Beitrag zur Auslegung und Gestaltung von Antriebswellen aus Faser-Kunststoff-Verbunden: Eigenfrequenz, Schlagbelastung, Crashverhalten, Torsionsbeulen, Krafteinleitung
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
2014
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| Schriftenreihe: | Schriftenreihe konstruktiver Leichtbau mit Faser-Kunststoff-Verbunden
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|---|---|
| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
SYMBOLVERZEICHNIS XI
1 EINLEITUNG 1
1.1 EINFUEHRUNG 1
1.2 ZIELSETZUNG UND GLIEDERUNG DER ARBEIT 2
2 FKV-WELLENAUSLEGUNG UND AUSLEGUNGSPHILOSOPHIEN 5
2.1 AUSLEGUNGSABLAUF UND AUSLEGUNGSKRITERIEN 5
2.1.1 ZUR BEEINFLUSSUNG UND DISKUSSION DER FESTIGKEIT EINER TORSIONS-
BELASTETEN FKV-ANTRIEBSWELLE 6
2.1.2 ZUR BEEINFLUSSUNG UND DISKUSSION DER TORSIONSSTEIFIGKEIT EINER
FKV-ANTRIEBSWELLE 8
2.1.3 AUSLEGUNG AUF DIE ERSTE BIEGEKRITISCHE EIGENFREQUENZ 9
2.1.4 AUSLEGUNG AUF DAEMPFUNGSEIGENSCHAFTEN 9
2.2 AUSLEGUNGPHILOSOPHIE 9
2.2.1 AUSLEGUNG NACH LINEARER ODER NICHT-LINEARER CLT 10
2.2.2 AUSLEGUNG NACH LINEARER ODER NICHT-LINEARER CLT MIT BESONDERER
BETRACHTUNG AUF STABILITAETSVERSAGEN 11
2.2.3 AUSLEGUNG UNTER BERUECKSICHTIGUNG VON TEMPERATURGRENZEN . . 11
2.2.4 AUSLEGUNG UNTER VERWENDUNG DES SICHERHEITSFAKTORS J 12
2.2.5 VERGLEICH DER VORGESTELLTEN AUSLEGUNGSPHILOSOPHIEN 12
3 ZUR ERHOEHUNG DER ERSTEN BIEGEKRITISCHEN EIGENFREQUENZ 15
3.1 ZUR ERSTEN BIEGEKRITISCHEN EIGENFREQUENZ VON FKV-ANTRIEBSWELLEN . .
15
3.2 LOKALE DURCHMESSERAENDERUNG DER FKV-ANTRIEBSWELLE 17
3.3 ZUR GESTALTUNG DES UEBERGANGSBEREICHS VON FKV-ANTRIEBSWELLEN MIT
DURCHMESSERVERAENDERUNG 18
3.3.1 EINFUEHRUNG IN DIE HERSTELLUNG ROTATIONSSYMMETRISCHER BAUTEILE
IM WICKELVERFAHREN MIT UNTERSCHIEDLICHEN DURCHMESSERN .... 18
3.3.2 KONSTRUKTIVE GESTALTUNG DES UBERGANGSBEREICHS 19
V
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INHALTSVERZEICHNIS
3.4 MOEGLICHE BAUWEISEN FUER FKV-WELLEN MIT DURCHMESSERAENDERUNGEN . . 21
3.4.1 SCHAUMKERNBAUWEISE 21
3.4.2 MODULBAUWEISE 23
3.5 AUSLEGUNGSBEISPIELE FUER DIE VERSCHIEDENEN BAUWEISEN 24
3.5.1 NACHWEISFUEHRUNG SCHAUMKERNBAUWEISE 26
3.5.2 NACHWEISFUEHRUNG MODULBAUWEISE 30
3.5.3 ERGEBNISSE UND VERGLEICH DER BAUWEISEN 32
3.5.4 HERSTELLUNG DER VERSCHIEDENEN BAUWEISEN 34
3.5.5 STATISCHER TORSIONSGEWALTTEST DER BAUWEISEN 36
3.5.6 BEWERTUNG DER GEPRUEFTEN BAUWEISEN 37
3.6 GESTALTUNGSHINWEISE UND AUSBLICK 38
ZUR GESTALTUNG UND INTEGRATION EINES CRASHSYSTEMS IN FKV-AN-
TRIEBSWELLEN 41
4.1 AKTUELLER STAND VON CRASHSYSTEMEN FUER ANTRIEBSWELLEN 41
4.2 ZUR GESTALTUNG UND DIMENSIONIERUNG EINES CRASHELEMENTS FUER FKV-
ANTRIEBSWELLEN 45
4.2.1 AUFBAU UND GEOMETRIE EINES NEUEN CRASHELEMENTS 46
4.2.2 GLOBALES VERSAGENSPRINZIP DES CRASHELEMENTS 47
4.2.3 ZUR GESTALTUNG DES VERSAGENSBEREICHS 48
4.2.4 BEANSPRUCHUNG EINER FKV-ANTRIEBSWELLE DURCH DAS INTEGRIERTE
CRASHSYSTEM 50
4.3 ZUR FERTIGUNG EINER FKV-ANTRIEBSWELLE MIT CRASHELEMENT 54
4.3.1 FERTIGUNG DES CRASHELEMENTS MITTELS SILIKONKAUTSCHUK-EINLEGER 56
4.3.2 FERTIGUNG DES CRASHELEMENTS MIT POLYURETHANSCHAUM-EINLEGER 57
4.4 AUSWIRKUNG DES CRASHELEMENTS AUF DAS STABILITAETSVERSAGEN 58
4.4.1 EINFLUSS DER POSITION DES CRASHELEMENTS IN DER FKV-ANTRIEBSWELLE
AUF DAS STABILITAETSVERSAGEN DURCH TORSIONSBEULEN 58
4.4.2 EINFLUSS DER POSITION DES CRASHELEMENTS MIT SCHAUMRINGKONTUR
IN DER FKV-ANTRIEBSWELLE 61
4.4.3 ABSENKUNGS-VERMINDERUNG DES KRITISCHEN TORSIONSBEULMOMENTS
DURCH EIN LAMINAT IN SANDWICHBAUWEISE 61
4.5 AUSWIRKUNG DES CRASHELEMENTS AUF DIE ERSTE BIEGEKRITISCHE
EIGENFREQUENZ 62
4.5.1 ABSINKEN DER ERSTE BIEGEKRITISCHEN EIGENFREQUENZ BEZOGEN AUF
DIE LAGE DES CRASHELEMENTS IN DER FKV-ANTRIEBSWELLE 63
4.5.2 EINFLUSS DES PU-HARTSCHAUMS AUF DIE ERSTE BIEGEKRITISCHE EIGEN
FREQUENZ EINER FKV-ANTRIEBSWELLE MIT CRASHELEMENT 64
4.5.3 EINFLUSS DER SANDWICHBAUWEISE AUF DIE ERSTE BIEGEKRITISCHE EI
GENFREQUENZ EINER FKV-ANTRIEBSWELLE 65
INHALTSVERZEICHNIS
VII
4.6 AUSWIRKUNGEN EINER UNWUCHTERREGTEN LAST AUF DIE FKV-ANTRIEBSWELLE
MIT CRASHELEMENT 66
4.7 ENERGIEDISSIPATION DES CRASHELEMENTS 68
4.7.1 ANPASSUNG DER DURCHMESSER DER FKV-ANTRIEBSWELLE UND DES
CRASHELEMENTS ZUR DEFINIERTEN ENERGIEDISSIPATION 68
4.7.2 VERWENDUNG EINES HARTSCHAUMKERNS UND VERAENDERUNG DER HART-
SCHAUMKERNROHDICHTE ZUR ENERGIEDISSIPATION 69
4.7.3 VERWENDUNG DES STUETZRINGS UND UMFANGSSCHICHTEN AM CRASH
ELEMENT ZUR ENERGIEDISSIPATION 71
4.8 EXPERIMENTELLE NACHWEISFUEHRUNG DER FUNKTIONSTUECHTIGKEIT DES CRASH
ELEMENTS UND NUMERISCHER VERGLEICH : . . . . 73
4.8.1 DER VERSAGENSBEREICH UNTER QUASISTATISCHER DRUCKKRAFT 74
4.8.2 DER VERJUENGUNGSBEREICH UNTER QUASISTATISCHER DRUCKKRAFT ... 75
4.8.3 ENERGIEDISSIPATION IM CRASHELEMENT MIT PU-HARTSCHAUM .... 76
4.8.4 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE BEZUEGLICH DES CRASHELEMENTS
UNTER QUASISTATISCHER DRUCKKRAFT 79
4.9 DYNAMISCHER CRASHVERSUCH DES VERSAGENSBEREICHS AN CFK-ANTRIEBSWELLEN
79
4.9.1 VERSUCHSAUFBAU DES DYNAMISCHEN FALLTURMVERSUCHS AN CFK-PROBE
KOERPERN 79
4.9.2 ERGEBNISSE UND AUSWERTUNG DES DYNAMISCHEN FALLTURMVERSUCHS
ZUM BRUCH- UND ENERGIEDISSIPATIONSVERHALTEN DES CRASHELEMENTS 80
4.9.3 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE DER DYNAMISCHEN FALLTURMVER-
SUCHE 85
4.10 GESTALTUNGSHINWEISE UND AUSBLICK 85
5 SCHLAGBELASTUNG VON FKV-ANTRIEBSWELLEN 89
5.1 EINLEITUNG IN DIE SCHLAGBEANSPRUCHUNG VON FKV-STRUKTUREN UND BE
GRIFFSDEFINITIONEN 89
5.1.1 SCHLAGGESCHWINDIGKEIT 89
5.1.2 SCHAEDEN DURCH SCHLAGBELASTUNG AN FKV-STUKTUREN 90
5.1.3 CHARAKTERISTISCHE GROESSEN BEI DER SCHLAGBELASTUNG VON FKV-
STRUKTUREN 91
5.2 SCHLAGENERGIEN ZUR QUALIFIZIERUNG VON FKV-ANTRIEBSWELLEN 93
5.3 EINBRINGEN DEFINIERTER SCHLAGBELASTUNGEN IN FKV-ANTRIEBSWELLEN ...
95
5.3.1 SCHADENSENTWICKLUNG EINER SCHLAGBELASTETEN FKV-WELLE .... 96
5.3.2 REPRODUZIERBARKEIT DER SCHLAGSCHAEDEN UND VERGLEICH MIT QUASI
STATISCHEN DRUCKVERSUCHEN 98
5.3.3 EINFLUSS VON FASER UND MATRIX AUF SCHLAGSCHAEDEN VON FKV-AN
TRIEBSWELLEN 101
5.4 REPARATURVERFAHREN FUER FKV-WELLEN 104
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
5.5 TORSIONSVERSUCHE AN GESCHAEDIGTEN UND REPARIERTEN GFK-WELLEN .... 106
5.6 GESTALTUNGSHINWEISE UND AUSBLICK 109
6 STABILITAETSVERSAGEN VON FKV-ANTRIEBSWELLEN 111
6.1 CHRONOLOGISCHE ABFOLGE DER WISSENSCHAFTLICHEN ARBEITEN UEBER DAS STA
BILITAETSVERSAGEN VON TORDIERTEN ZYLINDERSCHALEN 111
6.2 MOTIVATION UND ZIELSETZUNG 114
6.3 DEFINITIONEN 116
6.3.1 ZUM BEGRIFF DES STABILITAETSVERSAGENS VON TORDIERTEN FKV-WELLEN
DURCH TORSIONSBEULEN 116
6.3.2 BEULDEFORMATION 117
6.4 DIE NAEHERUNGSBEZIEHUNG VON
S
IMITSES 117
6.5 ANALYTISCHE LOESUNGSANSAETZE ZUR BERECHNUNG DES KRITISCHEN TORSIONSMO
MENTS 120
6.5.1
LOESUNGSANSATZ VON
BERT
UND
KIM 121
6.5.2
LOESUNGSANSATZ VON
PFLUEGER
UND
FLUEGGE 122
6
.5
.3 LOESUNGSANSATZ VON
T
IMOSHENKO
UND
G
ERE 123
6.5.4 VERGLEICH EINIGER VORGESTELLTER LOESUNGSANSAETZE 125
6.6 BERECHNUNG DES KRITISCHEN TORSIONSMOMENTS MITTELS FEM 126
6.6.1 AUFBAU DES FE-A LODELLS UND RANDBEDINGUNGEN 127
6.6.2 EINBRINGEN VON GEOMETRISCHEN FMPERFEKTIONEN 128
6.6.3 WERKSTOFF-NICHTLINEARITAETEN 129
6.6.4 DISKRETISIERUNG UND KONVERGENZANALYSE 130
6.7 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG DES KRITISCHEN TORSIONSMOMENTS 131
6.7.1 KONFIGURATION DES VERSUCHSPLANS UND PROBEKOERPERHERSTELLUNG . 132
6.7.2 MESSTECHNISCHE ANORDNUNG ZUR BESTIMMUNG DES VORBEULBEGINNS
UND DETEKTIERUNG VON ZFB VOR DEM STABILITAETSVERSAGEN 133
6.8 ERGEBNISSE DER EXPERIMENTELLEN TORSIONSPRUEFUNGEN UND VERGLEICH MIT
DER NAEHERUNGSBEZIEHUNG VON
SIMITSES
, DER SCHALENTHEORIE NACH
TI
MOSHENKO
UND
GERE
UND DER FEM
136
6.9
WEITERFUEHRENDER VERGLEICH ZWISCHEN DER SCHALENTHEORIE NACH
TIMO
SHENKO
UND
GERE
UND DER HALBEMPIRISCHEN NAEHERUNGSBEZIEHUNG VON
SIMITSES 142
6.10 ZUM VORBEULBEREICH EINER TORDIERTEN FKV-WELLE 148
6.10.1 DEHNUNGSVERLAUF IN WELLENMITTE ORTHOGONAL ZUM BEULRNUSTER IM
VOR- UND NACHBEULBEREICH 148
6.10.2 VORBEULBEGINN IM VORBEULBEREICH 150
6.11 ZUR VERMEIDUNG VON FEHLERN BEI DER BERECHNUNG DES KRITISCHEN TORSI
ONSMOMENTS 152
INHALTSVERZEICHNIS
IX
6.11.1 ZUM SCHICHTWEISEN AUFBAU DER WELLE 152
6.11.2 ZUM EINFLUSS DER FERTIGUNG AUF LOKALE EIGENSCHAFTSUNTERSCHIEDE
IN DER FKV-WELLE 153
6.11.3 ZUM EINFLUSS DER IMPERFEKTIONSAMPLITUDE AUF DAS KRITISCHE TOR
SIONSMOMENT BEI DER FEM-ANALYSE 155
6.12 KONSTRUKTIVE METHODE ZUR ERHOEHUNG DES KRITISCHEN TORSIONSMOMENTS .
156
6.13 GESTALTUNGSHINWEISE UND AUSBLICK 159
7 ZUM LAENGSPRESSVERBAND ALS KRAFTEINLEITUNG IN FKV-ANTRIEBSWELLENL61
7.1 KRAFTEINLEITUNGEN IN FKV-ANTRIEBSWELLEN UND AKTUELLER STAND DER
TECH
NIK 161
7.2 ZUM LAENGSPRESSVERBAND MIT STAHLNABE 163
7.2.1 MASSNAHMEN ZUR ERHOEHUNG DES DURCHRUTSCHMOMENTS 163
7.2.2 ZUR HERSTELLUNG EINER NABE MIT LAENGSVERZAHNUNG DURCH RAEN
DELN ZUR VERWENDUNG IM LAENGSPRESSVERBAND 164
7.2.3 ZUR GEOMETRIE EINER STAHLNABE MIT LAENGSVERZAHNUNG 165
7.2.4 ZUM EINPRESSEN VON STAHLNABEN MIT LAENGSVERZAHNUNG IN FKV-
ANTRIEBSWELLEN UND QUALITAETSKONTROLLE DER LAENGSPRESSVERBAENDE 166
7.2.5 ERMITTLUNG DES FIKTIVEN REIBWERTS DER LAENGSVERZAHNTEN STAHLNA
BE BEIM EINPRESSVORGANG ZUR ERMITTLUNG DER MAXIMAL ZU ERWAR
TENDEN EINPRESSKRAFT 169
7.2.6 SPANNUNGEN UND DEHNUNGEN IM TORSIONSBELASTETEN LAENGSPRESS
VERBAND MIT LAENGSVERZAHNTER STAHLNABE 173
7.2.7 ERMITTLUNG DES HAFTREIBUNGSKOEFFIZIENTS EINES LAENGSPRESSVERBANDS
MIT LAENGSVERZAHNTER STAHLNABE 175
7.3 GRUNDLAGENVERSUCHE AM LAENGSPRESSVERBAND MIT FKV-NABE 177
7.3.1 EINFUEHRUNG IN DIE KLEBTECHNOLOGIE DES LAENGSPRESSVERBANDS . . 177
7.3.2 ERMITTLUNG DER OBERFLAECHENRAUHEIT DER LAENGSPRESS VERBAND-FUEGE-
PARTNER EINER FKV-WELLE 179
7.3.3 AUSWAHL VON KLEB- UND FUELLSTOFFEN 180
7.3.4 AUFBAU DER PROBEKOERPER UND VERSUCHSPLAN 183
7.3.5 VERRINGERUNG DER EINPRESSKRAFT DURCH VERWENDEN VON KLEB- UND
FUELLSTOFFEN ALS SCHMIERSTOFFE 185
7.3.6 ABHAENGIGKEIT DES GLEITREIBUNGSKOEFFIZIENTEN /I
2R
UND DER EIN
PRESSKRAFT
-FFEINPRESS
V
M MITTLEREN FUGENDRUCK PP,
MITTEL
188
7.3.7 FESTIGKEITSSTEIGERUNG DURCH KLEB- UND FUELLSTOFFE IM LAENGSPRESS
VERBAND 190
7.3.8 ZUM EINFLUSS DES UEBERMASSES AUF DIE FESTIGKEIT DES LAENGSPRESS
VERBANDS 193
7.3.9 FESTIGKEITSSTEIGERUNG DES LAENGSPRESSVERBANDS DURCH VERWENDUNG
DER MONTAGEFASE ALS KLEBFLAECHE 194
X
INHALTSVERZEICHNIS
7.3.10 NACHBILDEN EINER MIKROVERZAHNUNG DURCH DRAHTEINLAGEN .... 195
7.3.11 VALIDIERENDE TORSIONSVERSUCHE AN PROBEKOERPERN OHNE KLEB- UND
FUELLSTOFF, MIT KLEBSTOFF
DELO DUOPOX AD840
UND MIT MIKRO-
DRAHT IN DER FUGE 197
7.4 ZUM LAENGSPRESSVERBAND MIT CFK-NABE 200
7.4.1 AUFBAU DER PROBEKOERPER UND VERSUCHSPLAN 200
7.4.2 KRAEFTE UND DEHNUNGEN WAEHREND UND NACH DEM FUEGEVORGANG . 200
7.4.3 FESTIGKEIT UND FAIL-SAFE-VERHALTEN DES LAENGSPRESSVERBANDS MIT
CFK-NABE 204
7.5 GESTALTUNGSHINWEISE UND AUSBLICK 205
8 ZUSAMMENFASSUNG 209
A WERKSTOFFKENNWERTE 213
A.L WERKSTOFFKENNWERTE 213
B ZUM CRASHELEMENT 215
B.L UNTERSUCHTE GEOMETRIEN FUER DEN VERSAGENSBEREICH 215
B.2 GEOMETRIE DER GFK-PROBEKOERPER MIT CRASHELEMENT FUER DEN QUASISTATI
SCHEN DRUCKVERSUCH 216
B.3 GEOMETRIE DER CFK-PROBEKOERPER MIT CRASHELEMENT FUER DEN DYNAMI
SCHEN FALLTURMVERSUCH 217
LITERATURVERZEICHNIS 219
DIN-VERZEICHNIS 227
INDEX
228
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| discipline | Maschinenbau / Maschinenwesen Verkehr / Transport |
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| spelling | Dickhut, Tobias 1980- Verfasser (DE-588)1049173651 aut Beitrag zur Auslegung und Gestaltung von Antriebswellen aus Faser-Kunststoff-Verbunden Eigenfrequenz, Schlagbelastung, Crashverhalten, Torsionsbeulen, Krafteinleitung Tobias Dickhut Aachen Shaker 2014 XIV, 228 S. Ill., graph. Darst. 21 cm, 369 g txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Schriftenreihe konstruktiver Leichtbau mit Faser-Kunststoff-Verbunden Dissertation Technische Universität Darmstadt 2013 Mechanische Beanspruchung (DE-588)4196812-8 gnd rswk-swf Faserverstärkter Kunststoff (DE-588)4128805-1 gnd rswk-swf Gestaltoptimierung (DE-588)4329076-0 gnd rswk-swf Produktgestaltung (DE-588)4047340-5 gnd rswk-swf Antriebswelle (DE-588)4231007-6 gnd rswk-swf Bemessung (DE-588)4005461-5 gnd rswk-swf Fertigungsgerechte Konstruktion (DE-588)4213725-1 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Antriebswelle (DE-588)4231007-6 s Faserverstärkter Kunststoff (DE-588)4128805-1 s Mechanische Beanspruchung (DE-588)4196812-8 s Fertigungsgerechte Konstruktion (DE-588)4213725-1 s Gestaltoptimierung (DE-588)4329076-0 s Produktgestaltung (DE-588)4047340-5 s Bemessung (DE-588)4005461-5 s DE-604 Erscheint auch als Online-Ausgabe Dickhaut, Tobias Beitrag zur Auslegung und Gestaltung von Antriebswellen aus Faser-Kunststoff-Verbunden B:DE-101 application/pdf http://d-nb.info/1047076403/04 DNB Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=027577211&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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