In der vorliegenden Arbeit werden hypersinguläre Randelementmethoden für stationäre
dynamische Rissprobleme in ebenen, intelligenten Werkstoffen vorgestellt.
Dabei werden allgemeine Risskonfigurationen innerhalb homogener Gebiete und in Grenzflächen
zwischen homogenen Gebieten mit unterschiedlichen Materialkonstanten betrachtet.
Für die räumliche Diskretisierung wird die Galerkin-Methode implementiert. Im Gegensatz
dazu werden verschiedene zeitliche Diskretisierungsverfahren verwendet und miteinander
verglichen.
Zur Verifizierung der entwickelten Randelementmethoden werden diese auf verschiedene
Risskonfigurationen in unendlichen und endlichen Gebieten angewendet.
Es zeigt sich, dass bei sorgfältiger Auswertung der Randintegrale trotz der mathematisch
komplizierten Fundamentallösungen die Randelementmethoden sehr effizient sind. Die
Ergebnisse weisen eine sehr gute Übereinstimmung mit Referenzlösungen auf.
Aktualisiert: 2020-01-28
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Sizing of ball screws according to ISO-standard is strongly related to the sizing of roller bearings and focuses on their (until now) main usage in the feed axis of machine tools. Due to their high efficiency, the field of applications of ball screws extends into classical hydraulic piston applications. In combination with an electric motor and a gearbox the ball screws of these so called electromechanical actuators (EMAs) are faced with load and motion profiles, that are not yet considered by standard sizing approaches. In particular, these conditions are oscillating or intermitting motions instead of continuous strokes or revolutions, highly frequent applied loads at (nearly) standstill and extreme temperature ranges. A challenging
application in this context is the primary flight control system of a helicopter, represented by the swash plate actuation system. A failure of this system is life threatening for the passengers. Therefore, a reliable sizing of the used ball screws is mandatory. The comparison of the required sizing tools with those delivered by given standards and available literature shows a lack concerning a rating life or modified rating life calculation, the general wear behaviour and the evaluation of special risks like the occurrence of False Brinelling. The longitudinal section of a ball screw shows the similarity of its internal geometry to a complete bearing represented by a set of angular contact ball bearings or four point contact ball bearings. For that reason, on the one hand approaches of bearing sizing focusing on oscillating motions or the wear behaviour along the raceway can easily be adopted. On the other hand, the inevitable necessary recirculation system and the helix geometry of the ball chain results in an internal load distribution that cannot be described by analytical approaches, yet. Also, the used materials can vary from common bearing steel. Based on bearing literature and standards the established sizing of ball screws can be modified into a new sizing approach. After checking criterions for minimum load, maximum load and the avoidance of wear (especially False Brinelling), a modified rating life calculation can be executed. Since real motion profiles are only seldom describable by a single sinusoidal signal, a more general approach is introduced considering an equivalent load and a stochastic positioning signal. Furthermore, a method is shown that enables a modified rating life calculation taking lubrication conditions into account. Finally, the special motion behaviour and load distribution within the ball screw is the starting point for advanced calculation approaches considering strokes, recirculation
systems and single loads on balls. In contrast to established sizing approaches the last aspect requires load distribution information of a FEM simulation. For proving the derived approaches, tests focusing on endurance were performed to validate fatigue life. Furthermore, the wear behaviour of different recirculation systems and ball screw materials was investigated. Finally, False Brinelling tests varying the choice of material and lubricant were performed to prove the resistance of the ball screw at standstill. During endurance testing seven out of seven specimens reached the calculated number of oscillations. This means that the calculation approach is valid for 90 % of a large number of identical ball screws at the same loading, which is commonly known as L10-life. Wear tests performed with similar ball screws at very small oscillating motions showed that tube recirculations withstand longer severe wear conditions than internal recirculations realized by crossover inlays. Within the tests the impact of the recirculation design seems to be stronger than the raceway material which was represented by a highly wear resistant nitrogen bearing steel and a common bearing steel.
False Brinelling tests showed that aeronautic standard grease is more capable to avoid standstill marks than a common „bad reference“ industrial grease. The usage of ceramic balls instead of steel balls can make a positive contribution as well. However, highly wear resistant nitrogen raceway-steel showed no benefits. Based on the new approaches and the validation tests a ball screw can be designed that fulfils the requirements of the primary flight control system of a helicopter.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Durch die lokale Anpassung der mechanischen Eigenschaften entsprechend ihrer Anforderungen ist bei Karosseriekomponenten eine Blechdicken- und somit Massenreduzierung bei gleichzeitig besserem Insassenschutz möglich. Zwischen den belastungsangepassten Bereichen entstehen Übergangszonen mit Eigenschaften, über deren Verformungsverhalten bisher nur begrenztes Verständnis vorliegt. Im Rahmen dieser Dissertationsarbeit wurde das Verformungsverhalten der Übergangszonen von partiell abgekühlten sowie partiell austenitisierten Strukturen bei hohen Dehnraten und mehrachsiger Beanspruchung untersucht. Unter Berücksichtigung der erzielten Ergebnisse können zukünftig mittels Bauteil- und Gesamtfahrzeugsimulationen Empfehlungen für die optimale Gestaltung von Übergangszonen zur Verbesserung des Verformungsverhaltens des gesamten Bauteils abgeleitet werden.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Thermoschrumpffutter werden aufgrund ihrer hohen Haltekräfte und Rundlaufeigenschaften vorwiegend in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingesetzt. Aus der industriellen Praxis sind jedoch Fälle bekannt, bei denen es während des Zerspanprozesses zu einem axialen Herausziehen des Werkzeugs aus der Schrumpfaufnahme kommt. Die Folge dieses Phänomens sind kostenintensive Schäden am Werkstück und in einigen Fällen auch der Spindel. Zudem besteht für das Personal im Falle eines Werkzeugbruches die Gefahr, von Splittern verletzt zu werden. Um die Ursache dieses Phänomens zu finden, werden im Rahmen dieser Arbeit zunächst Schrumpfaufnahmen aus Schadensfällen analysiert. Des Weiteren werden Thermoschrumpffutter auf einem speziellen Versuchsstand unter kombinierter dynamischer Belastung mit dem Ziel untersucht, die Parameter, die zum Versagen der Trennstelle führen, zu identifizieren. Die dynamischen Belastungen der Trennstelle werden zudem mit einem Berechnungsmodell des Schrumpffutter-Werkzeug-Systems unter Berücksichtigung der dynamischen Eigenschaften des Versuchsstands analysiert. Dabei zeigt sich deutlich der Einfluss dynamischer Querkraftbelastungen auf das Versagen der Trennstelle. Es wird gezeigt, dass die dynamischen Systemeigenschaften dabei eine wesentliche Rolle spielen.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines mechanischen Modells zur Beschreibung der Körperwellenausbreitung in inhomogenen Medien, insbesondere in bewehrten Verbundwerkstoffen.
Aktualisiert: 2020-09-16
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