ICB Wippe 2.0

luniz

Balfalfafafahrerer
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Hallo Zusammen,

ich habe die Wippe mal spaßeshalber durch ein Topologie-optimierungs-Tool gejagt bzw. den theoretischen Bauraum davon, und das hier ist das Ergebnis:


Ein paar Erklärungen dazu (die FE-Theorie-Fachleute hören jetzt bitte kurz weg):

So eine Optimierung funktioniert im Prinzip wie FEM-Analyse rückwärts: Man gibt dem Programm einen Bauraum vor und Randbedingungen (Lager, Lasten etc.) und ein Optimierungsziel wie z.B. maximale Steifigkeit. Dieser Bauraum wird dann mit finiten Elementen vernetzt, die Randbedingungen aufgebracht und das Programm ermittelt, welche Elemente in diesem Netz viel oder wenig Last abbekommen. Diejenigen, die wenig Last abbekommen, sind eher unnötig als die mit viel Last. So wird eine -für den definierten Lastfall- optimale Materialverteilung ermittelt.

In dieser Wippe habe ich die Randbedingungen folgendermaßen definiert:

1.) Natürlich eine Lagerung unten, welche Drehungen um die Lagerachse zulässt, aber keine weitere Rotation oder Verschiebung

2.) Lasten auf die Aufnahme der Schubstreben ungleichmäßig (rechts mehr als links) und zusätzlich eine Querkomponente

3.) Lagerung an der Dämpferaufnahme, nur die Verschiebung nach Vorne ist gesperrt, alle anderen Freiheitsgrade ungesperrt

4.) Zusätzlich dazu habe ich noch eine Symmetriebedingung gesetzt, und eine "Draw-Direction" also eine Entformrichtung von der Mitte aus nach aussen.

Was man an dem Ergebnis erkennen kann:

1.) Das ursprüngliche Design ist von der Verteilung her schon relativ gut

2.) Der Haupt-Lastpfad läuft von den Schubstreben zum Lager, um die Asymmetrie der Lasten dort abzufangen. Die Dämpferanbindung soll ja von der Asymmetrie der Lasten nichts abbekommen. Dadurch entsteht so eine Art "Banane"

3.) Der Optimierer hält es anscheinend für eine gute Idee, den Hohlraum in der Mitte noch durch ein diagonales Schubfeld zu verstärken. Inwieweit das fertigungstechnisch zu bewerkstelligen ist, muss jemand anderes klären ;-)

Natürlich ist dieses Ding weit davon entfernt, ein fertiges Bauteil zu sein, viele Stellen sind so nicht herstellbar. Aber vielleicht kann es ja dem ein oder anderen als Inspirationdienen, viel mehr als das kann so eine Optimierung in der ersten Iteration garnicht bieten...
 
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die FE-Theorie-Fachleute hören jetzt bitte kurz weg
hehe... aber für daus ist die Erklärung doch gut.


zum Ergebnis:
sehr interessant. hast vielleicht noch ein bild von der seite wo man die mitte sieht?

Die Schwierigkeit ist halt wie immer zu wissen welche "lasten" man annimmt.

Mich wundert ein wenig der Kraftweg von druckstrebe zum dämpfer, aber das Ergebnis schaut erst mal nachvollziehbar aus.

Fertigen will ich das aber nicht :)

wirklich gute Arbeit...
 

luniz

Balfalfafafahrerer
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Jungs, könnt ihr lesen?

DAS IST KEIN FERTIGES BAUTEIL SONDERN EIN IDEENGEBER!!!

Kein Mensch will das so bauen!
 
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da hätte ich eh eine frage

wenn zwischen "nicht so belasteten" und "belasteten" Fem-teilchen unterschieden wird - passiert dies stückweise, also die kraft wird in zwischenschritten auf die maximale kraft erhöht und bei jedem zwischenstück bleiben nur die belasteten erhalten(und von denen ausgehend wird das gleiche wieder beim nächsten zwischencshritt gemacht)

oder wird das Teil von 0 auf 1 maximal belastet und dann einmal die belateten und die nicht belatesteten teile getrennt?

kommt mir etwas komisch vor da da in der mitte diese scharfe kante ist(dieer dünne steg) und das material darüber und darunter praktisch nicht belastet werden oll
 

luniz

Balfalfafafahrerer
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Hi Bommel, danke der Nachfrage, war ja klar dass das irgend jemand genau wissen will ;-)

ganz grob funktioniert die Methode in etwa so: Es wird davon ausgegangen, dass Dichte und Steifigkeit des Materials bzw. der Elemente einen linearen Zusammenhang haben. Das ist natürlich nur ein Rechentrick, es gibt kein Aluminium mit 50% Dichte...

Jetzt wird in einerm iterativen Prozess jedes einzelne Element im Bauraum über seine Dichte und damit Steifigkeit variiert, und nach jedem Element wird ermittelt, wie hoch der Anteil der Steifigkeit des einzelnen Elements auf die Verformung des gesamten Bauteils ist. Damit wird sozusagen die Sensitivität des Gesamtergebnisses ermittelt.
Dei Iteration erfolgt Gradientenbasiert, d.h. der Solver variiert ein Element und schaut dann ob die Steifigkeit bzw. Verformung viel besser wird oder nur ein klein wenig, also wie hoch der Gradient der Funktion an dieser Stelle ist. Merke: Das alles passiert für jedes einzelne Element, nicht nacheinander sondern unabhängig voneinander! Einschränkung dieser Methode ist, dass sie nur das erste, ggf. lokale Minimum der Funktion findet und nicht unbedingt das globale.


Diese Iteration wird nun also mehrfach durchfahren, der solver guckt also immer wieder "wie steil ist der Gradient? - noch steil->ja->also weitermachen" bis die Iteration konvergiert, d.h. sich pro Schritt an dem Ergebnis nicht mehr viel ändert. Das gezeigte Bauteil ist nach 36 Iterationen konvergiert.

So, jetzt haben wir den Bauraum gefüllt mit lauter Elementen, die eine Dichte irgendwo zwischen knapp über 0% und knapp unter 100% haben, das ist nicht sehr hilfreich. Jetzt muss man also das Ergebnis diskretisieren. Das heisst, dass die Dichte und damit die Steifigkeit der Elemente mit einer "penalty" belegt werden, und höhe dieser Penalty richtet sich nach der prozentualen Dichte. Diese Methode nennt sich "Solid Isotropic Material with Penalization" oder SIMP, wer nochmal Wiki/google befragen möchte... ;-) @BommelMaster: An dieser Stelle entsteht der von dir angesprochene Steg, in der Realität würden die Elemente oben und unten davon natürlich schon auch etwas Last abbekommen, aber ihr Einfluss ist auf das Ergebnis geringer und sie fallen unter den Schwellenwert.

In dieser Darstellung hier ist die diskretisierte Dichte dargestellt:


Als nächstes löscht man dann natürlich die wenig dichten Elemente weg, und dafür gibt der Nutzer einen Schwellenwert an, und so kommt dieses Ergebnis dann zu stande:


So, ich hoffe ich konnte einigermaßen schlüssig erklären, wie diese Methode funktioniert.
@Merlin7: Natürlich ist das Ergebnis stark davon abhängig, welche Lasten und Randbedingungen man definiert, zwar nicht auf deren absolute Größe aber auf das Verhältnis der Kräfte zueinander. Das kann man so erklären: Wenn ich nur eine einzelne Kraft aufbringe, dann ist es dem Solver egal, ob das 1N oder 1000N sind, er maximiert ja die Steifigkeit bzw. minimiert die Verformung. Interessant wird es, wenn ich zwei Kräfte aufbringe, an unterschiedlichen Stellen und/oder in unterschiedliche Richtungen: dann wird das Ergebnis natürlich vom Verhältnis der Kräfte zueinander beeinflusst.

Der Weg zum Dämpfer in diesem Umlenkhebel resultiert daraus, dass ich die Abstützung am Dämpfer nur an einer Position des Flipchip definiert habe (viel Federweg, flacher Winkel). Würde man das "richtig" machen wollen, müsste man hier mehrere Lastfälle definieren, für jede Aufhängung einen. Dann dauert die Rechnung aber auch entsprechend länger.
 
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das die absolute Last egal ist ist mir klar.

Aber schon bei den Verhältnissen....
Trotzdem spannend was da so rauskommt.

Welche software hast du verwendet? Ich hab das mal in autodesk inventor versucht. der hat sowas auch integriert - aber die Ergebnisse sind selten sinnvoll
 

B.Scheuert

staatl.anerkannterRaddieb
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Der Weg zum Dämpfer in diesem Umlenkhebel resultiert daraus, dass ich die Abstützung am Dämpfer nur an einer Position des Flipchip definiert habe (viel Federweg, flacher Winkel). Würde man das "richtig" machen wollen, müsste man hier mehrere Lastfälle definieren, für jede Aufhängung einen. Dann dauert die Rechnung aber auch entsprechend länger.

Nur so aus Interesse: Wie lange hat diese Berechnung ungefähr gedauert? Wie schnell ist dein Rechner (Prozessor, Arbeitsspeicher) und kann man das Programm zur Berechnung im Hintergrund laufen lassen und währenddessen z.B. im Forum surfen oder arbeitet der Rechner schon für die Berechnung am Anschlag?
 
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@luniz

Koole sache!
Sachmal, die verbindung zwischen den beiden seiten, kommt die aus deinen bauraumrandbedinungen? Sieht so "gezeichnet" aus.

Kannst du die optimierung theoretisch auch auf basis der vorhandenen wippe machen und diese optimieren?

Und danke für die erklärung, ich kannte das bisher nur mit dem weg über die die dehnung-temperatur-wärmeausdehnung. Meinst du damit kommen vielleicht weniger scharfe kanten raus? Da muss man ja keinen schwellwert definieren oder?

Gruss
 

luniz

Balfalfafafahrerer
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@benzinkanister: Den gesamten Bauraum der Wippe siehst du im ersten Bild meines vorherigen Posts. Im Prinzip ist es die Grundform der Wippe, also die beiden Platten aussen mit dem dicken Steg in der Mitte, ohne alle Ausfräsungen, Taschen, Rippen etc. In vielen Bereichen geht der Optimierer mit dem Material bis an die Bauraumgrenze, daher kommen die scharfen Kanten. Man könnte eventuell ein besseres/interessanteres Ergebnis erhalten, wenn man den Bauraum vergrößert. So eine Optimierung funktioniert natürlich besser, je mehr Material der Optimierer zu positionieren bekommt.
Die von dir angesprochene Temperaturmethode kenne ich nicht, kannst du mir da auf die Sprünge helfen?

@B.Scheuert: Dieser Optimierungslauf hat in etwa 30min gedauert und nochmal 15min für die Vernetzung. Maßgeblich für die CPU-Zeit verantwortlich ist natürlich die Feinheit der Vernetzung. Ich habe als Randbedingung noch definiert, dass die dünnste Stelle minimal 1.5mm dick sein darf, dadurch folgt dass die Elementkantenlänge maximal 0.7mm sein soll, da flächen mit einer einzelnen Schicht von Volumenelementen zu numerischen Fehlern und methodisch begründeter "Versteifung" neigen. Man sollte über die Dicke einer Struktur also immer zwei oder mehr Elemente angeordnet haben. Das Multithreading funktioniert bei vielen dieser Operationen nur eingeschränkt... weiter kann ich das aber nicht kommentieren, dafür bin ich zu sehr Ingenieur und zu wenig Informatiker ;-) Es bleibt aber noch genug Puste übrig, um andere Dinge zu tun.
Mein Rechner hat 8x2.7GHz und 32Gb RAM, im Anhang ein Bild von während dem Rechenlauf...
 

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Lt.AnimalMother

Neigschmeggder
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Hübsch. Zwei 6-Kerner im Hyperthreading. Damit dürfte einiges gehen. Sofern die Tools das unterstützen, der Screen von Luniz sieht nicht so aus als würde die FEM die Last gleichmäßig verteilen...
 
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war auch meine erste überlegung. wenn man nur 2 kerne 80% belastet ist die SW nicht so toll.

da helfen 24 "kerne" a net weiter.
Wobei das fürs Ego schon ein sehr langer ist.
 
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Danke!
bin mir bei der Konstruktion unsicher wo der 170mm tief Dämpferdrehpunkt liegt!
150mm tief/flach sind 159mm vom Schwingenlager und 26° zum Sitzstrebendrehpunkt der einen 146mm Hebel hat. Wenn ich eine Gerade von 150mm tief und 170mm tief richtung schwingendrehpkt ziehe, wie weit liget die Achse hinterm Drehpunkt der Schwinge?
Kann mir jemand helfen?
 
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Umfangsklemmung ist ungeeignet für CFK Rohre. Lieber kleben, spart die Schrauben ein und ist besser geeignet für CFK.

Hi,
die Klemmung hat ähnliche Dimensionen wie eine Lenkerklemmung und da gehts doch auch!
Bei Problemen kann man ja zu Alu wechseln die Spielerei bringt nur ca. 10 Gramm...
Allerdings ist die Konstruktion komplett um die Klemmung aufgebaut! Bei Klebeverbindung würde ich das Teil anders aufbauen!
Vorteil der Klemmung ist, dass ich die Wippe an Rahmen, Sitzstrebe und Dämpfer befestigen kann und dann erst klemme. So verspannt sich nichts!
 
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