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Institut für Flugzeugbau
Einsatz der HyperWorks Software
im Rahmen des Leichtbauseminars
am Institut für Flugzeugbau
6. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen
07. November 2011 – Bonn
Dipl.-Ing. Benjamin Bender Universität Stuttgart IFB – Institut für Flugzeugbau 70569 Stuttgart
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Institut für Flugzeugbau
Agenda
07.11.2011 2 Benjamin Bender
Vorstellung – Institut für Flugzeugbau
Vertiefungsrichtungen am IFB
Leichtbau- und Faserverbundseminar
Aufgabenstellung
Dimensionierung einer Heckrotorwelle
Auslegung der Welle
Analytische Berechnung Numerische Berechnung
Auslegung der Krafteinleitung
Analytische Berechnung Topologieoptimierung Numerische Berechnung
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Institut für Flugzeugbau
07.11.2011 Benjamin Bender 3
IFB Institut für Flugzeugbau
Fertigungstechnik Prof. Drechsler
Leichtbau Prof. Drechsler
Flugzeugentwurf Prof. Voit-Nitschmann
Windenergie Prof. Cheng
GzSTO
(in kg/m2)
GzPTO
(in kg/PS)
Der zulässige Bereich, in dem die Flugmission für JAR-23 Kategorie erfüllt ist.
P
Reiseflug
Stallgeschwindigkeit
Steigflug und Durchstart
Start
Landung
GzSTO
(in kg/m2)
GzPTO
(in kg/PS)
Der zulässige Bereich, in dem die Flugmission für JAR-23 Kategorie erfüllt ist.
P
Reiseflug
Stallgeschwindigkeit
Steigflug und Durchstart
Start
Landung
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Institut für Flugzeugbau
Vertiefungsrichtungen am IFB Vorlesungsangebote
07.11.2011 Benjamin Bender 4
Leichtbau I + II (V, Ü) (Dipl.-Ing. Sorour, 4 SWS)
Werkstoffe und Fertigungsverfahren (V) (Dipl.-Ing. Kehrle, 2 SWS)
Leichtbauseminar (Dipl.-Ing. Bender, 2 SWS)
Faserverbundseminar (Dipl.-Ing. Fuhr, 2 SWS)
Composites Modelling (V) (Dr. habil. Pickett, 2 SWS)
Konstruieren mit Keramik I + II (V) (Dipl.-Ing. Weihs, 2 SWS)
Zerstörungsfreie Prüfung (V, L) (Prof. Dipl.-Ing. Busse, 4 SWS)
Dimensionierungsgrundlagen für FVW (V) (Dipl.-Ing. Kindervater, 2 SWS)
Werkstoffe für die Antriebstechnik (V) (Prof. Dr.-Ing. Voggenreiter, 2 SWS)
Composite Trainee Program (Dipl.-Ing. Bulat, 2 SWS)
Flugzeugentwurf I + II (V, Ü) (Prof. Voit-Nitschmann, 4 SWS)
Lastannahmen I + II (V, Ü) (Prof. Voit-Nitschmann, 2 SWS)
Auslegung von Flugzeugsystemen I + II (V) (Dr.-Ing. Sigolotto, 4 SWS)
Entwurfsseminar (Dipl.-Ing. Geinitz, 2 SWS)
Windenergienutzung I + II (V,Ü) (Dipl.-Ing. Rettenmeier / Lange, 2 SWS)
Entwurf von Windenergieanlagen I + II (V,Ü) (Dipl.-Ing Kleinhansl / Matha, 2 SWS)
Windenergie-Labor (S) (Dipl.-Ing. Hofsaess/ Capellaro, 2 SWS)
Seminar WEA-Simulation/ Windparkplanung (MSc. Fischer, Dipl.-Ing. Zobel, 1 SWS)
Leichtbau
Flugzeugentwurf
Windenergie
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Institut für Flugzeugbau
Leichtbau- und Faserverbundseminar Aufbau des Seminars
07.11.2011 Benjamin Bender 5
Schwerpunkt: Fertigung Schwerpunkt: Leichtbau
Vorauslegung, Bau und Prüfung einer Antriebswelle mit unterschiedlichen Fertigungsmethoden
Auslegung einer Antriebswelle incl. Krafteinleitung mit Hilfe der FEM-Methode
Gemeinsame Vorlesungsinhalte / Vorträge
Gemeinsame Abschlusspräsentation
Prüfung Prüfung
Faserverbundseminar Leichtbauseminar
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Institut für Flugzeugbau
Aufgabenstellung Dimensionierung einer Heckrotorwelle
07.11.2011 Benjamin Bender 6
Welle aus Kohlenstofffasern
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Impact Energy [J]
To
rsio
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Test
results
M
M
Demobauteil für das Seminar -Heckrotorwelle eins Hubschraubers
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Institut für Flugzeugbau
Auslegung der Welle Analytische Berechnung
07.11.2011 Benjamin Bender 7
Welle Krafteinleitung Krafteinleitung
Zwei unterschiedliche Werkstoffe
Isotroper Werkstoff z.B. Stahl, Aluminium Anisotroper Werkstoff z.B. Kohlestofffaserverstärkter Kunststoff (CFK)
Analytische Auslegung der Welle von Hand, so dass kein Versagen auftritt:
Statische Last
Rohrbeulen unter Torsion
Kritische Drehzahl
Vorauslegung Wandstärke Laminataufbau
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Institut für Flugzeugbau
Auslegung der Welle Numerische Berechnung
07.11.2011 Benjamin Bender 8
HyperMesh
Geometrie erzeugen
Modell meshen
Material definieren und zuweisen Isotroper Werkstoff (MAT_1)
Orthotroper Werkstoff (HyperLaminate)
Aufbringen der Last- und Lagerbedingungen
RADIOSS
Berechnung des statischen Lastfalls
Eigenwertanalyse für Torsionsbeulen
HyperView
Auswertung und Bewertung der Ergebnisse
Torsionsbeulen aus Eigenwertanalyse
Spannung aus statischem Lastfall - Torsion
Welle Krafteinleitung Krafteinleitung
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Institut für Flugzeugbau
Auslegung der Krafteinleitung Analytische Berechnung
07.11.2011 Benjamin Bender 9
Welle
Krafteinleitung aus einem Werkstoffe
Isotroper Werkstoff z.B. Aluminium, Stahl oder Titan
Konstruktion und analytische Auslegung der Krafteinleitung von Hand:
Festlegung Werkstoff Lasteinleitung über 2, 3, 4, 5 – Anbindungspunkte Kein Versagen der Augenverbindung Kein Versagen der Bolzenverbindung
Krafteinleitung Krafteinleitung
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Institut für Flugzeugbau
Auslegung der Welle Topologieoptimierung
07.11.2011 Benjamin Bender 10
HyperMesh
Modell erzeugen und meshen
Material definieren und zuweisen
Aufbringen der Last- und Lagerbedingungen
Einstellungen Topologieoptimierung:
Festlegung Design-Space und Non-Design-Space
Design Variable: Elementdichte
Response: Masse, Spannung
Objective: Masse minimieren
Constrains: Maximal Spannung
OptiStruct
Topologieoptimierung
Welle Krafteinleitung Krafteinleitung
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Institut für Flugzeugbau
Auslegung der Welle Topologieoptimierung
07.11.2011 Benjamin Bender 11
HyperView
Auswertung und Bewertung der optimierten Geometrie Welle Krafteinleitung Krafteinleitung
Optimierte Geometrie - Elemente mit Dichte größer 0,3
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Institut für Flugzeugbau
Auslegung der Krafteinleitung Topologieoptimierung
07.11.2011 Benjamin Bender 12
Topologieoptimierung Geometrie exportieren
Spannungsanalyse Zeichnungsableitung
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