Refine
Year of publication
Document Type
- Conference Proceeding (9)
- Article (reviewed) (6)
- Book (3)
- Doctoral Thesis (2)
- Article (unreviewed) (2)
- Bachelor Thesis (1)
- Master's Thesis (1)
- Other (1)
Conference Type
- Konferenzartikel (9)
Keywords
- Finite-Elemente-Methode (25) (remove)
Institute
Open Access
- Closed (8)
- Open Access (8)
- Closed Access (6)
- Bronze (1)
- Gold (1)
In the framework of electro-elasticity theory and the finite element method (FEM), a model is set up for the computation of quantities in surface acoustic wave (SAW) devices accounting for nonlinear effects. These include second-order and third-order intermodulations, second and third harmonic generation and the influence of electro-acoustic nonlinearity on the frequency characteristics of SAW resonators. The model is based on perturbation theory, and requires input material constants, e.g., the elastic moduli up to fourth order for all materials involved. The model is two-dimensional, corresponding to an infinite aperture, but all three Cartesian components of the displacement and electrical fields are accounted for. The first version of the model pertains to an infinite periodic arrangement of electrodes. It is subsequently generalized to systems with a finite number of electrodes. For the latter version, a recursive algorithm is presented which is related to the cascading scheme of Plessky and Koskela and strongly reduces computation time and memory requirements. The model is applied to TC-SAW systems with copper electrodes buried in an oxide film on a LiNbO3 substrate. Results of computations are presented for the electrical current due to third-order intermodulations and the displacement field associated with the second harmonic and second-order intermodulations, generated by monochromatic input tones. The scope of this review is limited to methodological aspects with the goal to enable calculations of nonlinear quantities in SAW devices on inexpensive and easily accessible computing platforms.
Aluminiumgussbauteile spielen heutzutage in vielen Branchen, wie der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrtindustrie eine wichtige Rolle. Sie zeichnen sich durch hohe Festigkeit und Steifigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht aus. Bei der Herstellung von Aluminiumgussbauteilen, kommt es prozessbedingt immer zu Defekten im Werkstoff. Mit Computer Tomographie Aufnahmen können diese Defekte zerstörungsfrei detektiert werden. Anschließend sollen die Defekte in Finite-Elemente-Methode Berechnungen berücksichtigt werden. Dies bietet einen entscheidenden Vorteil bei der Schadensvorhersage dieser Bauteile.
In dieser Masterarbeit wurde zwei Programme entwickelt, welche das Mapping von Defekten aus CT-Aufnahmen eines Aluminiumgussbauteils auf ein LS-Dyna Netz ermöglichen. Dadurch können die Defekte und damit die Porosität eines Gussbauteils in der Festigkeitsberechnung berücksichtigt und die Schadensvorhersage verbessert werden. Die Programmierung erfolgte in Python.
Das weiterentwickelte Mapping-Programm benötigt zwei Input Dateien. Zum einen wird die Defektdatei aus den CT-Aufnahmen benötigt und zum anderen ein LS-Dyna Netz. Die komplexen Defektgeometrien werden in dem Mapping-Programm vereinfacht als umschließende Kugeln um den Defekt beschrieben. Diese Vereinfachung ist aufgrund der benötigten Rechenleistung notwendig. Anschließend prüft das Mapping-Programm alle Kollisionen zwischen Elementen des FE-Netzes und den Defekten und ermittelt für jedes Element ein Schnittvolumen. Aus dem Schnittvolumen und dem Elementvolumen wird die Porosität berechnet. Die Rechenzeit für ein Bauteil mit 107379 Elementen beträgt 480 Minuten.
Ein zweites, neu entwickeltes Programm ermöglicht das Mapping der wahren Porengeometrie auf FE-Netze. Durch die optimierte Porenbeschreibung wird eine höhere Genauigkeit beim Mapping der Defekte erreicht. Die Rechenzeit beträgt bei einem Bauteil mit 107379 Elementen lediglich 15 Minuten.
Ziel dieser Masterarbeit ist es, das Mapping-Programm zu optimieren, damit es neben Hexaedern weitere Elementtypen verarbeiten kann. Darüber hinaus sollte die Porenbeschreibung verbessert werden, um genauere Ergebnisse zu erhalten. Dafür wurde ein zweites Programm mit einer verbesserter Porenbeschreibung entwickelt, dass zudem deutlich geringere Rechenzeiten benötigt.
Um eine gleichbleibende Mahrspalthoehe und gleichmaessige Lastverteilung waehrend des Betriebes zu erreichen, werden Mahlwalzen bombiert hergestellt. Das theoretische Bombierungsprofil wird aus der elastischen Walzenverformung bei gegebener Belastung abgeleitet. Die Verformung kann mit Finiten Elementen berechnet werden. Werden zwei Walzen mit zylindrischer Oberflaeche gegeneinander gedrueckt, so ergibt sich ein nichtlinearer Kontakt. Die Druckverteilung laengs der Walze laesst sich unter Hinzunahme von Einflusszahlen mit Hilfe eines linearen Gleichungssystems ermitteln. Die Autoren untersuchen mit diesem Berechnungsverfahren die Wirkungen unterschiedlicher Bombierungen und den Einfluss von veraenderter Anpresskraft. (Rohlf)
Die Wichtigkeit des Faches FEM ist sicher unumstritten. Um in der gegebenen Zeit eine ausreichende Einarbeitung in die Methode und die Uebung am Rechner durchfuehren zu koennen, ist der Einsatz eines auf PC lauffaehigen FE-Lernprogramms eine gute Hilfe. Sind die Grundlagen da, weiss der Student, welche Eingaben bei einem FE-Programm zu machen sind. Fuer manche Fachgebiete genuegt schon die Arbeit mit einem solchen Programm. Sind entsprechende Uebungen mit dem Lernprogramm erfolgt, kann auf professionellen Programmen wie z.B. CAEDS das Zusammenspiel CAD/FEM ernsthaft betrieben werden. Es sollte ein Fachsemester ausgesucht werden, in dem CAD und FE angeboten wird. Dieses Fachsemester sollte, um den Nutzen der FEM in moeglichst vielen Fachgebieten zu haben, zum Ende des Grundstudiums, spaetestens aber zu Beginn des Hauptstudiums liegen.
Experimental and numerical investigations into the forming of tailored strips and tailored tubes
(2008)
Through the application of tailored strips and tailored tubes, the wall thickness of components can be manufactured in a load-optimised manner. Thus, it is also possible to optimise component weight. Prior to the application of tailored products, wall thicknesses and the respective degree of deformation as well as the welding seam position can be determined in a FEM (finite element method) simulation. These results are then verified in test series on transfer presses and tube bending machines, with the necessary tool adaptations being determined in the process. This results in weight and cost reductions for deep-drawn components and tube sections. Moreover, this means that especially with regard to tubes, multiple sections can be combined in one component. A feasibility study shows that the level of possible weight and cost savings depends on the respective component geometry and load situation. Additional costs for the production of tailored products and - if necessary - tool modifications also need to be considered. Thus, the amount of savings possible for a part can only be determined on an individual basis.
In this paper a practical way for fatigue life prediction of rubber products under multiaxial loads is shown. This is done by means of fracture mechanical concepts and the energy release rate as the failure criterion. Due to a FEA post-processor the potential energy release rate might be calculated at every material point supposed there was a crack. And therefore the risk of failure and with the help of a strain number curve the time to fatigue is able to be calculated by FEA. This concept is applied for an estimation of the life time of a test specimen with tensile loading from fatigue data of a shear loaded specimen of different design. This rather more theoretical concept of the energy release rate is complemented by experimental crack growth data by a Tear Fatigue Analyzer with its great advantage of reduction of testing time and costs compared to those of fatigue tests. For some materials a thorough characterization of crack growth and fatigue behavior is presented and is applied to estimate the time to fatigue by FEA for a real component under multiaxial loads.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Ermüdungs- und Schädigungsverhalten der in Verbrennungsmotoren eingesetzten Aluminiumgusslegierungen AlSi7Cu0,5Mg-T7 und AlSi12Cu3Ni2Mg-T7. Im Vergleich zur niederzyklischen sowie thermomechanischen Ermüdungsbeanspruchung führt die zusätzliche Überlagerung hochzyklischer Belastungen zu einer signifikanten Lebensdauerreduktion, die mit der Replika-Technik beobachteten Beschleunigung des Kurzrisswachstums erklärt werden kann. Frakto- und metallographische Untersuchungen zeigen, dass Rissinitiierung und Lebensdauerverhalten durch Gussdefekte sowie von belastungs- und temperaturabhängigen Schädigungsmechanismen bestimmt werden. Die Lebensdauern werden mit einem mechanismenbasierten Risswachstumsmodell vorhergesagt. Dazu wird der Schädigungsparameter DTMF,brittle entwickelt, der die charakteristischen Schädigungsmechanismen berücksichtigt. Die Legierung AlSi12Cu3Ni2Mg-T7 wird abschließend mit der Finite-Elemente-Methode und mikrostrukturbasierten Zellmodellen untersucht. Mit den Simulationsergebnissen können die experimentell beobachteten Schädigungsmechanismen fundiert gestützt werden.
Structures for interconnecting active microwave semiconductor-devices, e.g. FET's and MIC's, with the electrical surrounding or with each other have to be designed more and more carefully when increasing the desired upper frequency limit. Therefore, several connecting structures for device embedding have been examined. Mainly, their applicability for the frequency range from 10 GHz to 100 GHz was considered. Additionally, different equivalent circuits were developed to approximately describe their behaviour for CAD-applications.
The embedding of microwave devices is treated by applying the finite-difference method to three-dimensional shielded structures. A program package was developed to evaluate electromagnetic fields inside arbitrary transmission-line connecting structures and to compute the scattering matrix. The air bridge, the transition through a wall, and the bond wire are examined as interconnecting structures. Detailed results are given and discussed regarding the fundamental behavior of embedding.