Der Pressverband als torsionbelastete Krafteinleitung in Faser-Kunststoff-Verbund-Wellen: Ermittlung von Konstruktionsprinzipien und Dimensionierungsrichtlinien
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Aachen
Shaker
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Inhaltsverzeichnis
Abkürzungen, Symbole, Indizes III
1 Einleitung 1
1 1 Stand der Technik 2
1 2 Zielsetzung der Arbeit 7
2 Der Pressverband mit orthotropen Fügepartnern 9
2 1 Aufbau einer FKV-Welle 9
2 2 Krafteinleitungsproblematik bei FKV-Weilen 11
2 3 Orthotropie der FKV-Welle 12
231 Einfluss von EJEe 12
232 Einfluss von GJG amp; 13
2 4 Versagensmechanismen 16
2 5 Auswirkung der Querdruck-Interaktion auf den Pressverband 17
2 6 Einfluss der Temperaturänderung auf den Fugendruck 19
2 7 Nichtlineares Werkstoffverhalten 24
3 Finite-Elemente-Modellierung des Pressverbands 27
3 1 Geometrie 28
3 2 Randbedingungen 29
3 3 Abbildung der Kontaktproblematik 30
3 4 Diskretisierung 31
341 Umgang mit den Unstetigkeitsstellen an den Enden der Trennfugen 36
342 Verwendete Diskretisierung 37
3 5 Nichtlineares Werkstoffverhalten 38
351 Auswirkung des nichtlinearen Werkstoffverhaltens auf die UD-Schicht 40
352 Auswirkung des nichtlinearen Werkstoffverhaltens auf die Bestimmungsgleichung der
AWV-Steifigkeiten 40
353 Implementierung des nichtlinearen Werkstoffverhaltens im FEM-Modell 41
3 6 Viskoelastisches Werkstoffverhalten 43
361 Implementierung der zeitabhängigen Werkstoffgesetze in das FEM-Modell 44
3 7 Festigkeitsanalyse 45
371 Implementierung Zwischenfaserbruchkriterium 47
372 Zwischenfaserbruchkörper 47
4 Elasto-statische Analyse von rotationssymmetrischen Pressverbänden 49
4 1 Trennbarkeit der Lastfälle „Verpressung“ und „Torsionsbelastung“ 53
5 Elasto-statische Analyse der Verpressung der Fügepartner 55
5 1 Rotationssymmetrische Schale unter Manteldruck 56
511 Homogene Lösung der DGL (reines Biegeproblem) 58
512 Der freie Wellenbereich als semi-infinite zylindrische Schale unter Biegung 59
5 2 Verschmieren des Krafteinleitungsbereiches des Pressverbands 61
521 Allgemeine Lösung der „verschmierten“ DGL 63
5 3 Schalenmodell des Pressverbands 67
5 4 Verifikation des analytischen Schalenmodells ! 76
6 Elasto-statische Analyse der Momentenübertragung 78
6 1 Berechnung des Schubspannungszustands in Klebverbindungen mit orthotropen
Fügepartnem 79
611 Lösungsansatz 81
6 2 Berechnung des Schubspannungszustands im ungestützten Pressverband mit orthotropen
Fügepartnem 86
621 Verifikation des Berechnungsmodells für ungestützte Pressverbände 89
u
Inhaltsverzeichnis
6 3 Berechnung des Schubspannungszustands im gestützten Pressverband mit orthotropen
Fügepartnem 92
631 „Verschmierung“ von Welle und Stützring 93
632 Berücksichtigung eines Stützrings in der Analytik 95
633 Lösungsansatz 99
634 Berechnungsverfahren für gestützte Pressverbände 105
635 Verifikation des Berechnungsverfahrens 108
7 Anwendung der analytischen Berechnungsverfahren 110
7 1 Dickwaridigkeit bei orthotropen Fügepartnem 116
8 Der Einpressvorgang beim Längspressverband mit FKV-Fiigepartner 117
8 1 Verlauf der Einpresskraft 117
8 2 Verlauf des Fugendrucks 118
8 3 Maßnahmen zur Realisierung hoher mittlerer Fugendrücke 119
831 Temporäre Reduktion des Reibwerts /4r durch Schmierung 121
832 Reduktion der Fugendruckspitze am Beginn des Einpressens 128
8 4 Der Kegelpressverband 131
8 5 Korrelation der Einpresskraft mit dem Durchrutschmoment 132
9 Maßnahmen zur Steigerung der Belastbarkeit des Pressverbands 135
9 1 Einfluss des Stützrings 135
9 2 Einfluss des verlängerten Stützrings 139
9 3 Einfluss des Laminataufbaus der FKV-Welle 142
9 4 Einfluss zusätzlichen Klebens (hybrides Fügen) 150
9 5 Geometrieoptimierung der Fügepartner 152
9 6 Reibwertsteigerung durch Mikroverzahnung 155
10 Der Pressverband unter Belastung 156
10 1 Schwingfestigkeit des Pressverbands 156
10 2 Einfluss des Durchrutschens auf das übertragbare Torsionsmoment 159
10 3 Spanend nachbearbeitete Fügeflächen der FKV-Welle unter Schwingbelastung 161
10 4 Fugendruckverlust in Abhängigkeit der Zeit 162
10 4 1 Glatte Nabe 162
10 4 2 Mikroverzahnte Nabe 165
11 Auslegungs- und Konstruktionshinweise 168
11 1 Das Einpressen der Fügepartner 168
11 2 Betriebsbelastung durch das Torsionsmoment 171
11 3 Temperaturbelastungen 173
11 4 Langzeitverhalten der Pressverbands 175
12 Zusammenfassung 176
12 1 Ausblick 179
13 Literaturverzeichnis 181
14 ANHANG 189
14 1 Transformationsgesetze 189
14 2 Bestimmung der globalen Steifigkeiten des AWV aus den lokalen Steifigkeiten der UD-
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