TY - THES

T1 - Entwicklung eines FEM Modellierungsansatzes zur Beschreibung des Verformungsverhaltens von geflochtenen Kunststoffseilen

AU - Fimbinger, Niklas

N1 - gesperrt bis null

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Ziel dieser Arbeit ist es, eine Interaktion von Garnen eines Seils miteinander zu erreichen, ein Verständnis über Spannungen und Kontaktsituationen zu gewinnen und Steifigkeiten zu berechnen. Dafür wird sowohl ein geometrisches Modell eines halbstatischen Kernmantelseiles als auch eine Finite Elemente Methode (FEM) basierende Analyse erstellt. Das Seilstück besteht aus einem Kern, welcher aus verdrillten, nebeneinander liegenden Garnen besteht, und einem geflochtenen Mantel. Kernmantelseile besitzen die Eigenschaft, dass der Kern die meiste Belastung aufnimmt und der Mantel den Kern vor etwaiger Abrasion und weiteren Umwelteinflüssen wie UV-Strahlung schützt. Das hierfür verwendete Material ist ein Polyamid 66 und gehört zu der Gruppe der teilkristallinen Thermoplaste der Kunststoffe. Da es nicht möglich ist, solch eine dicht verflochtene Struktur in einem CAD Programm aufzubauen, wird die FEM dafür verwendet. Mithilfe eines plastischen Materialverhaltens wurden einzelne Garne zu einem Strang gepresst, welche wiederum durch das Nebeneinanderanordnen zu einem Kern gepresst wurden. Anschließend konnte der Mantel über den Kern gelegt und mit demselben plastischen Materialverhalten auf den Kern gedrückt werden. Für den Geometrieaufbau und die FEM Ergebnisauswertung wurde aufgrund der großen Verformungen und der hohen Anzahl an Kontakten zwischen den Elementen ein expliziter Berechnungsvorgang gewählt, der sich durch ein besseres Konvergenzverhalten auszeichnet. Durch einen Energievergleich der kinetischen Energie mit der Dehnungsenergie konnte trotz des dynamischen Berechnungsvorganges, durch das Geringhalten der kinetischen Energie, eine quasistatische Simulation erfolgen. Nachdem der Geometrieaufbau durch die FEM erfolgte, wurde eine Zugbelastung an den Stirnflächen des Seilstücks aufgebracht und mit elastischem Materialverhalten durchgeführt. Auch eine Biegebelastung wurde betrachtet, um etwaige Ideen für noch realistischere Belastungen in Modellen zu schaffen. Lokale Spannungen und das Verformungsverhalten des Seilstücks wurden erläutert und analysiert. Durch das Zusammenpressen der Geometrie konnte eine aneinander anliegende Geometrie erzeugt werden, welche einem realen Kernmantelseil ähnelt. Abschließend kann gesagt werden, dass dieses Modell als Ausgangspunkt für komplexere Berechnungen dient.

AB - Ziel dieser Arbeit ist es, eine Interaktion von Garnen eines Seils miteinander zu erreichen, ein Verständnis über Spannungen und Kontaktsituationen zu gewinnen und Steifigkeiten zu berechnen. Dafür wird sowohl ein geometrisches Modell eines halbstatischen Kernmantelseiles als auch eine Finite Elemente Methode (FEM) basierende Analyse erstellt. Das Seilstück besteht aus einem Kern, welcher aus verdrillten, nebeneinander liegenden Garnen besteht, und einem geflochtenen Mantel. Kernmantelseile besitzen die Eigenschaft, dass der Kern die meiste Belastung aufnimmt und der Mantel den Kern vor etwaiger Abrasion und weiteren Umwelteinflüssen wie UV-Strahlung schützt. Das hierfür verwendete Material ist ein Polyamid 66 und gehört zu der Gruppe der teilkristallinen Thermoplaste der Kunststoffe. Da es nicht möglich ist, solch eine dicht verflochtene Struktur in einem CAD Programm aufzubauen, wird die FEM dafür verwendet. Mithilfe eines plastischen Materialverhaltens wurden einzelne Garne zu einem Strang gepresst, welche wiederum durch das Nebeneinanderanordnen zu einem Kern gepresst wurden. Anschließend konnte der Mantel über den Kern gelegt und mit demselben plastischen Materialverhalten auf den Kern gedrückt werden. Für den Geometrieaufbau und die FEM Ergebnisauswertung wurde aufgrund der großen Verformungen und der hohen Anzahl an Kontakten zwischen den Elementen ein expliziter Berechnungsvorgang gewählt, der sich durch ein besseres Konvergenzverhalten auszeichnet. Durch einen Energievergleich der kinetischen Energie mit der Dehnungsenergie konnte trotz des dynamischen Berechnungsvorganges, durch das Geringhalten der kinetischen Energie, eine quasistatische Simulation erfolgen. Nachdem der Geometrieaufbau durch die FEM erfolgte, wurde eine Zugbelastung an den Stirnflächen des Seilstücks aufgebracht und mit elastischem Materialverhalten durchgeführt. Auch eine Biegebelastung wurde betrachtet, um etwaige Ideen für noch realistischere Belastungen in Modellen zu schaffen. Lokale Spannungen und das Verformungsverhalten des Seilstücks wurden erläutert und analysiert. Durch das Zusammenpressen der Geometrie konnte eine aneinander anliegende Geometrie erzeugt werden, welche einem realen Kernmantelseil ähnelt. Abschließend kann gesagt werden, dass dieses Modell als Ausgangspunkt für komplexere Berechnungen dient.

KW - FEM

KW - Seil

KW - finite elemente

KW - rope

KW - FEM

KW - finite elemente

M3 - Masterarbeit

ER -