Schwingungseigenschaften effizient vorausbestimmen*/Efficient prediction of dynamic properties - Frequency-based substructuring for prediction of assembly properties during product development

2016 ◽  
Vol 106 (05) ◽  
pp. 294-301
Author(s):  
C. Prof. Brecher ◽  
M. Fey ◽  
M. Daniels

Zur qualitativen Vorhersage der Schwingungseigenschaften neuer Konstruktionen werden oftmals aufwendige Finite-Elemente- oder Mehrkörper-Simulationen vollständiger Werkzeugmaschinen durchgeführt. Mithilfe der hier vorgestellten Kopplungsrechnungen können experimentell und analytisch basierte Modelle miteinander verbunden werden. Insbesondere für Anpass- und Änderungskonstruktionen ergeben sich damit Vorteile bezüglich der Prognosegenauigkeit und des Modellierungsaufwands.   For the qualitative prediction of dynamic properties of new constructions, elaborate finite element or multi body simulation models are frequently applied. This paper deals with coupling calculations that combine analytical and experimental models. With these coupling calculations better predictions of dynamic properties are possible and less modeling effort is needed. This is particularly true if simple design adaptions or modifications shall be realized.

2013 ◽  
Vol 711 ◽  
pp. 299-304 ◽  
Author(s):  
Young Shik Kim ◽  
Bong Jo Ryu ◽  
Kil Young Ahn

In this research we present multi-body dynamics analysis can be applied in product development using a case study of a Molded Case Circuit Breaker (MCCB) with a spring-actuated linkage, which can save time and cost considerably. In particular, we demonstrate how to evaluate and improve durability of the MCCB based on multi-body dynamics and finite element simulation given SM45C steel used for the MCCB links. Toward this goal, a 3D MCCB dynamic model is first developed and dynamic forces are analyzed by using the multi-body dynamics software, ADAMS. Finite element simulation is then performed to examine maximum principal stresses considering deflections and dynamic loads. Further, mechanical properties of SM45C steel are measured experimentally from tensile and fatigue tests. As a result, we verify that stress loads acting on the latch pin of the spring-actuated linkage are critically higher, which ultimately leads to a low-cycle fatigue fracture of the pin. Based on our analytically estimated maximum principal stresses in the MCCB and experimentally measured mechanical properties of SM45C steel, we evaluate design durability and improve our design. As a result, using a 4 mm diameter pin and modifying SM45C with heat treating that includes quenching and tempering, we successfully achieve a MCCB product development, which provides sufficient strengths to prevent yielding and fatigue failures from repeated dynamic loads.


2016 ◽  
Vol 08 (07) ◽  
pp. 1640009 ◽  
Author(s):  
Fengfeng Li ◽  
Liwu Liu ◽  
Xin Lan ◽  
Tong Wang ◽  
Xiangyu Li ◽  
...  

With large spatial deployable antennas used more widely, the stability of deployable antennas is attracting more attention. The form of the support structure is an important factor of the antenna’s natural frequency, which is essential to study to prevent the resonance. The deployable truss structures based on shape memory polymer composites (SMPCs) have made themselves feasible for their unique properties such as highly reliable, low-cost, light weight, and self-deployment without complex mechanical devices compared with conventional deployable masts. This study offers deliverables as follows: an establishment of three-longeron beam and three-longeron truss finite element models by using ABAQUS; calculation of natural frequencies and vibration modes; parameter studies for influence on their dynamic properties; manufacture of a three-longeron truss based on SMPC, and modal test of the three-longeron truss. The results show that modal test and finite element simulation fit well.


Author(s):  
N. Shimizu ◽  
H. Nasuno ◽  
T. Yazaki ◽  
K. Sunakoda

This paper describes a methodology of design and analysis of viscoelastic seismic dampers by means of the time domain finite element analysis. The viscoelastic constitutive relation of material incorporating with the fractional calculus has been derived and the finite element formulation based on the constitutive relation has been developed to analyze the dynamic property of seismic damper. A time domain computer program was developed by using the formulation. Dynamic properties of hysteresis loop, damping capacity, equivalent viscous damping coefficient, and equivalent spring constant are calculated and compared with the experimental results. Remarkable correlation between the FE analysis and the experiment is gained, and consequently the design procedure with the help of the FE analysis has been established.


2014 ◽  
Vol 945-949 ◽  
pp. 591-595 ◽  
Author(s):  
Meng Chen ◽  
Yan Yun Luo ◽  
Bin Zhang

Finite element model of track in frog zone is built by vehicle-turnout system dynamics. Considering variation of rail section and elastic support, bending deformation of turnout sleeper, spacer block and sharing pad effects, the track integral rigidity distribution in longitudinal direction is calculated in the model. Vehicle-turnout rigid-flexible coupling model is built by finite element method (FEM), multi-body system (MBS) dynamics and Hertz contact theory. With the regularity solution that different stiffness is applied for rubber pad under sharing pad of different turnout sleeper zone, analysis the variation of vertical acceleration of bogie and wheelset, rail vertical displacement and wheel-rail interaction force, this paper proves that setting reasonable rubber pad stiffness is an efficient method to solve rigidity irregularity problem.


2014 ◽  
Vol 592-594 ◽  
pp. 2117-2121 ◽  
Author(s):  
P. Veeramuthuvel ◽  
S. Jayaraman ◽  
Shankar Krishnapillai ◽  
M. Annadurai ◽  
A.K. Sharma

The electronics package in a spacecraft is subjected to a variety of dynamic loads during launch phase and suitable thermal environment for the mission life. The dynamic and thermal analyses performed for a structurally reconfigured electronics package. Two different simulation models are developed to carry out the analyses. This paper discusses in two parts, in part-1, the vibration responses are determined at various critical locations, including on the Printed Circuit Board (PCB) for the vibration loads specified by launch vehicle using Finite Element Analysis (FEA). The mechanical properties of PCB are determined from the test specimens, which are then incorporated in the finite element model. In part-2, the steady-state temperature distributions on the components and on the PCB are determined, to check the effectiveness of heat transfer path from the components to the base of the package and to verify the predicted values are within the acceptable temperature limits specified. The predicted temperature values are then compared with on-orbit observations.


Bauingenieur ◽  
2015 ◽  
Vol 90 (05) ◽  
pp. 209-219
Author(s):  
Marcus Ricker ◽  
Frank Häusler

Während das Querkrafttragverhalten von Flachdecken im Bereich von Innenstützen (Durchstanzen) Gegenstand zahlreicher Untersuchungen ist, fehlen für Rand- und Eckstützen durch theoretische und experimentelle Untersuchungen abgesicherte Tragmodelle. Um das Tragverhalten im Bereich von Randstützen näher zu untersuchen, wurde neben vier Durchstanzversuchen eine umfangreiche Parameterstudie mit zwei nichtlinearen Finite-Elemente-Programmen durchgeführt. Dabei stand neben dem Einfluss der bezogenen Ausmitte e/c auf die Tragfähigkeit von Platten mit und ohne Durchstanzbewehrung der Einfluss der Vorspannung im Vordergrund. Es zeigte sich, dass das e/c-Verhältnis unabhängig von der Versagensart einen wesentlichen Einfluss auf die Durchstanztragfähigkeit hat. Eine Vorspannung erhöht die Durchstanztragfähigkeit signifikant bzw. reduziert die erforderliche Durchstanzbewehrungsmenge. Eine Steigerung der Maximaltragfähigkeit gegenüber gleich dicken hochbewehrten Stahlbetonplatten ist jedoch nur in geringem Maße möglich.


Bauingenieur ◽  
2015 ◽  
Vol 90 (06) ◽  
pp. 252-264 ◽  
Author(s):  
Dominik Kueres ◽  
Alexander Stark ◽  
Martin Herbrand ◽  
Martin Classen

Die numerische Simulation des Tragverhaltens von Beton- und Stahlbetonkonstruktionen mit nicht-linearen Finite-Elemente-Modellen gewinnt in der konstruktiven Ingenieurpraxis zunehmend an Bedeutung. In kommerziellen Finite-Elemente-Programmen stehen dem Anwender unterschiedliche Möglichkeiten zur Abbildung des Betonverhaltens in Form von plastischen Materialmodellen zur Verfügung. Zur Anwendung dieser Materialmodelle ist dabei in der Regel die Kenntnis des Betontragverhaltens unter einaxialer Druck- und Zugbeanspruchung erforderlich. Im vorliegenden Beitrag werden verschiedene Ansätze zur mathematischen Beschreibung dieser konstitutiven Beziehungen für Normalbeton und ultrahochfesten Beton (UHPC) vorgestellt und im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit in plastischen Materialmodellen untersucht. Darauf aufbauend werden numerische Simulationen mit einem plastischen Schädigungsmodell unter Verwendung eines einheitlichen Parametersatzes durchgeführt und mit den Ergebnissen experimenteller Untersuchungen verglichen. Die Untersuchungen umfassen hierbei Materialprüfungen an Normalbeton und UHPC unter verschiedenen ein- und mehraxialen Spannungszuständen. Durch die Wahl geeigneter konstitutiver Beziehungen kann für die untersuchten Spannungszustände eine gute Übereinstimmung zwischen simuliertem und experimentell ermitteltem Betontragverhalten erreicht werden.


2018 ◽  
Vol 108 (05) ◽  
pp. 284-288
Author(s):  
W. Herfs ◽  
S. Kehne ◽  
A. Epple

Die Auslegung von Vorschubantrieben in Werkzeugmaschinen ist zu meist ein sehr fehleranfälliger Prozess, da es schwierig ist, abzuschätzen, wie sich die Maschine unter Belastung dynamisch verhält. Diese Veröffentlichung stellt einen Finite-Elemente-basierten Ansatz vor, wie eine Antriebsregelung in eine Mehrkörpersimulation integriert werden kann und wie das Zusammenspiel von zwei Antrieben im Prozess simuliert und optimiert werden kann.   The design of feed forward drives in machine tools is frequently an error-prone process, because it is difficult to estimate how the machine tool acts dynamically during processing. This publication introduces a new finite-element-based approach that integrates axis controllers and is able to simulate and optimize the multi-axis behavior of two axes in a process.


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