Leichtbau und Konstruktion

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

Stoffbereich

Energiebereich

Informationsbereich

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

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

• rechnerische Beanspruchungsermittlung
• experimentelle Beanspruchungsermittlung
  • Dehnmessstreifen

• 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)

• schwellend
• wechselnd
• ruhend

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

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.

1. möglichst direkte Krafteinleitung und Kraftausgleich
   • Symmetrische Konstruktionen bevorzugen
   • Geschlossene Profile gegenüber offenen bevorzugen
   • evtl.segmentieren
2. 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
3. Feingliederung von Strukturen
   • Verrippung oder Untergurte bei Flächentragwerken
   • Versteifung von Platten
4. Nutzung der natürlichen Stützwirkung durch Krümmung
5. Gezielte Versteifung von Konstruktionen in den Hauptbelastungsrichtungen (Sicken)
6. Bevorzugung des Integralen Prinzips
7. Absolute Ausschöpfung der Konstruktion
8. ( Erreichung einer vorgegebenen Nutzungs- und Lebensdauer )

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

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

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

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

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

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

Vorteile

• biegesteif
• schwingungsdämpfend
• hitzebeständig
• leicht
• energieabsorbierend
• strahlungsabschirmend
• durchlässig

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

EPDP = Enterprise Product Delivery Process

1. Project Opportunity = Möglichkeiten / Chancen / Nachfragen
   • Stratigic Business Plan
2. Project Definition 
3. Project Development = Entwicklung
4. Project Demonstration
5. Project Implementation = Umsetzung
6. Continuous Improvement = Ständige Verbesserung

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.

• 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

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