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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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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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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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Vertiefungsrichtungen am IFB Vorlesungsangebote


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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Leichtbau- und Faserverbundseminar Aufbau des Seminars


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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Aufgabenstellung Dimensionierung einer Heckrotorwelle


Welle aus Kohlenstofffasern

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1000

1500

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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Impact Energy [J]

To

rsio

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t [N

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Test

results

M

M

Demobauteil für das Seminar -Heckrotorwelle eins Hubschraubers

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Auslegung der Welle Analytische Berechnung


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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Auslegung der Welle Numerische Berechnung


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


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Auslegung der Krafteinleitung Analytische Berechnung


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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Auslegung der Welle Topologieoptimierung


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


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Auslegung der Welle Topologieoptimierung


HyperView

Auswertung und Bewertung der optimierten Geometrie Welle Krafteinleitung Krafteinleitung

Optimierte Geometrie - Elemente mit Dichte größer 0,3

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Auslegung der Krafteinleitung Topologieoptimierung


Topologieoptimierung Geometrie exportieren

Spannungsanalyse Zeichnungsableitung

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