Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Problemdefinition

Variante 1 : Steifigkeitsuntersuchung

Variante 2 : Steifigkeitsuntersuchung

Variante 3: Verbesserung der kritischen Stellen

Optimierung basierend auf Variante 1

Validation der optimalen Bracket

Anhang

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Problemdefinition: Topologie- Optimierung einer Schaltkabel- Bracket.

Vorhanden sind:

Variante 1: Variante 1 : Ausgangsgewicht: 104 g.

Variante 2: Variante 1 mit zusätzlichen Rippen - Ausgangsgewicht: 124 g.

aus dem zugeschickten CAE Report – Referenz :

Umgebungstemperatur: 150 °C

Material: PA66 (35% GF) : E- Modul: 2800 MPa, Nu=0.35, Dichte: 1.41 g/cm³

Zulässige Spannung: 70 MPa

Elemente. Solid10

Anzahl der Elemente: > 23000 – Knoten Anzahl: > 45000

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 1 : Ausgangsgewicht:139 g. ( wegen dem 3 mm netz: normaleweise:132g)

Umgebungstemperatur: 150 °C

Material: PA66 (35% GF) : E- Modul: 2800 MPa, Nu=0.35, Dichte: 1.41 g/cm³

Elemente. Solid10

Anzahl der Elemente: 25240 – Knoten Anzahl: 50461

Element- kanten länge: 3 mm

Variante 1

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 1

Zwei Lastenfällen wurden betrachtet, jeder mit 1000 N Beanspruchung.

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 1Lastfall 1

Verschiebung- Maximale Verschiebung: 4.1 mm

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 1Lastfall 1

Vergleichsspannung von Mises- Maximale Spannung: 57.97 MPa

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 1Lastfall 2

Verschiebung- Maximale Verschiebung: 6.9 mm

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Lastfall 2Variante 1

Vergleichsspannung von Mises- Maximale Spannung: 81.22 MPa

Zwei kritische Stellen

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 1Ergebnisbewertung

Die Variante 1 besteht der ersten Lastfall mit einer maximalen Vergleichspannung von 57.97 MPa < 70, und einer maximalen Verschiebung von: 4.1 mm

Die Anforderungen an der Variante 1 wurden bei der Lastfall 2 wegen zwei kritischer Stellen nicht erfühlt. Es tritt eine Verschiebung von 6.9 mm und eine Spannung von 81.22 MPa. > 70 MPa.

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 2 : Variante 1 mit zusätzlichen Rippen: Ausgangsgewicht: 159 g.

Umgebungstemperatur: 150 °C

Material: PA66 (35% GF) : E- Modul: 2800 MPa, Nu=0.35, Dichte: 1.41 g/cm³

Elemente. Solid10

Anzahl der Elemente: 752884 – Knoten Anzahl: 179564

Variante 2

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 2

Zwei Lastenfällen wurden betrachtet, jeder mit 1000 N Beanspruchung.

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 2Lastfall 1

Verschiebung- Maximale Verschiebung: 3.06 mm

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 2Lastfall 1

Vergleichsspannung von Mises- Maximale Spannung: 66.90 MPa

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 2Lastfall 2

Verschiebung- Maximale Verschiebung: 2.93 mm

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 2Lastfall 2

Vergleichsspannung von Mises- Maximale Spannung: 84.05 MPa

Eine kritische Stelle

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 2

Die Variante 2 besteht ebenso der ersten Lastfall mit einer maximalen Vergleichspannung von 66.9 MPa < 70, und einer maximalen Verschiebung von: 3.06 mm

Die Anforderungen an der Variante 1 wurden bei der Lastfall 2 wegen einer kritischen Stellen nicht erfühlt. Es tritt eine Verschiebung von 2.93 mm und eine Spannung von 84.05 MPa. > 70 MPa.

Diese Variante löst lediglich das Problem bei der kritischen, wo die lange Rippe eingebracht wurde.

Es ist zu erwähnen dass die erste Variante war mit 3mm Kantenlänge vernetzt, die erste mit 1.5 mm- das relative grobe Netz von der Variante 1 war für die 81.22 MPa verantwortlich, ein feiner Netz der Variante 1 könnte eine Spannungswert vom über 84.05 MPa liefern.

Die Positionierung der zusätzliche Rippen am hinteren bzw. untern teil der Bracket haben keine Einfluss auf der Erhöhung der Steifigkeit an Kritischen stellen. Eine Topologie Optimierung basierend auf dieser Variante zeigt die Wichtigkeit dieser Rippen als sehr niedrig (siehe nächste Folie).

Daher wurde die Basis Variante: Variante 1 an der kritischen Stellen geometrisch geändert, als Der Ausgangszustand für die Bracket Topologie Optimierung sein.

Diese nennen wir Variante 3.

Ergebnisbewertung und Umgehensweise

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 2

Diese Bilder zeigen wie unwichtig (blaue Farbe) ist die Positionierung einiger Rippen bzw. die Höchst beanspruchte Stellen bei den beiden Lastfällen

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 2 : Variante 1 mit zusätzlichen Rippen: Ausgangsgewicht: 159 g.

Umgebungstemperatur: 150 °C

Material: PA66 (35% GF) : E- Modul: 2800 MPa, Nu=0.35, Dichte: 1.41 g/cm³

Elemente. Solid10

Anzahl der Elemente: 752884 – Knoten Anzahl: 179564

Variante 3

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Zwei Lastenfällen wurden betrachtet, jeder mit 1000 N Beanspruchung.

Variante 3Füllung

Rippe + Radius

Rippe

als Verbesserung der Variante 1

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 3Lastfall 1

Verschiebung- Maximale Verschiebung: 4.26 mm

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 3Lastfall 1

Vergleichsspannung von Mises- Maximale Spannung: 66.96 MPa

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 3Lastfall 2

Verschiebung- Maximale Verschiebung: 3.27 mm

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 3Lastfall 2

Vergleichsspannung von Mises- Maximale Spannung: 74.2 MPa

Eine kritische Stelle (4 MPa mehr)

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 3Ergebnisbewertung

Die Variante 3 besteht der ersten Lastfall mit einer maximalen Vergleichspannung von 66.96 MPa < 70, und einer maximalen Verschiebung von: 4.26 mm

Trotz der Fühlungsänderung an einer kritischen Stelle sind die Anforderungen an der Variante 1 bei der Lastfall 2 an dieser Stellen nicht erfühlt. Es tritt eine Verschiebung von 3.27 mm und eine Spannung von 74.2 MPa. > 70 MPa.

Eine Design- Lösung für diese Stelle ist Notwendig um die 4.2 MPa zu reduzieren.

Eine Topologie Optimierung wurde trotz dieser nicht erfühlte Bedingung durchgeführt.

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Variante 3- Grob Ergebnis Topologie Optimierung

Das Bild zeigt eine grobe optimale Struktur der Schaltkabel- Bracket

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Aus der grob optimalen Struktur der Bracket wurde eine optimale Bracket gebildet:

Gewicht: 89.14 g.

( 32.46 % Gewichtsreduzierung aus Variante 1: 132 g / Variante 3: 133.8 g (-33.3%))

Umgebungstemperatur: 150 °C

Material: PA66 (35% GF) : E- Modul: 2800 MPa, Nu=0.35, Dichte: 1.41 g/cm³

Elemente. Solid10

Anzahl der Elemente: 114638 – Knoten Anzahl: 198753

Optimale Bracket

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Abweichung der optimalen Struktur von der groben Strukturoptimierungs- Ergebnis

Optimale Bracket

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Optimale Bracket

Das Bild zeigt eine grobe optimale Struktur der Schaltkabel- Bracket

Zwei Lastenfällen wurden betrachtet, jeder mit 1000 N Beanspruchung.

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Verschiebung- Maximale Verschiebung: 4.65 mm

Optimale BracketLastfall 1

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Optimale Bracket

Vergleichsspannung von Mises- Maximale Spannung: 67.8 MPa

Lastfall 1

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Optimale Bracket

Verschiebung- Maximale Verschiebung: 4.31 mm

Lastfall 2

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Lastfall 2Optimale Bracket

Kritische Stelle

Vergleichsspannung von Mises- Maximale Spannung: 78.53 MPa

Eine kritische Stelle (8.53 MPa mehr.)

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Ergebnisbewertung

Die optimale Bracket besteht der ersten Lastfall mit einer maximalen Vergleichspannung von 67.8 MPa < 70, und einer maximalen Verschiebung von: 4.65 mm

Die Anforderung an der optimale Bracket bei der Lastfall 2 an der kritischen Stelle wurde wie erwartet nicht erfühlt. Es tritt eine Verschiebung von 4.31 mm und eine Spannung von 78.53 MPa. > 70 MPa. (74.2 MPa bei dem Ausgangszustand- i.e 4.3 MPa für 33.3 % Gewichtsreduzierung)

Eine Design- Lösung für diese Stelle ist Notwendig um die 8.5 überflüssige Spannung zu beheben.

Optimale Bracket

Topologie Optimierung der Schaltkabel- Bracket

Anhang

- Igs Geometrie der grob optimierte Struktur: diese dient für einen Re-Design für die Bracket.

- FE Modell für die optimierte Bracket (um die Abweichung des Modells von der Igs Geometrie zu betrachten).

- Ansprechpartner für die Zeit: 25.04 bis 05.05:Herr Chakravarthi, Aravind, für eine neue Validation der Bracket mit einer Design Lösung zur kritischen Stelle.