TI.04.22 Ontwerpen van dunne plaat producten en de ... - Induteq

De spanning rondom de bovenste montagegaten (zie figuur30) is dankzij het contact behoorlijk kleiner geworden.Het maximale spanningniveau wordt daarom nietlanger in de achterwand bereikt, maar in de bodem middentussen de verstijvers. Het niveau is iets hoger dan50 N/mm 2 en voldoet daarmee ook aan de ontwerpeisen.Ook voor belasting II (zie § 8.1.2) wordt aan de ontwerpeisenvoldaan. figuur 33 geeft aan dat de voorwandslechts 0,4 mm naar voren komt.8.1.6 Conclusie en opmerkingenZoals het voorbeeld aangeeft is EEM een effectief hulpmiddelom in een vroeg stadium te bepalen of een conceptaan de mechanische ontwerpeisen voldoet.De berekeningen aan de houder zijn zeer gevoelig voorfouten in de elementverdeling.Voor eenvoudige vormen, zoals hier besproken, is deEEM-software flexibel genoeg om direct veranderingendoor te voeren, zonder dat eerst een nieuwe CAD-filewordt gemaakt.Het verwaarlozen van contact tussen plaatdelen kanleiden tot afwijkingen van meer dan 10% (zie verschiltussen geval C en D). Zelfs voor deze betrekkelijk eenvoudigeconstructie is daarom toch een niet-lineaire berekeningnodig.Opmerking: Voor het definitief ontwerp dient de berekeningeigenlijk nog herhaald te worden met een fijnereelementverdeling om een eventueel effect hiervan op deresultaten vast te stellen.De vorm van de gaten in de bodem verdient wellichtnog wat extra aandacht. Door bijvoorbeeld de randenvoldoende af te ronden, kan worden voorkomen dat lokaaleen te hoge spanning ontstaat. Ook hierbij kunnenEEM berekeningen uitkomst bieden.Als indicatie wordt vermeld, dat voor deze berekeningenin totaal ca. 20 manuren zijn gebruikt. Deze tijd lijktzonder meer gerechtvaardigd, gezien de mogelijke tijdsbesparingin het keuringstraject en de tijd die een alternatieveaanpak via trial and error zou vergen.8.2 Herontwerp van een motorkapGewichtsbesparing is een belangrijk thema in de automobielindustrie.Door het aanbrengen van allerlei veiligheidsvoorzieningen,zoals airbags en verstevigingsbalkenaan de ene kant en comfort verhogende zaken als aircoen elektronica aan de andere kant, neemt het gemiddeldegewicht van auto's de laatste jaren toe. Vanuit eenoogpunt van brandstofverbruik, milieu en rijprestaties isdeze groei ongunstig. Daarom streeft men bij het ontwerpvan auto-onderdelen naar een zo klein mogelijkgewicht, zonder afbreuk te doen aan de overige eisen.Een mogelijkheid om lichter te construeren, is om materiaalmet een lager soortelijk gewicht toe te passen. Omdie reden worden steeds meer onderdelen uit bijvoorbeeldaluminium gemaakt. Afgezien van de kosten, kaneen materiaal niet zo maar worden vervangen door eenander. Een voorwaarde is dat de eigenschappen, zoalsde stijfheid en sterkte, niet te veel veranderen. Vaak isdaarom een herontwerp nodig. Als voorbeeld wordt hiereen motorkap besproken die uit aluminium in plaats vanuit staal gemaakt gaat worden. Dit voorbeeld is beschikbaargesteld door Corus Research & Development.Voor de duidelijkheid eerst het volgende. Een motorkapis opgebouwd uit 2 delen: een gladde buitenplaat diehet uiterlijk bepaalt en een raamwerk aan de onderzijdedat voor de stevigheid zorgt. De 2 delen worden meestalaan elkaar gefelst en met kit verlijmd.De eisen die aan het herontwerp van de motorkap wordengesteld zijn: een vermindering van de totale massa met ca. 50%; een ongewijzigde torsie- en buigstijfheid; een identieke buitenzijde; een ongewijzigde randcontour van het binnendeel(aansluiting op carrosserie); zelfde deukweerstand.De laatste eis hangt niet zo zeer samen met de constructie,als wel met de eigenschappen van het te gebruikenplaatmateriaal. Dit aspect zal hier daarom verder onbesprokenblijven. De aandacht wordt verder vooral gerichtop de stijfheid van de constructie en de simulatie daarvanmet behulp van EEM.Om te beginnen worden de buig- en torsiestijfheid vanhet oorspronkelijke ontwerp uit staal via EEM berekend.Uit een vergelijking met metingen kan dan blijken of hetEEM-model correct is en voldoende nauwkeurig. Bij voldoendevertrouwen en na eventuele aanpassingen, kunnendan vervolgens andere ontwerpen worden gesimuleerd.Op het eerste gezicht kan het simuleren van een bestaandontwerp of product overbodig lijken. Toch is dit in veelpraktijkgevallen een zinvolle eerste stap om de bruikbaarheidvan een EEM-model te toetsen en fouten uit tesluiten. Wat hierbij helpt, is dat van een bestaand productvaak veel informatie beschikbaar is, die ter controlekan worden gebruikt.De gebruikte meetopstelling is te zien in figuur 34. Eenvergelijking tussen de resultaten van de metingen en deEEM-berekeningen is te vinden in figuur 35. De overeenkomstis goed te noemen, tenminste als een foutenmargevan ca. 10% wordt toegepast, wat niet ongebruikelijkis in dit type werk.De definitie van de buig- en torsiestijfheid van de motorkapis weergegeven in figuur 34. De driehoekjes gevende punten aan, waar de constructie wordt ondersteund,de cirkeltjes de plaatsen waar de motorkap wordt ingedrukt.De kracht die hiervoor nodig is, gedeeld door deverplaatsing levert de stijfheid (in N/mm).torsiebuigingfiguur 34 Meetopstelling (links) en definitie van de torsieenbuigstijfheid van de motorkap (rechts)figuur 35 Gemeten en gesimuleerde eigenschappen vaneen bestaande motorkap uit staal (blauw) ensimulatieresultaten (groen) voor het eersteontwerp uit aluminium14 Ontwerpen van dunne plaat producten en de Eindige Elementen Methode (TI.04.22)