Auswirkung des Einschlags eines Pumpenrotors auf die restliche Struktur
Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: StrukturmechanikDie Pfeiffer Vacuum GmbH ist Hersteller verschiedenster hochwertiger Vakuumpumpensysteme. Diese unterliegen strengen Qualitäts- und Sicherheitsbestimmungen. Für ein sehr komplexes neues Modell wurde der Containment-Test mit Simulationssoftware von Ansys durchgeführt.
Zusammenfassung
Aufgabe
Für den speziellen Fall einer Turbopumpe, die mit annähernd 31000 Umdrehungen pro Minute läuft, sollte ein Containment Test simuliert werden. Bei Tests dieser Art ist nachzuweisen, dass bei einem Versagen der Struktur im Inneren das umhüllende Bauteil nicht durchschlagen wird. Allerdings ist die Baugruppe sehr komplex, und dadurch für analytische Berechnungen kaum zugänglich. Realtest galt es zu vermeiden, da diese sehr teuer sind. CADFEM sollte dennoch eine Simulationslösung finden.
Lösung
Die Aufbereitung der Geometrie sowie die Vernetzung wurden in Ansys Workbench realisiert. Dort konnte ein reines Hexaedernetz mit rund 1,5 Millionen Elementen realisiert werden. Die Berechnung des Containment Tests wurde mit LS-DYNA durchgeführt.
Kundennutzen
CADFEM gelang es eine realistische Simulationsumgebung für den Containment-Test darzustellen. Daher ist es möglich auch komplexeste Baugruppen und physikalische Vorgänge zu simulieren. Dies reduziert aufwendige und teure Realtests. Durch Variantenrechnungen können im Voraus Vorhersagen über neue Materialien oder Konstruktionsänderungen getroffen werden.
Die Pfeiffer Vacuum GmbH ist Hersteller verschiedenster hochwertiger Vakuumpumpensysteme. Diese unterliegen strengen Qualitäts- und Sicherheitsbestimmungen. Für den speziellen Fall einer Turbopumpe, die mit annähernd 31000 Umdrehungen pro Minute läuft, sollte ein Containment-Test simuliert werden. Bei Tests dieser Art ist nachzuweisen, dass bei einem Versagen der Struktur im Inneren das umhüllende Bauteil nicht durchschlagen wird. Besonderes Augenmerk lag auf den Belastungen im Flansch, da dort die Schraubenverbindungen nachgewiesen werden sollten. Da die Baugruppe sehr komplex und dadurch für analytische Berechnungen kaum zugänglich ist, sowie Realtests sehr teuer sind, war es Ziel dieses Projektes, ein aussagekräftiges Simulationsmodell zu erstellen. Dieses Modell sollte zum einen die Nachweise erbringen und zum anderen als Grundlage dienen, um Material- und Konstruktionsvariationen mittels Simulation zu prüfen.
Mit dem ANSYS-Software Paket stehen dem Benutzer effiziente Tools zur Geometrieaufbereitung, Vernetzung, Modellaufbereitung und Berechnung zur Verfügung. Daher ist es möglich auch komplexeste Baugruppen und physikalische Vorgänge zu simulieren. Dies reduziert aufwendige und teure Realtests. Durch Variantenrechnungen können im Voraus Vorhersagen über neue Materialien oder Konstruktionsänderungen getroffen werden.
Die Aufbereitung der Geometrie sowie die Vernetzung wurden in Ansys Workbench realisiert. Dort konnte ein reines Hexaedernetz mit rund 1,5 Millionen Elementen realisiert werden. Die Berechnung des Containment-Tests wurde mit Ansys LS-DYNA durchgeführt. Da damit sowohl eine Automatisierung der Berechnung als auch die der Auswertung möglich ist und Ansys LS-DYNA eine sehr gute Parallelisierbarkeit der Simulation bietet, können Varianten effizient erstellt und berechnet werden. Weiterhin steht eine Vielzahl verschiedenster Materialgesetze wie auch Versagenskriterien zur Verfügung, so dass ein realistisches Materialverhalten abgebildet werden kann.
