Software: CAD - Tutorial - Optimierung

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5. Übung im CAD-Tutorial

Nennwert- und Toleranzoptimierung (Biegefeder)

Autor: Dr.-Ing. Alfred Kamusella

Pessimisten sind Optimisten mit mehr Erfahrung.

- Deutsches Sprichwort -

Hinweis:
Zur Einarbeitung in die Simulation von Maß-Toleranzketten wird vorbereitend die individuelle Bearbeitung des Beispiels "Einfache Toleranzkette" empfohlen.

Biegefeder-Aufgabe: 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:

• L = Länge
• b = Breite des Querschnitts
• t = Dicke (Thickness) des Querschnitts mit t ≤ b

Anforderungen:

• C_soll = (140+xx) N/m (Federkonstante für Teilnehmer-Nr. xx=01..99)
• C_Tol = 0,2 (zulässige Toleranzbreite der Federkonstante in 100%) = ±10%
• ΔT  = 20 °C ±50 K (Bereich der Umgebungstemperatur)
• F_Max = 1 N (max. auftretende Kraft)
• f_Resonanz = möglichst groß (Frequenz der Grundschwingung)
• E_Modul = entsprechend des gewählten Materials ("Stahl, geschmiedet" aus Bibliothek)
• 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

C. Toleranz-Optimierung:

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

Einzusendende Ergebnisse:

• Teilnehmer der Lehrveranstaltung "CAD-Konstruktion" laden die Ergebnisse im Opalkurs hoch.
• Als Lösung (xx=Teilnehmer-Nummer 01...99) sind die vollständig konfigurierten Dateien Feder_xx.ipt und Feder_xx.OPY sowie der ausgefüllte Antwortbogen (CAD-Antwort_5_xx.pdf) in einem Archiv-File (Feder_xx.ZIP) zu senden:
  • In den Experimenten müssen aussagekräftige Diagramme zur Visualisierung der jeweiligen Experiment-Prozesse und -Ergebnisse konfiguriert sein.
  • Die Bauteil-Datei muss die ermittelten optimalen Maße und zugehörigen Toleranzen enthalten.
  • Im bereitgestellten Antwortbogen sind die optimalen Nennwerte und die damit ermittelten Bewertungsgrößen aufzulisten.
• Einsendeschluss ist die Nacht vor dem Termin des nächsten Übungskomplexes. Die Nacht endet morgens um 10:00 Uhr.

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