Simultative Untersuchung eines EFGs zu auftretenden Betriebslasten
Branche: SchienenfahrzeugbauFachgebiet: StrukturmechanikDas Elastomer-Federgelenk (EFG) gehört zu den energieabsorbierenden Elementen bei der Kupplung von Schienenfahrzeugen. CADFEM ermittelte für Voith Turbo mit Simulationswerkzeugen von Ansys die Beanspruchung in der EFG-Schale und im Lagerbock, um das EFG weiter zu optimieren.
Zusammenfassung
Aufgabe
Für das untersuchte Federgelenk waren die Beanspruchungen in der umgebenen Schale sowie der Kupplung zu ermitteln, die auftreten, wenn sich die Elastomer-Federelemente unter den verschiedenen Belastungsformen auf den Schalen abstützen.
Lösung
Berechnungen mit hohen Deformationen stellen bis heute eine Herausforderung für die implizite FE-Simulation dar. Weitere Hürden für die Numerik ergeben sich aus dem nichtlinearem Materialverhalten von Gummi. CADFEM gelang es mit den von Ansys zur Verfügung gestellten Elementansätzen, den hohen Anforderungen an die numerische Berechnungen bei inkompressiblen Materialverhalten gerecht zu werden.
Kundennutzen
Aufgrund der Berechnungsergebnisse von CADFEM in Ansys konnte die Schalen- und Kupplungsgeometrie optimiert werden.
Für das untersuchte Federgelenk waren die Beanspruchungen in der umgebenen Schale sowie der Kupplung zu ermitteln, die auftreten, wenn sich die Elastomer-Federelemente unter den verschiedenen Belastungsformen auf den Schalen abstützen. Die Betriebsbelastungen erzeugen dabei hohe Scherkräfte, die zu großen Deformationen der Elastomere führen.
Berechnungen mit hohen Deformationen stellen bis heute eine Herausforderung für die implizite FE-Simulation dar. Weitere Hürden für die Numerik ergeben sich aus dem nichtlinearem Materialverhalten von Gummi, seine nahezu vollständige Inkompressibilität und den im Modell enthaltenen nichtlinearen Kontakten. Im vorliegenden Fall lagen von Kundenseite Ergebnisse aus Zug-Druckversuchen des EFGs vor. Diese Daten wurden verwendet, um die Parameter für das in der Simulation verwendete Gummistoffgesetz abzugleichen. Die von Ansys zur Verfügung gestellten Elementansätze wurden geeignet gewählt, um den hohen Anforderungen an die Numerik, die aus dem nahezu inkompressiblen Materialverhalten des Gummis und den großen Deformationen resultieren, Rechnung zu tragen.
