Simulationsunterstützte funktionale Grenzlagenabsicherung

dc.contributorWartzack, Sandro
dc.contributorStark, Rainer
dc.contributor.advisorWartzack, Sandro
dc.contributor.authorEhlert, Matthias
dc.contributor.editorFranke, Jörg
dc.contributor.editorHanenkamp, Nico
dc.contributor.editorMerklein, Marion
dc.contributor.editorSchmidt, Michael
dc.contributor.editorWartzack, Sandro
dc.date.accessioned2020-09-14
dc.date.available2020-09-13
dc.date.created2020
dc.date.issued2020-09-14
dc.description.abstractIn addition to a classical toleration of components and assemblies Computer-Aided Tolerancing (CAT) became an indispensable engineering discipline in recent years~-- especially in the context of a series manufacturing of a product. Taking 3D geometries, resulting lever ratios, assembly sequences and various reference systems as well as statistical approaches into account, it already enables complex tolerance calculations of products that are subject to variations arising from the manufacturing process. One of the main premises for these kinds of simulations refers to the presumed rigid behavior of all contributors. As a direct consequence of that assumption this thesis describes a virtual approach, based on specified Key Product Characteristics (KPCs) that takes both elasticities and a possible non-linear system behavior in the simulation into consideration. This proceeding to include materialities and interactions between tolerance affected components increases the forecast quality of the tolerance simulation in terms of a more realistic prediction. Based on the results of a 3D tolerance analysis with a subsequent Design of Experiments (DoE to increase the simulation effort) KPC-related predicted limiting positions will be made available to finite element simulations. By including materialities and contact conditions to the chosen system, which is subject to non-linear effects, corresponding elastic limiting positions occur regarding the specified KPCs. An appropriate strategy for coupling of the rigid limiting positions with their corresponding elastic counterparts will be derived from existing research approaches. This strategy will be applied in order to enable a better prognosis for overall limiting positions. Additionally, robustness evaluations that are based on the aforementioned finite element simulations will be presented regarding the probabilistic impact of the single contributors on the characteristics of the limiting positions. Finally, correlation studies are carried out to verify the plausibility of the results of that virtual approach. Therefore, with regard to the selected demonstrator, a comparison will be made with data from an experimental test rig.en
dc.description.abstractDie simulationsunterstützte Toleranzrechnung (engl. Computer-Aided Tolerancing, CAT) hat sich neben der klassischen Bauteil- und Baugruppentolerierung in den letzten Jahren zu einer unverzichtbaren Ingenieursdisziplin entwickelt - gerade im Kontext der Serienfertigung eines Produktes. Durch eine Berücksichtigung von 3D-Geometrien, einhergehenden Hebelverhältnissen, Fügefolgen und verschiedensten (Unter-)Bezugssystemen sowie unter Einbeziehung statistischer Ansätze ermöglicht es schon jetzt komplexe Toleranzbetrachtungen von Produkten, welche im Rahmen der Fertigung unsicheren Schwankungen, sowohl aus Produktions- als auch aus Prozesssicht, unterliegen. Eine wesentliche Prämisse, die bei derartigen Simulationen zugrunde gelegt wird, bezeichnet das angenommene ideal starre Verhalten aller Beitragsleister. Als direkte Folge jener Prämisse beschreibt diese Arbeit einen virtuellen Ansatz auf Basis einer schließmaßbasierten Toleranzbetrachtung, welcher sowohl Elastizitäten als auch ein mögliches nichtlineares Systemverhalten in der Toleranzsimulation berücksichtigt. Dieses Vorgehen zur Einbeziehung von Materialitäten und Interaktionen zwischen den abweichungsbehafteten Beitragsleistern erhöht die Prognosegüte der Toleranzsimulation in Richtung einer realitätsnäheren Vorhersage. Basierend auf den Ergebnissen einer 3D-Toleranzanalyse, mit sich anschließender statistischer Versuchsplanung zur Steigerung des prozentualen Erfüllungsgrades (Verhältnis von untersuchter zu maximal möglicher Grenzlagenanzahl) bei minimalem Aufwand, werden die schließmaßbezogenen prognostizierten Grenzlagen einer Finite-Elemente-Simulation (engl. Finite Element Method, FEM) zur Verfügung gestellt. Durch Einbeziehung der Materialitäten und Kontaktrandbedingungen werden für das gewählte System, welches nichtlinearen Effekten unterliegt, korrespondierende respektive eindeutig zuordenbare elastische Grenzlagenaussagen an den betrachteten Qualitätsmerkmalen generiert. Eine geeignete Strategie zur Kopplung der starren und elastischen Grenzlagenergebnisse wird auf Grundlage bestehender Forschungsansätze abgeleitet und hinsichtlich einer Prognose korrigierter Grenzlagenaussagen angewendet. Zudem werden, basierend auf den FEM-Simulationsergebnissen, Robustheitsuntersuchungen hinsichtlich des probabilistischen Einflusses einzelner Beitragsleister auf das Grenzlagenergebnis vorgestellt. Finale Korrelationsuntersuchungen plausibilisieren die Ergebnisse des virtuellen Ansatzes durch einen Vergleich mit den Ergebnissen eines geeigneten Experiments in Bezug auf den gewählten Demonstrator.de
dc.format.extentxvi, 300 Seiten
dc.identifier.citationmb.fau.de/diss
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.25593/978-3-96147-329-8
dc.identifier.isbn978-3-96147-329-8
dc.identifier.opus-id14560
dc.identifier.urihttps://open.fau.de/handle/openfau/14560
dc.identifier.urnurn:nbn:de:bvb:29-opus4-145604
dc.language.isode
dc.publisherFAU University Press
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/deed.de
dc.subjectToleranzmanagement
dc.subjectGrenzlagen
dc.subjectFEM
dc.subjectAbsicherung
dc.subject.ddcDDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften :: 60 Technik :: 600 Technik, Technologie
dc.subject.ddcDDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften :: 62 Ingenieurwissenschaften :: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
dc.subject.ddcDDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften :: 62 Ingenieurwissenschaften :: 621 Angewandte Physik
dc.titleSimulation-supported validation of functional limiting positionsen
dc.titleSimulationsunterstützte funktionale Grenzlagenabsicherungde
dc.typedoctoralthesis
dcterms.publisherFAU University Press
local.date.accepted2019-09-06
local.notesOpusParallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-328-1
local.publisherplaceErlangen
local.sendToDnbfree*
local.series.id34
local.series.nameFAU Studien aus dem Maschinenbau
local.series.number348
local.subject.fakultaetTechnische Fakultät / Department Maschinenbau
local.subject.fakultaetTechnische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Konstruktionstechnik (KTmfk)
local.subject.gndToleranz
local.subject.gndFinite-Elemente-Methode
local.subject.gndSimulation
local.subject.gndExperiment
local.subject.gndValidierung
local.subject.gndIngenieurwissenschaften
local.subject.gndMaschinenbau
local.subject.gndProduktionstechnik
local.subject.sammlungUniversität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
local.thesis.grantorFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) Technische Fakultät
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Diss. Reihe Maschinenbau, Band 348
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