Software: CAD - Tutorial - Optimierung

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4. Übung im CAD-Tutorial

Nennwert- und Toleranzoptimierung (Biegefeder)

Autor: Dr.-Ing. Alfred Kamusella

Pessimisten sind Optimisten mit mehr Erfahrung.

- Deutsches Sprichwort -

Die grundlegenden physikalisch-konstruktiven Zusammenhänge zu Biegefedern und der Bestimmung ihrer Resonanzfrequenz findet man im Wikipedia-Artikel "Durchschlagende Zunge".

Mit einem vorgegebenem Material ist eine optimale Biegefeder mit der Federkonstante C_soll zu dimensionieren, welche bestimmte Forderungen trotz der unvermeidbaren Fertigungstoleranzen erfüllt:

• Abmessungen der einseitig eingespannte Biegefeder mit rechteckigem Querschnitt:
  
  1. L = Länge
  2. b = Breite des Querschnitts
  3. t = Dicke (Thickness) des Querschnitts mit t ≤ b
• Anforderungen:
  1. C_soll = (140+xx) N (Federkonstante für Teilnehmer-Nr. xx=01..99)
  2. C_Tol = 0,2 (zulässige Toleranzbreite der Federkonstante in 100%) = ±10%
  3. F_Max = 1 N (max. auftretende Kraft)
  4. f_Resonanz = möglichst groß (Frequenz der Grundschwingung)
  5. E_Modul = entsprechend des gewählten Materials ("Stahl, geschmiedet" aus Bibliothek)
  6. σb_zul = Biegefließgrenze entsprechend des gewählten Materials

A. Nennwert-Optimierung:

1. Optimierungs- und Analysetool (OptiY)
2. Parametrisiertes CAD-Modell
3. Physikalische und konstruktive Zusammenhänge (Regeln)
4. Optimierungsworkflow
5. Globale Suche
6. Lokale Suche
7. Zusammenfassung

B. Toleranz-Analyse:

1. Toleranzberechnungen im CAD-Modell
2. Toleranzen der Biegefeder
3. Probabilistische Simulation
4. Experiment-Konfiguration
5. Statistische Versuchsplanung - Sampling Methode
6. Visualisierung und Interpretation
7. Detail-Analyse des Feder-Querschnitts

C. Toleranz-Optimierung:

1. Robust-Design-Optimierung (Einführung)
2. Experimentkonfiguration
3. Ergebnisse

Einzusendende Ergebnisse:

• Teilnehmer der Lehrveranstaltung "CAD-Konstruktion" schicken die Ergebnisse an a.kamusellaifte.de:
• Als Anhang dieser Mail mit (xx=Teilnehmer-Nummer 01...99) sind die vollständig konfigurierten Dateien Feder_xx.ipt und Feder_xx.OPYin einem Archiv-File (z.B. Feder_xx.ZIP) zu senden.
• Einsendeschluss ist die Nacht vor dem Termin des nächsten Übungskomplexes. Die Nacht endet morgens um 10:00 Uhr.
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