Projektarbeiten im Modul Beanspruchungsanalyse

Dampfdrucktopf

Untersuchungen von mechanischen und thermischen Beanspruchungen eines Schnellkochtopfes im Betrieb

  • DMS Applikation für Messung bei erhöhten Temperaturen
  • Hauptspannungsanalyse bei bekannter und unbekannter Hauptrichtung
  • Vollbrückenschaltung mit Kompensationswiderständen
  • Messung von Temperatur, Druck und Dehnungen
  • Untersuchung der Temperaturabhängigkeit des k-Faktors
  • Dehnungen im „kalten Topf“ bei Betriebsdruck
  • Dehnungen und Spannungen im Kochbetrieb
  • CAD Modellierung
  • Spannungsanalyse unter Anwendung der FEM

Druckkessel

Durchführen einer Hauptspannungsanalyse in Bezug auf Hauptspannungen in Längs - und Umfangsrichtung und auftretender Druckspannung (Meridianspannung) in der Krempe des Klöpperbodens mittels Dehnmessstreifen und Finite Elemente Methode (FEM). Berücksichtigung der Temperaturänderung für DMS und Ersatzwiderstände.

Abweichungsanalyse von

  • gemessenen DMS-Werten an Kesselmantel und Krempe mittels 120° Rosette,
  • analytische ermittelte Werte aus der Kesselformel und
  • FEM-Werten aus dem modellierten Rechenmodell.
DMS-Applikation
DMS-Applikation
FEM-Modell
FEM-Modell
Druckkessel
Druckkessel

Montagekran

Spannungs- und Schwingungsanalyse an einem mobilen Werkstattkran auf dynamische und statische Belastungen.

  • DMS-Applikation (Biegung / Zug Druck)
  • Starrkörper-Berechnung
  • Betriebsfestigkeitsuntersuchungen
  • FEM-Analyse
  • Eigenschwingungsanalyse
  • Lastkollektive
  • Formzahlanalyse
  • Abweichungsanalyse 

Antriebs- und Bremsleistung im Rennbetrieb
MRC, 389ccm, 6500U/min

Am Antriebsstrang des Karts werden während des Rennbetriebs die Torsionsbeanspruchungen ermittelt. Dazu wurden Dehnungsmessstreifen auf der Antriebswelle appliziert. Die berührungslose Übertragung der Drehmomente erfolgt je Antriebsrad über ein Telemetriesystem. Aus den Beanspruchungen und der Drehzahlerfassung konnten die Antriebs- und Bremsleistungen ermittelt werden. Für die Installation aller erforderlichen Messgeräte am Kart, kommt eine eigens für diesen Zweck konstruierte Messgeräteaufnahme zum Einsatz.

Radleistungsmessung im Fahrversuch
Peugeot 106

Die Drehmomentmessung erfolgte über einen Dehnungsmessstreifen (DMS) und wurde mit Hilfe der Telemetrie an den Messwertverstärker übertragen. Die Wellendrehzahl wurde mit Hilfe eines Reed-Sensors (Prinzip Fahrradtacho) gemessen. Dazu wurde der Sensor am Achsträger angebracht und maß den Vorbeilauf der vier (alle 90°) angebrachten Magneten auf dem Gleichlaufgelenk. Der Messwertverstärker übertrug dann die Sensordaten an einen angeschlossenen Laptop.

Die aus den Messwerten erstellten Kurven ließen ein Zählen der Zündungen des Motors zu und konnten eindeutig bestimmten Fahrsituationen (Schaltpausen, Durchdrehen der Räder, Schubbetrieb…) zugeordnet werden. Die maximale Torsionsspannung der Antriebswelle von 214 N/mm² lag über den erwarteten Werten.

Drehzahlsensor
Drehzahlsensor

Tiefeinsteiger

Beanspruchungsmessungen an einem Tiefeinsteiger während der Fahrt.

Inhalt der Projektarbeit:

  • DMS-Applikation (Biegung / Zug Druck)
  • Telemetrie
  • Betriebsfestigkeitsuntersuchungen
  • Lastkollektive
  • Berechnungen
  • Starrkörper Berechnung
  • FEM-Analyse
  • Abweichungsanalyse
DMS-Messstellen
DMS-Messstellen
FEM-Modell
FEM-Modell
Ersatzmodell
Ersatzmodell

Traverse

Spannungsanalyse an einer unterschiedlich angeschlagenen Traverse. Die Anschlagpunkte für Lastaufnahme und Anschlagkette sind variabel.

  • Anschlagketten (nicht lehrenhaltig) DIN 5887 Güteklassen, Anschlagwinkel, Belastungsfaktor
  • Vergleichende Untersuchung der unterschiedlichen Verfahren zur Messung von Zug, Druckspannungen mittels DMS
  • Einfluss des Anschlagwinkels auf die Beanspruchung der Traverse und der Kette
  • CAD-Modellierung und FEM-Analyse
  • Einfluss des exzentrischen Lastangriffes (bedingt durch Lage der Lasthaken) auf die gemessenen Spannungen (Messung, FEM-Analyse)
  • Erstellung von Lastkollektiven für simulierte Betriebszustände
  • Modalanalyse (Eigenschwingungen in Abhängigkeit von den Anschlagpunkten)
Traverse FEM-Analyse
Traverse FEM-Analyse

Waschmaschine - Lagerlasten
Indirekte Ermittlung von Lagerlasten an einer Waschmaschine ausgehend vom Unwuchtzustand der Wäschetrommel bzw. Biegemoment der Trommelwelle.

Die Unwuchtermittlung erfolgt nach dem Einflusskoeffizientenverfahren

  • Unwuchtbestimmung in drei Läufen
  • Weg- bzw. Beschleunigungen des Laugenbehälters werden über Einflusskoeffizienten mit den komplementären Unwuchten zweier Ebenen in Beziehung gebracht.

Die Erfassung des resultierenden Biegemoment erfolgt über DMS-Applikation

  • Dehnungsmessstreifen befinden sich zwischen den Lagersitzen der fliegenden Lagerung.
  • Mit zwei Halbbrückenschaltungen wird die Wellendurchbiegung in beiden Querachsen erfasst
  • Die Messsignale werden über ein Telemtriesystem an den Messverstärker geführt.
  • Überprüfung des analytischen Ersatzmodells und des Spannungsverlaufes an der DMS-Messstelle mittels strukturmechanischer Analyse (FEM)
Trommelwellen-DMS-Applikation
Trommelwellen-DMS-Applikation
Ersatzmodell
Ersatzmodell
Wuchtebenen
Wuchtebenen
Waschmaschine
Waschmaschine

Windenergieanlage (WEA)

Anlass zu dieser Untersuchung waren Schäden an den Fundamenten realer WEAn. Diese führten in der Vergangenheit und Gegenwart teilweise zu kompletten Umstürzen.

Der Modell-Turm besteht aus einem Stahlrohr, welches über vier Stützen auf einer Bodenplatte befestigt ist. Die Stützen leiten die Kraft über Hülsen, auf denen Dehnmessstreifen aufgebracht sind in die Bodenplatte ein. Durch diese Konstruktion können die Druck‑ und Zugkräfte, welche auf das Fundament wirken, gemessen werden. Die Gondel des WEA-Modells ist drehbar auf dem Stahlrohr gelagert, so dass eine Rotation der Gondel ermöglicht wird. Die Rotationsbewegung wird dabei über einen Azimutmotor, der die Rotationsbewegung über ein Kettengetriebe weiterleitet, übertragen. Die Rotationsbewegung des Windrades wird über einen zweiten Motor, der sich ebenfalls in der Gondel der Anlage befindet, gesteuert.

Schwerpunkte der Untersuchung:

  • Ermittelung der Eigenfrequenzen des Triebstanges.
  • Berechnung der Massenträgheitsmomente um die drei Bewegungsachsen für die Kipp-, Nick- und Gierschwingung.
  • Beurteilung der Schwingungen nach VDI 3834. Um Aufschluss über kritische Drehzahlen zu erhalten wird als zusammenfassender Überblick ein Campbell-Diagramm (Resonanzschaubild) erstellt.
  • Beanspruchungsmessungen aus Notstop und Kreiseleffekt.
  • Vergleich der Fundamentlasten des WEA-Modells im Labor für Förder‑ und Getriebetechnik mit realen Windkraftanlagen. 
DMS-Messung: Zug, Druck, Biegung, Torsion
DMS-Messung: Zug, Druck, Biegung, Torsion
WEA-Skizze
WEA-Skizze

Brückenkran im Produktionslabor

  • Auslegung der fördertechnischen Elemente: Seil, Laufräder, Kranbrücke, Hubmotor, Bremsen
  • Optische Verformungsmessung der Kranbrücke
  • Ermittlung des Biegespannungsverlaufes mittels DMS und analytisch
  • CAD-Modellierung
  • FEM Analyse
  • Betriebsfestigkeituntersuchung und Lastkollektivbildung
  • Ermittlung von Steifigkeit / Masse und Dämpfungsgrad
  • Modalanalyse: mit und ohne Last

Einträger-Hängekran

Nachweis der Betriebsfestigkeiten von Brückenträger, Seil, Befestigungsbolzen der Kranbahn, Hubmotor und Laufräder unter dynamischer Beanspruchung. Hauptspannungsanalyse an unsymmetrischen Querschnittsprofilen und Querschnittsverengungen des geschweissten Profil-Brückenträgers. Bestimmen von Steifigkeit und Eigenfrequenz (Modalanalyse) mit und ohne Last. Zusätzlich zur DMS-Messung wird die Kranbrückendurchbiegung mit dem Theodolit ermittelt.

Abweichungsanalyse von:

  • gemessenen DMS-Werten
  • analytische ermittelte Werte
  • FEM-Werten aus dem modellierten Rechenmodell
  • Theodolitmessung
Befestigungsbolzen der Kranbahn
Befestigungsbolzen der Kranbahn
Einträger-Hängekran
Einträger-Hängekran
Laufrad des Katzfahrwerk
Laufrad des Katzfahrwerk