In der Regel werden dynamische Vorgänge wie Crash-Berechnungen oder Impulseinleitungen in der FEM mit expliziten Ansätzen gerechnet; um festzustellen, in wieweit auch mit einem impliziten Ansatz realitätsnahe Ergebnisse erzielt werden können, wurde ein Versuchsaufbau modelliert und gerechnet. Die Ergebnisse wurden anschließend graphisch aufbereitet und interpretiert.

Schwingungsprobleme gelöst! Das Ölfeld Mittelplate im schleswig-holsteinischen Wattenmeer bildet mit 55 Mio. Tonnen gewinnbarem Erdöl die größte deutsche Erdöllager- und Förderstätte. Im Jahr 2018 gelten noch 20 -25 Mio. Tonnen Erdöl als technisch und wirtschaftlich gewinnbar, ohne die Erschließung weiterer Ressourcen. Neben zahlreichen anderen Maßnahmen zum Schutz der Umwelt wird auf der gleichnamigen Bohr- und Förderinsel Mittelplate A das gemeinsam mit dem Erdöl geförderte Erdölgas abgetrennt und in zwei Gasturbinen zur Erzeugung von Strom und Wärme verwendet. Nach der Installation einer Gasturbine traten während des Betriebes erhöhte Schwingungen auf, deren Ursache von der DAAMS GmbH ermittelt und daraus Verbesserungsmöglichkeiten entwickelt wurden.

Die Kenntnis der tatsächlichen Spannungsverhältnisse während und nach dem Fügen ist für eine sichere Dimensionierung von Querpressverbänden sehr wichtig. Denn während des Fügeprozesses wird bereits lokal die Warmstreckgrenze überschritten. Die Fugenpressung liegt somit unter der - gemäß Auslegungsrechnung - analytisch ermittelten. So wird die Übertragungsfähigkeit überschätzt. Ein Vergleich der analytisch erzielten Ergebnisse mit den Ergebnissen einer transienten FEM-Analyse verdeutlicht diese Aussage.

Beim Abwälzen der sich im Eingriff befindlichen Zähne zweier Zahnräder, kann es zu Beschädigungen der Zahnoberfläche kommen. Die häufigsten Schadensbilder sind entweder dem Verschleiß oder der Ermüdung (Grübchen, pitting) zuzuordnen, die in der Konstruktionsphase der Antriebe von Rohrmühlen berücksichtigt werden müssen. Sonderereignisse wie z. B. Fundamentsetzungen finden in dieser Phase nur geringfügige Berücksichtigung. Fundamentsetzungen treten in der Praxis oder auch bei der Erstinstallation der Anlage auf, die am Getriebe nachjustiert werden müssen. Bei Vernachlässigung der Nachjustage kommt es zwangsläufig zu einer Schiefstellung der Radpaare zueinander und somit zu einseitigem Tragen bzw. zu einer Überlastung der Zahnflanken. Das Tragbild und die Ermittlung des Breitenlastfaktors gemäß DIN 3990 ist Bestandteil des hier vorliegenden Projektes.

Tube Mill - Foundation Settlement When the teeth of two gear wheels that are in mesh are rolling over each other, the tooth surface (also called tooth flank) can be damaged. The most common types of damage are either to be assigned to wear due to relative movement of both surfaces to one another and thus progressive material removal by pitting effects or to fatigue.

The model presented here addresses the problem of pitting as a result of foundation settlement during operation. In practice, mill foundation settlements are omnipresent and must be considered in the design. If the consequences of foundation settlement are neglected, partial loading of the tooth flanks may occur on one side, resulting in overloading of the flank lines still in engagement. The resulting consequences of damage can vary from chipping on the tooth surface to the loss of the entire tooth and thus can also lead to undesirable downtimes during production. The teeth of the gear which are in mesh are the basis for the calculation and evaluation. For this reason, the tooth geometry (e.g. the involute) is modeled in detail in order to accurately capture the tooth stiffness and compare it with the load level.

Furthermore, the contact interaction is considered between the gears’ teeth. Afterwards an evaluation of the tooth load is done. The use of such element types results in a nonlinear calculation, which requires the consideration of the load history, since it also influences the result. For this reason, five relevant load cases are defined that must be taken into consideration. Depending on the specified boundary conditions (masses, drive loads, setting amounts, etc.), the stress level of the tooth flanks can be determined for each load case and the width factor can be calculated from this in accordance with DIN 3990. The width factor provides information on the level of stress to be expected on the teeth in the considered load case.

Composites & Faserverbundwerkstoffe sind auch 2017 im Maschinenbau und der Automobilindustrie noch selten verwendete Materialien. Getrieben durch Entwicklungen in Raum- und Luftfahrt erobern sie mittlerweile auch diese Industriezweige. Bereits im Jahr 1998 beschäftigte uns die folgende FEM- Analyse aus dem Bereich Antriebstechnik:

Faserverbundwerkstoffe werden immer häufiger auch in Anwendungen eingesetzt, die bisher dem konventionellen Maschinenbau zugeordnet wurden. Gerade bei der Substitution bewährter Maschinenelemente durch Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe ist eine weitreichende Simulation des Verhaltens erforderlich. Am Beispiel der Substitution eines Stahl-Lamellenpaketes aus einer Ausgleichskupplung zeigt der Beitrag die weitreichenden Möglichkeiten von ANSYS bei der virtuellen Erprobung von Faserverbundstrukturen. Ausgehend von der isotropen Struktur werden an der Composite-Struktur vergleichende Steifigkeits- und Stabilitätsbetrachtungen anhand von statischen, geometrisch nichtlinearen 3D-FEM-Analysen sowie Beulanalysen durchgeführt.

Teil der Wärmebehandlung der untersuchten Welle ist das Abschrecken in einem Bad. Die Wellen rollen von einem Band und fallen in das Bad. Bereits durch diese kurze unsymmetrische Beanspruchung während des Eintauchens entsteht Verzug in einer nicht zu tolerierenden Größenordnung. Im folgenden Richtvorgang wird der Verzug automatisiert gemessen und soweit ausgeglichen, dass die Rundlauftoleranz eingehalten wird. An einigen Wellen traten im Betrieb Dauerbrüche auf, deren Ausgang dem Lasteinleitungspunkt des Richtstempels zugeordnet werden konnte.

Mittels der FEM-Analyse wird gezeigt, dass bei Verwendung eines kippbeweglichen Stempels die lokalen Beanspruchungen der Oberfläche deutlich reduziert werden. Bei Entfall des Ambosses verringern sich zusätzlich die Richtkräfte, wodurch eine weitere Entlastung am Ort des Lastangriffs erreicht wird.

Straightening of a tubular shaft The example is to show that even almost 20 years ago it was possible to create really sofisticating simulations including contact, friction and plasticity! For the steering of the simulations to be done, macros were written in APDL, the so called “Ansys parametric design language”.

Part of the heat treatment of the investigated shaft is quenching in a bath. The hot shafts roll off the conveyor belt and fall into the cold quenching bath. Even this short-term and asymmetrical stressing during the immersion into the bath results in a distortion of the tube in a magnitude that cannot be tolerated. In the following straightening process, the warpage caused by the quenching is automatically measured and compensated stepwise until the deviation from the concentricity tolerance is met. On some of the shaft fatigue fractures occurred during their later operation. The starting location of the fracture could be assigned to the load application point of the straightening punch.

By the use of the carried out FEA analysis it was shown, that the use of a stamp what is able to tilt up to certain degree, significantly reduces the high local tensile stresses on the surface. By omitting the anvil (counter-holder), the straightening forces decreased in addition, which further relieved the local stressing at the point where the straightening force is applied.

Das Schwingungsverhalten eines Drehrohrofens nimmt sowohl Einfluss auf den Fertigungsprozess als auch direkt auf die angrenzenden Bauteile wie Antrieb, Lagerung etc.

Für die Beurteilung des dynamischen Verhaltens müssen zunächst die Eigenfrequenzen und –formen mit Hilfe der Finiten Element Methode ermittelt werden. Hierfür wird ein dreidimensionales Modell, bestehend aus Volumenelementen, der Gesamtanlage erstellt.

Ein Vergleich der rechnerisch bestimmten Eigenfrequenzen mit den anregenden Frequenzen aus dem Fertigungsprozess gibt Auskunft über mögliche Resonanzstellen, die im Betrieb zu erhöhten dynamischen Beanspruchungen führen können.

Eine vor Ort durchgeführte Messung mittels Dehnstreifen bestätigt zusätzlich die rechnerisch ermittelten Eigenfrequenzen.

Vortrag von Herrn Daams auf der 35. Jahrestagung des VDI Schadensanalyse im Jahr 2009:

An zwei Beispielen wird die Anwendung der FEM im Bereich der Schadenanalyse bzw. -verhütung gezeigt. In diesem Kontext werden Hinweise auf den Zusammenhang zwischen Vorgehensweise, Modellbildung und Beurteilung der Ergebnisse mit Hilfe aktueller, dem Stand der Technik entsprechender Regelwerke gegeben.

Die Neuentwicklung von Komponenten entsteht kooperativ mit dem Auftraggeber. Bei dem hier gezeigten Projekt handelt es sich um eine neuentwickelte Bremsscheibe. Sie wird von innen belüftet und besteht im Wesentlichen aus zwei Hauptkomponenten: (1) Reibring und (2) Bremsscheibentopf.

Der Bremsscheibentopf dient zur Aufnahme des Reibringes, der sich wiederum auf den vollen Umfang des Topfes abstützt. Radial ausgerichtete Gewindebolzen verbinden Reibring und Topf kraftschlüssig.

Da es sich hierbei um eine lösbare Verbindung handelt, besteht somit die Möglichkeit beide Bauteile zu jeder Zeit zerstörungsfrei voneinander zu trennen und auszutauschen. Darüber hinaus weist sie auch bei hohen mechanischen und thermischen Belastungen eine hohe Bremswirkung auf.