Leichtbau und Konstruktion

Lehrveranstaltung der TU Dresden Studiengang Maschinenbau AKM -> Dies sind keine offiziellen Fragen! Die Fragen habe ich mir während meiner Prüfungsvorbereitung aus den Vorlesungsmitschriften generiert

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Kartei Details

Karten	29
Sprache	Deutsch
Kategorie	Technik
Stufe	Universität
Erstellt / Aktualisiert	26.07.2015 / 16.01.2018
Weblink	https://card2brain.ch/cards/leichtbau_und_konstruktion
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Kartenliste

1.) Warum Leichtbau in der Landwirtschaft?

- hohes Gewicht = hohe Energiekosten, hohe Emissionen

- starke Bodenverdichtung führt zu geringeren Erträgen

- Achslast ist gesetzlich auf 11,5t beschränkt (StVO)

2.) Nenne Lösungsmöglichkeiten / Lösungsansätze im Leichtbau.

Materialleichtbau
- klassische Leichtbauwerkstoffe
  - Aluminium
  - Magnesium
  - Titan
  - Kunststoffe / Composites
- Leichtbau-"Stahl"
  - hoch- und höchstfeste Stähle
  - presshärtbare Stähle
- Materialsubstitution
- Alternative Werkstoffe
- Hybridtechnologie Metall - Kunststoff
Strukturleichtbau
- belastungsgerechte Materialverteilung
  - strukturierte Bleche
  - Sandwich-Halbzeuge
  - Metallschäume
Funktionsintegration
- reduzierte Bauteilanzahl
- reduzierter Fügeaufwand
neue / andere Fertigungstechniken

3.) Nenne Vor- und Nachteile von Faserverbundwerkstoffen im Vergleich zu herkömmlichen Stählen.

Vorteile

geringere Dichte
hohe spez. Festigkeit / Steifigkeit
komplexe Formenvielfalt möglich
Integralbauweise möglich
gutes Dämpfungsverhalten

Nachteile

aufwändige Fertigungsverfahren
anisotropes Werkstoffverhalten
Qualitätssicherung problematisch
sprödes Werkstoffverhalten
Heiß-feucht-Bedingungen schwierig

4.) Nenne Randbedingungen im Landmaschinenbau.

Strake Witterungsbelastung durch Feldarbeit z.B. Staub, Pflanzensäfte
Entflammbarkeit von organischen Stoffen
Kontakt mit aggressiven Medien (z.B.: Düngemittel, Gülle)
Selbstständige Wartungsarbeiten des Fahrzeughalters
Biologische Einflüsse wie Schimmelpilze, Insekten und Nagetiere
Direkte Sonneneinstrahlung sowie hohe Temperaturen

5.) Nenne Grundsätze zur Bauteilentwicklung im Landmaschinenbau.

Gewährleistung der mechanischen und thermischen Belastbarkeit
Ökonomische Fertigung bei akzeptablen Materialkosten
Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse an der Oberfläche, d.h. Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit

6.) Nenne Arten von Faserverbunden.

Glasfaserverstärkte Kunststoffe GFK
Kohlefaserverstärkte Kunststoffe CFK
Aramidfaserverstärkte Kunststoffe AFK

7.) Erläutere die Schritte welche nötig zur Entwicklung eines Serienproduktes sind.

8.) In welche Punkte sollte eine wissenschaftliche Arbeit gegliedert sein?

1. Einleitung

2. Stand von Wissenschaft und Technik

3. Präzisierung der Aufgabenstellung

4. \

5. ... Bearbeitung ( theoretische Grundlagen, Experimentelle Untersuchungen,

... / Variantenvergleiche, Ergebnisse, Konstruktionen usw..)

(7.) Schlussfolgerungen, Anmerkungen, Ausblick

(8.) Zusammenfassung

9.) Nenne die Bereich in die eine Funktionsstruktur aufgeteilt werden kann.

Stoffbereich

Energiebereich

Informationsbereich

10.) Worin liegen die Unterschiede eines Systems in der realen Welt und dessen Simulation in der virtuellen Welt?

Reale Welt

dichte Mehrphasenströmung
große Systeme, viele Partikel
nicht kuglige Partikel
hohe Streuung biogener Partikel
komplexe Krafteinwirkungen
zahlreiche Einflussfaktoren

Virtuelle Welt

begrenzte Rechenkapazitäten
Systemvereinfachung
Werkzeugvielfalt
Identifikation der beteiligten Wirkmechanismen
Modellierung
Schnittstellendefinition

11.) Erläutere die strategische Vorgehensweise zur Simulation von Bauteilen oder Prozessen.

Prozesscharakterisierung
Werkzeugauswahl
Modellabstraktion
Evaluierung des Modells
1. Voruntersuchung für Ausgangsbasis (Zentral-Modell)
2. Sensitivitätsanalyse (CCD)
3. Validierung anhand experimenteller Untersuchungen
4. Optimierung
Erwiterung des Modells

12.) Welche Möglichkeiten der Beanspruchungsermittlung gibt es?

rechnerische Beanspruchungsermittlung
experimentelle Beanspruchungsermittlung
- Dehnmessstreifen

13.) Nenne verschiedene Möglichkeiten für Festigkeitsnachweise.

rechnerisch
- statisch
  - mit Nennspannungen
  - mit örtlichen Spannungen
- dynamisch -> Ermüdungsfestigkeit
  - mit Nennspannungen
  - mit örtlichen Spannungen
- Nachweiskonzepte:
  - Nennspannungskonzept
  - Örtliches Konzept
  - Strukturspannungskonzept
  - Kerbspannungskonzept
  - Rissfortschrittskonzept
experimentell
- statisch
  - mit Nennspannungen
  - mit örtlichen Spannungen
- dynamisch -> Ermüdungsfestigkeit
  - mit Nennspannungen
  - mit örtlichen Spannungen
- Versuche
  - Wöhlerversuch
  - Blockprogramm-Versuch
  - Zufallslasten-Versuche
  - (spezielle Versuchstechniken)

14.) Nenne Beanspruchungsarten.

schwellend
wechselnd
ruhend

15.) Was ist unter Leichtbau zuverstehen und was sind Ziele von Leichtbau?

Leichtbau = Lehre vom Gestalten von Bauteilen in der Weise, dass sie bei Enhaltung der Anforderungen möglichst leicht sind

Ziel:

minimales Gewicht bei hoher Belastbarkeit
Minimierung der Hersteller- und Anwenderkosten
Optimierung des Erzeugnisses

16.) Wie ist die Leichtbaukennzahl definiert?

LBK = F_G / F_E

F_G = Gesamtlast, die eine Konstruktion aufnehmen kann

F_E = Eigenlast der unbelasteten Konstruktion

Je größer die LBK, umso geeigneter ist der gewählte Werkstoff bei dem gewählten Belastungsfall.

17.) Wie lauten die 7 (8) Gestaltungsregeln (nach Klein) ?

möglichst direkte Krafteinleitung und Kraftausgleich
- Symmetrische Konstruktionen bevorzugen
- Geschlossene Profile gegenüber offenen bevorzugen
- evtl.segmentieren
Realisierung eines möglichst großen Flächenträgheits- und Widerstandsmomentes
- Profilformfaktor maximieren
- Material aus der Mitte nach außen verschieben
- Problem: Hohlquerschnitte sind zwar leichter, haben aber oft auch größere Abmessungen
Feingliederung von Strukturen
- Verrippung oder Untergurte bei Flächentragwerken
- Versteifung von Platten
Nutzung der natürlichen Stützwirkung durch Krümmung
Gezielte Versteifung von Konstruktionen in den Hauptbelastungsrichtungen (Sicken)
Bevorzugung des Integralen Prinzips
Absolute Ausschöpfung der Konstruktion
( Erreichung einer vorgegebenen Nutzungs- und Lebensdauer )

18.) Was versteht man unter Verifikation?

Überprüfung, ob die Funktion (Pflichtenheft) die spezifizierten Anforderungen erfüllt.

19.) Was versteht man unter Validierung?

Bestätigung, dass die Spezifikation (Lastenheft) passend zu den Anforderungen des Kunden ist.

20.) Nenne verschiedene virtuelle Werkzeuge welche zur Modellbildung und Simulation im Landmaschinenbau zum Einsatz kommen.

MKS
FEM
CFD -> Strömungssimulation
DEM -> Discrete Element Modeling
Matlab/Simulink

21.) Was wird und kann im Landmaschinenbau mittels virtuellen Werkzeugen simuliert und analysiert werden?

Simulation von Prozessen
Simulation von Antrieben
Entwurf von Reglersystemen
Analyse von Strukturen und Komponenten
...

22.) Was sind Vor- und Nachteile der CFD Simulation gegenüber von Experimenten?

Vorteile

...können Mehrphasenströmungen berechnen und Partikelbewegungen darstellen
...liefern alle Strömungsgrößen an einer bestimmten Stelle gleichzeitig
...können Größen in Raum und Zeit sehr hoch auflösen
...können auf Knopfdruck des Strömungsfeld visualisieren
...können Schwachstellen an Protozypen frühzeitig erkennen lassen

Nachteile

...benötigen je nach Komplexität hohe Rechenzeiten

23.) Was sind Vor- und Nachteile von Experimenten gegenüber CFD Simulation?

Vorteile

schließen sämtliche physikalische Phänomen ein

Nachteile

sind problematisch bei Beladung der strömenden Medien mit PartikelnzB Staub durch empfindliche Strömungsmesstechnik
liefern nur einen Messwert an einer bestimmten Stelle
sind begrenzt in der Auflösung der Größen in Raum und Zeit
erfordern hohen Aufwand für die Visualisierung bei vielen Messwerten

24.) Was sind Vorteile von Metallschäumen?

Vorteile

biegesteif
schwingungsdämpfend
hitzebeständig
leicht
energieabsorbierend
strahlungsabschirmend
durchlässig

25.) Wofür können Metallschäume angewendet werden?

geringes Gewicht
- Strukturaussteifung
- Abstandshalter
- bewegte Teile
dämpfend
- Umwndlung von Schwingungsenergie
energieabsorbierend
- Crash-Energieabsorber
fügend
- metallischer, hochtemperaturbeständiger "Kleber"
Designelemente

26.) Nenne die 6 Phasen Im Produktentwicklungsprozess.

EPDP = Enterprise Product Delivery Process

Project Opportunity = Möglichkeiten / Chancen / Nachfragen
- Stratigic Business Plan
Project Definition
Project Development = Entwicklung
Project Demonstration
Project Implementation = Umsetzung
Continuous Improvement = Ständige Verbesserung

27.) Definiere Qualität.

Qualität ist die Fähigkeit ein Produkt kontinuierlich und konstant in gleichbleibender, gewünschter Ausprägung so zu produzieren, dass die Kundenerwartungen während der gesamten Lebensdauer erfüllt werden.

28.) Wie produziert man Qualitätsprodukte?

fertigungs- und montagefreundlich konstruieren und
konstruierte Teile und Baugruppen den Prozessen folgend in die Fertigung einführen
Ausführung der Herstellprozesse gemäß den Vorgaben und Prozessen
effektiver Support des Produktes während des Betriebes beim Kunden
Rückführung der gelernten Kundenerfahrungen in die Entwicklung

29.) Nenne verschiedene Herstellungsverfahren für Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen.

Handlaminieren / Faserspritzverfahren
Presstechnik - SMC
Injektionsverfahren
- Vakuuminjektion
- RTM
Strangziehverfahren
Wickeltechnik

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