FEM-Berechnung der Papierbrücke „Klumpi“

Christian DresbachWPF FEM WS 03/04

C. Dresbach, 9002052 2

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

Aufgabestellung FEM-Berechnung der Papierbrücke „Klumpi“ aus dem

Wahlfach „Leichtbau“ (SS `03)

Fmax = 837,6N

m = 420g

Konstruiert & Erbaut von

- Christiane Olry

- Gerrit Müller

- Christian Dresbach

C. Dresbach, 9002052 3

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

Aufgabestellung FEM-Berechnung der Papierbrücke „Klumpi“ aus dem

Wahlfach „Leichtbau“ (SS `03)

Fmax = 837,6N

m = 420g

Konstruiert & Erbaut von

- Christiane Olry

- Gerrit Müller

- Christian Dresbach

C. Dresbach, 9002052 4

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

FE-ModellGeometriemodell

• 600mm lang, 100mm breit, 210mm hoch

• Innere Verstärkungen

• unterschiedlichen Dicken der Flächen (1mm, 2mm, 3mm)

• definieren der Keypoints

• erstellen von Linien

• Flächen über Linien definieren

C. Dresbach, 9002052 5

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

FE-ModellModell & Vernetzung

• lineares Schalenelement (Shell 63)

• Elementgröße Global = 10

• Elementgröße vorderer Bereich = 5

• Dicke Global = 1

• Jede zweite Fläche in Ober- und Unterplatte, sowie den Seitenflächen: d=2

• vorderer Bereich der Unterplatte und mittlere Fläche im Dreieck: d=3

• 15.000 Knoten

C. Dresbach, 9002052 6

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

FE-ModellMaterialparameter

• Pappe

• E = 1.715MPa

• Rm=33MPa

• ν = 0.3

• „quasi-lineares Materialverhalten“

C. Dresbach, 9002052 7

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

FE-ModellSymmetrie, Festhaltungen &

Lasten

• Symmetrie zur y/z-Ebene

• ux=0 in y/z-Ebene

• All DOF am Fuß

• uy=0 am unteren Fahrbahnende

• Druck von 0,1MPa auf vorderen Flächen

C. Dresbach, 9002052 8

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

Ergebnisselinear-elastische Rechnung

Spannungen auf der Oberseite

C. Dresbach, 9002052 9

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

Ergebnisselinear-elastische Rechnung

Maximale Spannungen an der Unterseite

C. Dresbach, 9002052 10

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

Ergebnisselinear-elastische Rechnung

Maximale Spannungen an der Unterseite

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FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

ErgebnisseBeulrechnung

Set 1, Freq. = 3.6

C. Dresbach, 9002052 12

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

ErgebnisseBeulrechnung

Set 2, Freq. = 3.8

C. Dresbach, 9002052 13

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

ErgebnisseBeulrechnung

Set 3, Freq. = 4.1

C. Dresbach, 9002052 14

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

ErgebnisseBeulrechnung

Set 4, Freq. = 5.6

C. Dresbach, 9002052 15

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

ErgebnisseBeulrechnung

Set 5, Freq. = 5.7

C. Dresbach, 9002052 16

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

ErgebnisseBeulrechnung

Set 6, Freq. = 6.2

C. Dresbach, 9002052 17

FachbereichAngewandte Naturwissenschaften

Bewertung

• Qualitative Aussage stimmt mit Beobachtungen überein

• Modell ist zur Schwachstellen-analyse bestens geeignet

• durch Verstärkung der aufgezeigten Bereiche ist eine Erhöhung der spezifische Tragfähigkeit möglich