antriebstechnik 6/2016

MECHATRONIK
05 Aufsummierte Bauteilverschiebung
über die Länge des
Auswertungsvektors
06 Gegenüberstellung
Messergebnisse / Simulation
[Datenblattwerte]
In Bild 03 ist der Aufbau der drei-Komponentenprobe dargestellt.
Die Probe dient der Verifikation der Simulationsmodelle sowie
der Parameteridentifikation. Im experimentellen Versuch werden
zunächst die Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen
Werkstoffe unter Verwendung von Probenstäben bestimmt. Die
Kennwerte werden so ermittelt, dass die Einsatztemperatur der
zu berechnenden Komponente abgedeckt wird. Erstreckt sich die
Einsatztemperatur über ein großes Temperaturintervall, muss
der Versuch in mehreren Schritten durchgeführt werden. Somit
wird sichergestellt, dass Sprünge des Wärmeausdehnungskoeffizienten,
zum Beispiel durch Phasenumwandlungen, erfasst werden.
Bei den verwendeten Kunststoffen wird zusätzlich auf anisotropes
Verhalten durch Kurzfasern untersucht.
Bei den durchgeführten Versuchen wurden die Werkstoffkennwerte
für ein Temperaturintervall von T Start
= 30 °C auf T End
= 130 °C
ermittelt. Die Tabelle 2 zeigt eine Gegenüberstellung der ermittelten
Wärmeausdehnungskoeffizienten zu den Angaben aus den
Herstellerdatenblättern. Die höchsten Abweichungen zeigen sich
mit einem Fehler f > 40 % bei dem Polyethylenwerkstoff. Die Angaben
aus dem Herstellerdatenblatt beziehen sich dabei auf ein Temperaturintervall
zwischen T Start
= 23 °C und T End
= 55 °C. Auf diesem
Temperaturintervall liegt ein Fehler f > 25 % vor. Die Abweichungen
zeigen, dass eine Ermittlung der Wärmeausdehnungskoeffizienten
für die konstruktive Auslegung erforderlich ist.
Ergebnisauswertung und -darstellung
Die Auswertung der optischen Messungen wird mittels einer Bildkorrelationssoftware
vorgenommen. Dazu werden jeweils zwei
Messungen gegenübergestellt. Die Abweichungen repräsentieren
die Bauteilverschiebung. Im vorliegenden Beispiel wird eine
Referenz messung bei T 1
= 30 °C aufgenommen und einer Messung
bei T 2
= 130 °C gegenübergestellt.
Zur Ermittlung der Bauteilverschiebungen wird ein Auswertungsvektor
über die Oberfläche der Probe gelegt, wie Bild 04 zeigt.
Entlang dieses Vektors werden die Verschiebungen im Bauteil aufsummiert.
In Bild 05 ist ein Verlauf der Verschiebungen über die
Länge der Probe exemplarisch dargestellt. Dabei wird ersichtlich,
dass es zu einer Aufsummierung der Verschiebungen kommt.
Simulationsmodell und Verifikation
Das FEM-Modell wird analog zu den geometrischen Abmessungen
der drei Komponentenprobe aufgebaut und die Wärmeausdeh-
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