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Herzlich Willkommen
„Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA“
6. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen07.November 2011, World Conference Center [email protected]
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Hochschule Bochum - Bochum University of Applied Sciences
Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I 07.11.2011 2
Blue Box
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BE
D1D2
D3Campus Hochschule Bochum
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Hochschule Bochum - Zahlen (Stand 2010)Studierende 4.912Frauen 1.309Ausländer/-innen 803Neuanfänger WS10/11 1.331Absolvent(inn)en 2010 863
Mitarbeiter (VZÄ)Professoren 118Wissenschaftliche 62Verwaltung &Technik 118
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FB A ArchitekturFB B BauingenieurwesenFB V Vermessungswesen und Geoinformatik
CC Construction
FB E Elektrotechnik und InformatikFB E+M Mechatronik-Zentrum NRWFB M Mechatronik und Maschinenbau
CC Engineering
FB W Wirtschaft CC Business
IZK Institut für zukunftsorientierte Kompetenzentwicklung
DVZ Datenverarbeitung, Medien, Bibliothek, ...Service
Fachbereiche / Studiengänge CC - Kompetenzzentren
Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I 07.11.2011 4
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Zur Person Stefan Binder
Stefan Binder
Wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fachbereichs M am Institut für CAD/CAE Lehrbeauftragter für die Lehrveranstaltungen
CAE/FEM mit CATIA V5 R19 (Studiengang Bachelor Maschinenbau) CAD für Mechatroniker (Studiengang Master Mechatronik) CAE/FEM für Mechatroniker (Studiengang Master Mechatronik) CAD im PLM Umfeld (Studiengang Master CAE) CAE/FEM-Systeme und Anwendung (Studiengang Master CAE)
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Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA
Fallbeispiel 1:Strukturoptimierung Gussgehäuses eines Multikanal-Impulsgebers
Fallbeispiel 2:Optimierung thermischer und mechanischer Eigenschaften eines Pumpengehäuses unter Berücksichtigung des Fertigungsverfahren Laserstrahlschmelzen
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Impulsgeber
Abschlussarbeit vonHerrn Phillip Limbach
Pumpengehäuse
Abschlussarbeit vonHerrn Nicolas Hoppe
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Fallbeispiel 1:Motivation des Entwicklungspartners
Entwicklung eines neuen Impulsgebergehäuses mithilfe des Verfahrens der Topologieoptimierung
Zielsetzung: Reduzierung der Herstellungskosten
Herstellung mittels gusstechnischer Fertigung
Gewichtsreduktion zur Verringerung auftretender Beschleunigungskräfte
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ursprüngliches Gehäuse und Neukonstruktion
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Fallbeispiel 1:Ablauf der Neukonstruktion
FE-Analyse des Ist Zustandes mit CATIA V5 nach Kundenvorgaben
Definition des Bauraums zur Topologieoptimierung durch HyperShape/CATIA
Topologieoptimierung durch HyperShape/CATIA mit Fertigungsrestriktion
Umsetzung des Designvorschlages
FE-Analyse der Neukonstruktion
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Ablauf der Neukonstruktion
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Fallbeispiel 1:Vergleich Alt- und Neukonstruktion
Zahlen 27% Volumen-, bzw.
Gewichtseinsparung Reduzierung des
Gesamtmaterialverbrauchs um 86%
10% weniger Spannungen im Bauteil
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Vergleich des ursprünglichen Gehäuses (orange) mit der Neukonstruktion (grün)
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Fallbeispiel 2:Motivation des Entwicklungspartners
Pumpengehäuse optimal an den Fertigungsprozess des Laserstrahlschmelzens anpassen Neukonstruktion der Kühlkreisläufe Neukonstruktion des Pumpengehäuses
– Volumenreduzierung– Reduzierung der Bauteile
Kühlleistung und Festigkeit des Gehäuses nachweisen
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Musterteil Laserteilschmelzen mit innenliegenden Kanälen
Existierendes Pumpengehäuse
Ziel: funktionsfähiger, physikalischer Prototyp
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Fallbeispiel 2:Ablauf der Neukonstruktion
Analyse des Ist-Zustands Neukonstruktion der
Kühlkreisläufe Topologieoptimierung des
Pumpengehäuses Neukonstruktion des
Pumpengehäuses Analyse der
Neukonstruktion
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Analyse der Neukonstruktion
FEM-Analyse
Neukonstruktion des Gehäuses für den Laserstrahlschmelzprozess
CAD Modell
Topologieoptimierung des Pumpengehäuses
Topologieoptimierung Interpretation des Designvorschlags
Neukonstruktion der Kühlkreisläufe
Varianten Bestimmung der Kühlleistung
Analyse Ist-Zustand
FEM-Analyse Bestimmung der Kühlleistung
OK!
nicht OK!
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Fallbeispiel 2:Bestimmung der Kühlleistung
virtueller Versuchsaufbau in SolidWorks Flow Simulation aufgenommene Leistung Temperatur Kühlmedium Vergleich mit der
Neukonstruktion
vorne IstZustand
hinten Ist Zustand
Enthalpie Differenz [W] 269,8 206
Kühlmedium Temperatur Ø [°C]
20,55 20,38Modell vorne Modell hinten
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Fallbeispiel 2:Neukonstruktion der Kühlkreisläufe
Netzkühlung vorne innenliegende Kühlkanäle
mit Abstand 2 mm bei homogener Flächenkühlung
kurzer Weg des Kühlmediums radial von innen nach außen
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Fallbeispiel 2:Neukonstruktion der Kühlkreisläufe
Kühlkreislauf rückseitig Ist:
gefräste Kühlkanäle im Abstand von 6 mm
Neu: – innenliegende Kühlkanäle
im Abstand von 2 mm bei konturnaher Kühlung
– konstanter Abstand zur Innenkontur
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Fallbeispiel 2:Temperatur Kühlmedium
Kühlmedium Temperatur Ist-Zustand Kühlmedium Temperatur Netzkühlung
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Fallbeispiel 2:Topologieoptimierung HyperShape/CATIA
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Fallbeispiel 2:Topologieoptimierung Designvorschlag
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Fallbeispiel 2: Umsetzung des Designvorschlags
CAD Modell
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Fallbeispiel 2:Finales Design
CAD Modell ausgelegt für das
Fertigungsverfahren Laserstrahlschmelzen
für die anschließende Bearbeitung optimiert
Integration der Kühlkreisläufe
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Fallbeispiel 2: Vergleich Alt- und Neukonstruktion
Zahlen Volumenreduzierung 68 % Kühlleistung > +100%
Ist Zustand vorne Neukonstruktion vorne Reduzierung Volumen [%]193,166 44,088 77,180Ist Zustand hinten Neukonstruktion hinten Reduzierung Volumen [%]373,566 136,137 63,560Ist Zustand gesamt Neukonstruktion gesamt Reduzierung Volumen [%]566,732 180,225 68,200
Materialvolumen
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Fallbeispiel 2:FE-Analyse
Bereich von Mises Spannung max. (MPa) Verformung max. (mm)Ringraum Laufrad 17,60 0,0005O – Ring Nut 14,42 0,0009Eintrittskanal 0,0015
Lastfall 25 bar max. Druck erwartungsgemäß „höhere“
Spannungen und Verformungen
weiterhin keine Funktionsbeeinträchtigung
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Q&A
22Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I 07.11.2011
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Stefan Binder
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Tel. +49 234 32-10412E-Mail: [email protected]
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23Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I 07.11.2011