Prof. Dr.-Ing. Ali Daryusi

Bedeutung der Kerbwirkung für den Konstrukteur - numerische Berechnungen mit Creo Simulate und didaktische Vermittlung in der CAE-Lehre

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Kurzfassung in Deutsch

Der hier vorliegende Vortrag beschreibt erste Untersuchungsergebnisse mit dem CAE-Programm "Creo Simulate" im Vergleich zum Programm "Ansys Workbench" zur Berechnung der Spannungsformzahlen sowie der örtlichen Kerbspannungen an gekerbten Konstruktionselementen. Der Vortrag beginnt mit einer Einleitung zur Geschichte der Kerbwirkungsforschung. Es werden Schadensfälle dargestellt und anschließend die Grundlagen zur Berechnung der Form- und Kerbwirkungszahlen kurz beschrieben. Es wird fortgesetzt mit der Durchführung von Konvergenz-Untersuchungen an Vollwellen mit SR-Nuten nach DIN 471 sowie an Vollwellen mit Absatz nach DIN 743 bei Zug- und Torsionsbelastung. Die Konvergenz-Berechnungsergebnisse wurden zusammengestellt und kurz kommentiert. Weiterhin wurden FE-Berechnungen zur Bestimmung der Spannungsformzahlen an Hohlwellen mit Absatz sowie an Vollwellen mit einer Kerbüberlagerung "Absatz und Querbohrung" bei Zug-, Biege, und Torsionsbelastung durchgeführt. Es wurden entsprechende Formzahldiagramme und Formzahlwerte sowie Spannungsverteilungsbilder je nach Belastungsart und Vergleichsspannungshypothese (GEH bzw. NSH) angegeben. Eine Möglichkeit zur Herabsetzung der Kerbwirkung an der kritischen Kerbstelle besteht in der absichtlichen Anwendung von Zusatzkerben, welche der Hauptkerbe benachbart sind. Derartige Entlastungskerben können zwar eine bedeutende Spannungsverminderung an der gefährdeten Stelle ergeben, an den Entlastungskerben entstehen jedoch neue Spannungsspitzen, die sich u. U. ungünstig auswirken. Zur Milderung von Kerbwirkungen durch konstruktive Entlastungskerben wurden exemplarische FEM-Untersuchungen an Vollwellen mit Absatz und an Kerbzahnwellen nach DIN 5481 bei Zug-, Biege- und Torsionsbelastung ausgeführt. Die Einflüsse der rechteckigen Form der Entlastungsnut auf die Formzahlen je Belastungsart wurden präsentiert und kurz diskutiert. Ebenfalls wurden auch die Kerbwirkungen an Evolventen-Zahnwellenverbindungen nach DIN 5480 mit freiem Auslauf und mit gebundenem Auslauf sowie mit Sicherungsringnuten nach DIN 471 untersucht, mit dem Ziel, den Ort der Spannungsmaxima und deren Verteilung, die Höhe der Kerbspannungen und den Einfluss der Sicherungsringnut auf die Spannungsüberhöhungen in den kritischen Bereichen zu erfassen. Es wurden zusätzlich weitere FE-Untersuchungen zu den Spannungsüberhöhungen an komplexen Gussbauteilen am Beispiel eines Planetenträgers für Planetengetriebe im Einatzbereich der Windkraftanlagen realisiert. Die Festlegung der Randbedingungen wurde kurz präsentiert und die sich daraus ergebenden Ergebnisse dargestellt.
In diesem Vortrag wurde auch die Entwicklung eines neuen didaktischen Konzepts für die Konstruktionsausbildung zur Verbesserung der Präsentationskompetenz und Teamfähigkeit der Studierenden kurz beschrieben und über erste Erfahrungen aus der Umsetzung in die Lehrveranstaltung "CAD/CAE" berichtet. Die Studierenden erarbeiten in nach der Rundlitzenseilmethode strukturierten Gruppen unter Berücksichtigung der heterogenen Umgebung numerische Lösungen zu Variantenrechnungen von Aufgaben. Die Studierenden präsentieren ihre Ergebnisse in Form von 100-Sekunden-Vorträgen.
Bei der Entwicklung dieser Methode lässt man sich durch den Karatesport inspirieren. Es wurden verschiedene Kriterien zur Bewertung der Micro-Präsentationen festgelegt und angewandt. Erste Erfahrungen mit der Umsetzung dieser Methodenkombination sind erfolgversprechend. Eine detaillierte statistisch-psychologische Evaluation dieses didaktischen Konzepts ist Ziel weiterführender Untersuchungen.

weitere Metadaten

Erschienen in 5. SAXON SIMULATION MEETING and Mathcad-Workshop : Präsentationen und Vorträge des 5. Anwendertreffens und des Mathcad-Workshops am 22. und 23. April 2013 an der Technischen Universität Chemnitz
Schlagwörter
(Deutsch)
FEM, Formzahl, didaktische Grundlagen, Präsentationskompetenz
Schlagwörter
(Englisch)
Creo Simulate
SWD SchlagworteKerbwirkung, Kerben, Konstruktion, Creo Simulate, ANSYS,Teamfähigkeit, CAE
DDC Klassifikation629
Institution(en) 
HochschuleTU Chemnitz
FakultätFakultät für Maschinenbau
ProfessurMontage- und Handhabungstechnik
DokumententypInProceedings
SpracheDeutsch
Veröffentlichungsdatum (online)24.06.2013
persistente URNurn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-114526

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