FK 03 Fakultät für Maschinenbau, Fahrzeugtechnik, Flugzeugtechnik
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In der nachfolgenden Arbeit wird die Herangehensweise zum Erstellen eines Reglers mithilfe der H∞-Synthese beschrieben. Hierzu wird zunächst das hochelastische, aerodynamische Flugzeugmodell beschrieben und angepasst. Im Anschluss wird der Störgrößeneingang der Böe definiert. Zum Schluss wird ein berechneter Regler im geschlossenen Regelkreis analysiert und bewertet.
With the discovery of Tsai‘s Modulus as a fundamental property of composite material and the newly introduced Double-Double Laminate family, new and highly efficient methods for the design of composite laminates are available. An overview of these so-called invariant-based design methods is given. Additionally, two novel approaches are proposed for the invariant-based analysis of stability and displacement of composite panels. These methods are shown to accurately predict the field of displacement and the buckling load for Double-Double type laminates independent of material and laminate thickness. Subsequently, an optimization of layup and thickness of composite panels utilizing these methods is demonstrated. A parametric finite element model is presented, allowing the efficient analysis and optimization of Skin-Grid-Structures. Many different modeling types with varying levels of detail are considered and compared. These include complete solid modeling with layered solid elements as well as combined shell / solid modeling. Additionally, pure shell modeling is considered using pre-integrated shell sections. Both by using a smeared stiffness method and by discreetly assigning stiffness properties. An overview of the theories behind these methods is given. The model is embedded into the Composite Laminate Toolbox for MATLAB, from which the APDL input file is created and executed. A mass optimization of the design parameters is performed with respect to stiffness constraints using the surrogate optimization provided by MATLAB. The optimal solutions are compared to an unstiffened aluminium plate with equivalent stiffness. By direct comparison of the required mass, the immense lightweight potential of the Skin-Grid-Structure is demonstrated.
Zahlreiche Branchen befinden sich derzeit im Wandel, sodass die Nutzung der additiven Fertigung zunehmend attraktiver wird. Die Luft- und Raumfahrttechnik hat den Nutzen bereits erkannt und forscht an den Anwendungsmöglichkeiten. Hierbei können beispielsweise Bauteile aus Titan hergestellt werden, die hochfest und gleichzeitig ultraleicht sind. Dieses Potenzial will auch der Maschinenbau für sich nutzen, denn die derzeitige Produktion sieht folgendermaßen aus: Es werden kostspielige Kunststoffeinzelbauteile als Prototypen für mechanische Konstruktionen hergestellt, allerdings erst vor Beginn der Serienproduktion. Aufgrund der entstehenden Abweichungen in Maß-, Form- und Lagegenauigkeiten nach der Fertigung und hohen Änderungskosten werden die Konstrukteure zur Verantwortung gezogen. Jedoch legen die Betroffenen größtenteils ihre Bauteile nach den gelehrten und gelernten Grundsätzen, beispielsweise der Allgemeintoleranz DIN ISO 2768, aus. Hierbei wird allerdings die statische und dynamische Auslegung der Bauteile vernachlässigt, deren Auswirkungen einen signifikanten Einfluss auf die Qualität und Lebensdauer haben. Rapid-Prototyping ermöglicht das Entgegenwirken anfallender Unkosten während der Produktentstehungsphase. Die hergestellten Prototypen können nach der Produktdefinition in ihrem Einsatzgebiet getestet werden und im Vorfeld wertvolle Informationen zugunsten der Fehlerbehebung liefern. Rapid-Prototyping fasst als Überbegriff verschiedene generativer Fertigungsverfahren (engl. additive manufacturing, AM) zusammen. Hiermit ist eine weitgehend automatisierte Herstellung von Einzelteilen, auf Basis dreidimensionaler Konstruktionsdaten, möglich. Das wesentliche Alleinstellungsmerkmal additiver Fertigungsverfahren ist die werkzeuglose, schichtweise Fertigung. Der allgemein bekannte Grundsatz, dass zunehmende Geometriekomplexität der Bauteile mit steigenden Kosten einhergeht, verliert hier seine Gültigkeit. Wichtig an dieser Stelle ist, dass Änderungen noch bis kurz vor der Bauteilfertigung vorgenommen werden können, ohne eine Kostenzunahme für das Endprodukt zu befürchten. Unverkennbar ist das hohe Potenzial für eine dynamische Produktentwicklung.
Die vorliegende Arbeit soll einen ersten Einblick für den realen Einsatz von additiv hergestellten Prototypen liefern. Hierbei liegt der Fokus auf der Frage ob und in welcher Weise diese Prototypen als Ersatz zum konventionell hergestellten Kunststoffzahnrad in Frage kommen. Für diese Untersuchung sind Erfahrungswerte unabdingbar.
This thesis covers the optimization of skins of a vertical stabilizer of an aircraft fighter made from CFRP. A new invariant method is applied to optimize the laminate design considering so-called double double laminates [±ϕ;±ψ]. This method is implemented in the DD-Design Tool (DiCaprio, Riccio, and Tsai 2020) which has been improved and implemented in Python within the scope of this thesis. The new tool has been proven as computationally efficient for optimizing laminated structures and the obtained results show great weight savings for skins made of double double laminates, compared to legacy quad laminates or aluminum constructions. Due to the partial low loading resulting in thin laminates with a thickness of one building block, two design strategies were defined and investigated for their effects on weight: 1st Symmetry Design Approach, 2nd Homogenization. Design Approach, both applied to the digitized optimization results. It is shown that the Symmetry Design Approach yields a significantly lower weight than homogenization for the studied model and all considered failure criteria. In addition, the achieved skin weights for first ply failure are compared with skin weights corresponding to last ply failure, where weight reductions of 28% and 35% are obtained for Tsai-Wu and unit circle, respectively.
Die vorliegende Ausarbeitung enthält Vorträge und Vorlesungen an der Fachhochule München, die sich nach Jahr 2000 angesammelt haben und im Rahmen eines Seminars im Dezember 2015 an der Akademie des „Münchner Arbeitskreises für Sachverständige“ (MAS) vorgetragen wurden. Die Ausarbeitung war auf Kraftfahrzeug-Sachverständige ausgerichtet, also nicht nur für Ladungssicherungs-fachleute angelegt.
An zahlreichen Stellen wurden zusätzliche Anmerkungen und auch Texte nach dem Kurs eingefügt, die Erläuterungen zu einzelnen Folien oder Sachverhalten geben, um einzelne Aussagen besser verständlich zu machen.
Die hier vorgestellte Studie befasst sich mit Sicherungsfragen von Schüttgütern in Bigbags und Säcken auf Straßenfahrzeugen. Allein schon Schüttgüter sind ein nicht ausreichend bearbeitetes Gebiet. Noch schwieriger wird die Schüttgutladung in Bigbags im Transport. Eine Ausarbeitung insbesondere zu theoretischen Fragen stößt schnell in unbekanntes Terrain vor. Sie kann oft nur Lösungsansätze und Wege aufzeigen, da das Fachgebiet noch eine Vielzahl nicht ausreichend untersuchter Felder hat. Ein Ziel der Studie soll es sein, einen Arbeitsansatz aufzuzeigen.
Daneben sollen Hintergrundinformationen zu der neuen VDI-Richtlinie Blatt 18 der 2700 geben. Eine Reihe von Aussagen und Vorgehensweisen dieser Richtlinie bedürfen einer ergänzenden Erläuterung, da sie in einer Richtlinie nicht umfassend erklärt werden können.
Die operationelle Transferpfadanalyse (oTPA) bietet die Möglichkeit subjektive Fahrkomforteindrücke zu objektivieren. Hierbei werden die einzelnen Vibrationspfade im Bereich des primary ride und secondary ride comfort ermittelt. Hierfür muss ein geeigneter Messaufbau gewählt werden, bei dem alle Vibrationsquellen des Fahrwerks, des Aggregats sowie die Immissionsorte des Karosserieaufbaus (Sitze) mit Schwingungsaufnehmern versehen werden. Die Fahrkomfortmes-sungen werden im realen Betrieb auf verschiedenen Fahrbahnuntergründen durchgeführt. Die Ergebnisse helfen den Schwingungsbeitrag der einzelnen Quellen auf die Vibration am Fahrersitz zu quantifizieren. Ferner können Fahrzeuge objektiv bezüglich Fahrkomfort relevanter Kriterien miteinander verglichen werden.