem Vorzeichen bzw. der Drehrichtung des Drehmoments erklären.

>>Die Gewindebohrungen ...

Die Pfeile in den Bildern 2 und 3 und die Beschreibung wirken gerade so, als habe Herman das Drehmoment falsch angebracht und auf die Mittelachsen der Bohrungen bezogen.

>>200Nm reichen da schon völlig für eine statische Prüflast.

Akzeptiert. Dann wird das wohl ein Schreibfehler sein:
...und als Nmm den Wert 200 genommen...

------------------
Rainer Schulze

[Diese Nachricht wurde von Rainer Schulze am 20. Dez. 2014 editiert.]

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Ex-Mitglied

erstellt am: 21. Dez. 2014 00:09    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat


ssfdvsfdvsfvds.jpg


kjdfbikdhfbdhfb.jpg

 
Sodele, daß mit dem Drehmoment war ein falscher Ansatz von mir.
Mittlerweile habe ich das durch die Funktion Kraft ersetzt und jede
Gewindebohrung mit 500N eingestellt. Und im Prinzip ist es doch so, daß wenn ich ein Teil in eine Richtung bewegen möchte, daß ich zunächst eine Kraft habe die mir entgegen der Bewegungsrichtung wirkt, und zwar solange bis ich soviel Kraft habe und die Kraft überwinde die der Bewegungsrichtung engegen wirkt damit überhaupt eine Bewegung entsteht.
Und das ist auch mit einem Ball so?

Das erste Bild ist das Originalteil, das zweite mein eigener Entwurf.

Gruß Herman

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Mustaine
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Die Kraft anstatt dem Moment an den Bohrungen scheint sinnvoller zu sein. Das Moment schien laut Darstellung um jede Bohrung selbst zu wirken, was aber in der Realität kaum der Fall sein dürfte. Es dürfte wohl ein Moment um das Zentrum des Bauteils sein, was außen an den Bohrungen somit jeweils eine Kraft ist.

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Rainer Schulze
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erstellt am: 21. Dez. 2014 04:09    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

>> daß mit dem Drehmoment war ein falscher Ansatz von mir.

Eigentlich nicht.
Du müsstest nur die richtige Drehachse auswählen (können).
Eine punktförmige Kraft auf der Flanke statt an der Bohrung angreifen zu lassen könnte von einem Prüfer beanstandet werden.

>>Das Moment schien laut Darstellung um jede Bohrung selbst zu wirken, was aber in der Realität kaum der Fall sein dürfte.

Ist das nicht einfach nur ein Handhabungsproblem?

------------------
Rainer Schulze

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ManfredR
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Intel Core 4 CPU 3,4 GHz
8 GB Ram

erstellt am: 21. Dez. 2014 10:30    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo Herrmann.

Ich stelle mir die Frage, warum die Herren Ingenieure bei BMW
diesen Antriebsstern so gestaltet haben.
Ich meine, die Kräfte zwischen Bremsscheibe und Rad sind mindestens so groß, wie zwischen Antriebsmotor und Rad. Diese Kräfte ergeben sich aus dem maximal entstehenden Reibwert des angetriebenen Rades auf dem Fahrbahnbelag. Ohne das Material des Antriebssternes zu kennen, tippe ich auf eine gewollte Elastizität zwischen den beiden Lochkreisen, wo ja alle Kräfte übertragen werden.
Gruß: Manfred

------------------
geht nicht,gibt´s nicht,geht schlecht geht.

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Ex-Mitglied

erstellt am: 21. Dez. 2014 10:32   

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Ex-Mitglied

erstellt am: 21. Dez. 2014 12:14    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat

@Mustaine, das Drehmoment, soweit ich das verstehe, müsste eigentlich aus dem Zentrum kommen, da ja dort auch der Antriebsstern angetrieben wird. Somit wirkt die Kraft oder Last entgegen der Drehrichtung die dann gegen den Rest des Antriebsternes wirkt. So sehe ich das zumindest.

@Rainer, was meinst Du mit: Ist das nicht einfach nur ein Handhabungsproblem?

@Manfred, die Frage und Deine Vermutung ist berechtigt: der Antriebsstern wurde extrem Gewichtsoptimiert konstruiert und das Material AlZn4,5Mg1 hat den Belastungen einfach nicht standgehalten. Dazu muß man aber wissen, daß dieser Antriebsstern nicht nur bei der BMW HP2 Sport, sondern auch noch bei anderen BMW Motorrad Modellen verwendet wurde. Und bei allen trat das gleiche Problem auf. BMW hatte darauf hin reagiert und diesen Antriebsstern dann durch Stahl ersetzt.

@Jürgen, plausible Erklärung! 

------------------
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Rainer Schulze
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erstellt am: 21. Dez. 2014 12:58    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

>>@Rainer, was meinst Du mit: Ist das nicht einfach nur ein Handhabungsproblem?

Die Pfeile in Deinen Bildern 2 und 3 sehen gerade so aus, als sei die Drehachse die Mittelachse der jeweiligen Bohrung.
Wenn ich in ANSYS ein Drehmoment auf eine Zylinderfläche setze, wird zunächst automatisch die Mittelachse dieses Zylinders als Drehachse ausgewählt. Ich kann jedoch auch eine andere Achse auswählen. Ich weiß aber nicht, ob Dein Programm die gleiche Auswahlmöglichkeit bietet.

------------------
Rainer Schulze

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Ex-Mitglied

erstellt am: 21. Dez. 2014 13:36    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat


unbenannt01.jpg


unbenannt02.jpg


unbenannt03.jpg

 
Hallo Rainer,

das wäre jetzt von mir auch die nächste Frage, kann ich überhaupt diese Pfelrichtungen individueller anlegen oder nur so wie mir das IV2013 vorgibt?

Und anbei mal drei Bilder, so sehen die Alusterne aus wenn sie brechen!

Gruß Herman

------------------
IV 2013 Pro 64bit,
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erstellt am: 21. Dez. 2014 15:22   

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Michael Puschner
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Zitat:
Original erstellt von Rainer Schulze:
... Wenn Du einen Fußball trittst - in welche Richtung wirkt die Kraft und in welche Richtung bewegt sich der Ball? ...

Und in welche Richtung wirkt die Kraft, die den Fuß belastet?

Actio est reactio!

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Zitat:
Original erstellt von Rainer Schulze:
... Ist das nicht einfach nur ein Handhabungsproblem? ... Ich weiß aber nicht, ob Dein Programm die gleiche Auswahlmöglichkeit bietet.

In der Belastungsanalyse von IVpro wird ein Drehmoment grundsätzlich auf die gesamte gewählte Fläche aufgebracht, wobei das Zentrum des Drehmomentes immer die Flächenmitte ist. Nur die Ebene des Drehmomentes und die Drehrichtung kann man beeinflussen.

In einem FEM Programm, dass nur lineare Statik rechnet erfolgt durch ein Drehmoment aber ohnehin nur eine lineare Verschiebung lotrecht zum Radius und keine Rotation.

Hier sind also, wie Munster Herman schon selbst festgestellt hat, Drehmomente nicht die richtige Wahl für die Last an den Bohrungen, sondern eher schon Kräfte. Besser noch als gleichverteilte Kräfte wären die cosinusverteilten Lagerbelastungen.

Nur müsste man sich noch mehr Gedanken über die Kraftrichtungen und Beträge machen, welche die höchste Belastung darstellen (Volle Beschleunigung, volle Bremsleistung). Dann noch eine Konvergenzbetrachtung, um eine gewisse Sicherheit der Ergebnisgrößen zu erhalten, und ein Rückschluss der statischen Untersuchung auf den dynamischen Lastfall bzw. die Ermüdungsfolgen.


------------------
Michael Puschner
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Ex-Mitglied

erstellt am: 22. Dez. 2014 11:46    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat

Schöne und plausible Erklärung, die auch mir als Nicht Inschenör
einleuchtet!  
Normalerweise müsste man jetzt einen mechanischen Versuchsaufbau haben und dort dann die enstehenden Kräfte bis zum Zerreisen des Antriebssterns ausmessen. Das könnte man wohl in einer Materialprüfstelle machen lassen, wenn man das nötige Kleingeld dazu hat!
Aber meine Analyse deckt sich schon sehr nahe mit der Analyse eines Statikers aus meinem Bekanntenkreis der in einer großen Flugzeugwerft arbeitet. Für mich war das ganze jetzt zunächst einmal nur ein Kennenlernen um zu sehen wie das mit dem FEM funktioniert. Der Antriebsstern wird aber noch in der Rohform getestet werden, dann sieht man mal was noch machbar ist oder nicht!

Danke Michael

------------------
IV 2013 Pro 64bit,
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[Diese Nachricht wurde von Munster Herman am 22. Dez. 2014 editiert.]


Ex-Mitglied

erstellt am: 22. Dez. 2014 13:05   

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