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.
Die intertrochantäre Umstellungsosteotomie (ITO) ist eine etablierte orthopädische Operationstechnik zur Korrektur von angeborenen oder erworbenen Fehlstellungen des proximalen Femurs bei Kindern und Jugendlichen. Durch die Fehlstellung wird die Gehfähigkeit der Kinder stark beeinträchtigt. Ziel der ITO ist es das Gangbild der Patienten durch die Normalisierung pathologischer Winkel am proximalen Femur sowie die Verbesserung die Biomechanik des Hüftgelenks und die Herstellung einer physiologischen Beinachse zu verbessern. Dazu wird das Femur durchtrennt und mit Hilfe eines Implantats in einer korrigierten Position neu ausgerichtet. Bisherige Operationstechniken erfordern einen maximalinvasiven Eingriff und ermöglichen nur eine unzureichende Visualisierung und Navigation bei der Neuausrichtung der Knochenfragmente. Viele Schritte werden frei Hand durchgeführt. Dies führt zu Abweichungen von den geplanten Korrekturen und zu einer hohen Abhängigkeit des Operationsergebnisses von der Expertise des Chirurgen. Zudem erhöhen häufige intraoperative Röntgenkontrollen die Strahlenbelastung des Patienten und des OP-Personals. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird unter Verwendung des Münchner Vorgehensmodells und formativer Usability Engineering Methoden iterativ eine neue minimalinvasive und patientenindividuelle Operationstechnik für die ITO bei Kindern und Jugendlichen entwickelt. Diese verfolgt das Ziel durch eine mechanische Navigation die Reproduzierbarkeit des Operationsergebnisses sicherzustellen, eine Visualisierung bei der Umstellung des Knochens zu ermöglichen und die intraoperative Strahlenbelastung zu reduzieren. Dazu werden zuerst bisherige Operationstechniken in einem Benchmarking Prozess analysiert, wichtige Funktionen herausgearbeitet und Lösungen anschließend iterativ in Autodesk Inventor umgesetzt. Die Bewertung der Entwicklungsergebnisse er-folgt dabei formativ durch eine virtuelle Durchführung der Operation in Autodesk Inventor. Dazu werden die Instrumentarien an einem virtuellen Knochenmodell platziert. Prototypen des finalen Instrumentariums werden in einem Anwendungstest unter simulierten Bedingungen an speziell dazu entwickelten Operationsdemonstratoren (Phantomen) getestet. Die Phantome stellen ein kindliches Hüftgelenk mit pathologischer Coxa Valga und die umliegenden Weich-teile im Maßstab 1:1 dar. In Summe wird an sieben Phantomen eine Varisierungsosteotomie durchgeführt, mit dem Ziel den Centrum-Collum-Diaphysen-(CCD) - Winkel von 158° bzw. 155° auf 130° zu reduzieren. Die Anwendungstests verdeutlichen die Vorteile der neuen Operationstechnik. Zum einen ermöglicht sie als einzige Operationstechnik eine vollständige Navigation bei der Umstellung in drei Ebenen. Durch die Ausrichtung des Instrumentariums an-hand der Schenkelhalsachse werden nicht nur Winkelfehler durch die Femurkrümmung, wie sie bei bisherigen Instrumentarien entstehen, vermieden, sondern es ist auch ein fester Be-zugspunkt für die Positionierung der Instrumentarien am Knochen gegeben. Zudem sind Instrumentarien anders als bei den etablierten Techniken fest am Knochen befestigt wodurch der Chirurg beide Hände frei hat. Die Handhabung der neuen Instrumentarien wird von den Anwendern als intuitiv bewertet. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Implantat bei der neuen Operationstechnik mit polyaxialen Schrauben befestigt wird. Dies erlaubt bei der Osteosynthese eine Anpassung an die patientenspezifische Anatomie. In den Tests zeigt sich, dass die Reproduzierbarkeit und Präzision der Ergebnisse nicht evaluiert werden können, da keine winkelstabile Fixierung des verwendeten Implantat-Prototyps möglich ist und dadurch der Korrekturwinkel bei der Osteosynthese nicht aufrecht erhalten wird. In keinem der Tests wird der geplante CCD-Winkel deshalb erreicht. Aufgrund eines fehlenden Röntgengeräts kann durch die Tests zudem nicht belegt werden, dass tatsächlich weniger Röntgenkontrollen als bei den etablierten Techniken notwendig sind. Es wird jedoch angenommen, dass dies aufgrund der besseren Navigation zutrifft. Die Tests zeigen, dass durch die neue Technik wie bei den etablierten Operationstechniken kein minimalinvasives Vorgehen möglich ist. Der Phantomtest hat sich als gute Methode erwiesen, um die Operationstechniken zu testen. Die Durchführung der Tests muss in den nächsten Schritten noch weiter verbessert werden, um realere Bedingungen zu simulieren, damit eine bessere Bewertung der genannten Kriterien möglich ist. Dazu gehört z.B. die Verwendung polyaxialer Schrauben. Des Weiteren sind kleinere konstruktive Anpassungen an den Instrumentarien vorzunehmen, welche in den Tests durch die Anwender angeregt werden. Dazu gehört z.B. die Anpassung der Sägeschablone und der Schablone zur Einstellung der Rotation. Anschließend sind diese Instrumentarien in neuen Tests zu prüfen. Bisher wird in den Tests nur eine ITO in einer Ebene durchgeführt, in weiteren Tests sollen auch komplexe, mehrdimensionale ITOs an Phantomen getestet werden.
The power spectral density (PSD) is a fundamental technique of random vibration fatigue providing an effective statistical characterization that can be processed by linear systems theory and load spectrum estimators. This lays the basis for a statistical-based fatigue assessment. While the PSD assembles a full stochastic characterization of stationary Gaussian loading, for loading subjected to changing operational, environmental, and excitational conditions, it provides no means of a fluctuating spectral density. Therefore, the PSD neither qualifies to characterize varying loads, nor reproduces comparable stress amplitudes to a referencing non-stationary excitation following a statistical-based stress analysis. Consequently, this paper employs the non-stationarity matrix to characterize the varying evolution of realistic loading and proposes a system of equations that decomposes this characterization into stationary Gaussian portions. The fundamental idea is to approximate realistic loading by abstracting a series of stationary segments, whose assembly in return embodies a full statistical characterization. The resulting quasi-stationary load definition better reflects the fatigue damage potential of realistic, non-stationary loading and allows to implement load spectrum estimators, ensuing computationally efficient and statistically robust structural lifetime predictions. Further, quasi-stationary load definitions are utilized to advance the concept of damage-equivalent statistical load definitions to be independent of a specific Miner exponent.
This paper addresses the use of higher-order spectra to study the non-Gaussian nature of random vibration loading. Since the power spectral density is only a full description for stationary Gaussian processes, specifying non-Gaussian random vibration loading requires a sophisticated statistical description. In recent research higher-order statistical moments such as skewness and kurtosis have been used to de_ne non-Gaussian properties of vibration loading. However, useful information contained in the spectral representation of these moments is neglected. This paper introduces the trispectrum as a tool for analyzing vibration loading. It is the spectral representation of the fourth-order moment and thus extends the information content of the kurtosis. For demonstration several common methods for generating non-Gaussian loading are reviewed and used to derive loads that reproduce the power spectral density and kurtosis of a real in-service loading. These loads are analyzed using Fatigue Damage Spectra and trispectra to relate structural response behavior to their non-Gaussian nature. The results suggest that the trispectrum is a valuable tool for analyzing and classifying non-Gaussian random loading.
Designing mechanical structures exposed to random vibration loading compromises the central challenges of defining comprehensive load assumptions and of processing these efficiently in a fatigue assessment. For this matter of statistical load description, frequency-domain methods withhold major advantages. They describe random vibration loading by its power spectral density, which allows drastic data reduction, to conduct efficient response analyses and to derive a statistical description of resulting load spectra. Nevertheless, this procedure is limited to stationary Gaussian loading. Thus, this paper proposes an extension of the frequency-domain approach to a special class of non-stationary loading – amplitude-modulated processes. These consist of a unique vibration state that varies in intensity, which is represented by a modulating signal. This paper develops a methodology to test for amplitude-modulated processes, to derive efficient measures for the intensity variation and to include this behavior in a fatigue assessment carried out in frequency-domain. The full methodology is presented via a set of simulated data.
In dieser Formelsammlung sind Definitionen, Formeln und Schaltungen aus dem Gebiet der Halbleiterelektronik so dargestellt, wie sie in der Lehrveranstaltung „Angewandte Elektronik“ behandelt werden. Diese Lehrveranstaltung wird an der Fakultät Maschinenbau, Fahrzeugtechnik, Flugzeugtechnik der Hochschule München in den Studiengängen Maschinenbau, Fahrzeugtechnik sowie Wirtschaftsingenieurwesen Automobilindustrie angeboten.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, das Potential des 3D-Drucks in konkreten Anwendungsgebieten der Ersatzteilversorgung der Automobil- und Luftfahrtindustrie aufzuzeigen. Bei der Betrachtung der Fragestellung wurde unterstellt, dass der Markt der beiden Industrien viele noch ungenutzte Potentiale bietet.
Der 3D-Druck hat sich in den letzten Jahren hinsichtlich Druckqualität und Druckzeit stark weiterentwickelt und hat den Sprung vom Fertigungsverfahren für Prototypen zum Fertigungs-verfahren auch für die Serienproduktion geschafft. Die Luftfahrtindustrie zeigt bereits erste Beispiele von Serienteilen aus einem additiven Herstellungsprozess.
Mit einer detaillierten Betrachtung der vier Themengebiete 3D-Druck, Ersatzteile, Automobil-industrie, Luftfahrtindustrie sollen die wichtigsten Kriterien jedes Gebietes erklärt werden. Das Wissen aus den geführten Experteninterviews unterstützt die Wahl der betrachteten Merkmale jedes Themengebiets. Auf dessen Basis wurde ein Bewertungskatalog erstellt, in dem sich die angesprochenen Merkmale wiederfinden. Der Bewertungskatalog ist die Grundlage für die Analyse von Beispielen aus den beiden betrachteten Industrien, für das Potential den 3D-Druck für die Ersatzteilproduktion einzusetzen.
Die limitierte Literatur zu diesem speziellen Einsatzfall der noch neuen Fertigungstechnologie wurde mit Sekundärquellen und ingenieurmäßigen Abschätzungen komplementiert.
Die Analyse der Beispiele zeigt in der Automobilindustrie, dass der Einsatz des 3D-Drucks vor Allem durch eine Reduktion von Wertschöpfungskosten gerechtfertigt werden kann, aber auch durch das Schaffen von Individualität für Nischenmärkte. In der Luftfahrtindustrie haben zwar auch die Wertschöpfungskosten einen wesentlichen Einfluss auf die Wahl der Fertigungsmethode, aber in starkem Maße auch die Faktoren Leichtbau und Wiederbeschaffungszeit.