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Diplomarbeit aus dem Jahr 2002 im Fachbereich Werkstoffkunde, Note: 1,0, Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg in Rheinbach (unbekannt), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die empirische und simulative Untersuchung des Steifigkeitsverhaltens einer Metall-Weichstoff Zylinderkopfdichtung.
In verschiedenen praktischen Versuchen werden Festigkeitskennwerte ermittelt, die die Grundlage für eine numerische Simulation mit der finiten Elemente Methode (FEM) bilden. So wird z.B. untersucht, welchen Einfluß die Betriebstemperatur oder die Alterung auf das Verhalten der Dichtung ausübt.
Um die gewonnenen Daten in ein rechnertaugliches Format zu überführen, werden die nichtlinear-elastoplastischen Spannungs-Dehnungsfunktionen in multilinear-elastische Funktionen abstrahiert. Das wird dadurch legitimiert, daß die aus Metall, Polymeren und Fasern bestehende Dichtung so aufgebaut ist, daß sie ab einem bestimmten Deformationsgrad wie eine Feder arbeitet.
In gleicher Weise wird mit der Geometrie des Zylinderkopfes, der ZKD und dem Kurbelgehäuse verfahren: Hier wird Krummes durch Gerades ersetzt, also Kontinuierliches durch Diskretes. Durch dieses Verfahren wird zwar niemals eine exakte Lösung erreicht, der Diskretisierungsfehler kann aber beliebig gering gehalten werden, indem der Grad der Vernetzung verfeinert wird. Eine Verfeinerung wird allerdings mit dem Preis langer Rechenzeiten bezahlt. Um dennoch der Forderung nach einem möglichst genauen Ergebnis gerecht zu werden, wird die Rechnung mit zwei unterschiedlich detailierten Modellen durchgeführt. Zunächst wird ein einzelner Zylinder betrachtet, der eine redundante Einheit des Gesamtsystems verkörpert. Hier wird der Grad der Vernetzung sehr hoch gewählt, um das Pressungsverhalten im Detail zu betrachten. Die Simulation am Gesamtsystem wird hingegen nicht so fein vernetzt, weil dieses Rechenergebnis nur eine Aussage über Spannungs- und Dehnungsunterschiede zwischen den einzelnen Zylindern liefern soll.
Die gewonnenen Erkenntnisse aus der Simulation werden durch einen geeigneten Versuch am Motor mit dem tatsächlichen Verformungsverhalten der Zylinderkopfdichtung verglichen.
Die vorliegende Arbeit zeigt, daß eine realistische Simulation des Steifigkeitsverhaltens einer Zylinderkopfdichtung mittels FEM möglich ist.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung1
1.1Allgemeines1
1.2Problemdarstellung1
2.Theorie3
2.1Auslegungsparameter für eine Zylinderkopfdichtung3
2.2Die Weichstoffverbunddichtung3
2.2.1Aufbau und Funktionsprinzip3
2.2.2Rheologisches Modell5
2.2.3Prüfung des Verformungsverhaltens7
3.Ermittlung des Ersatz-Elastizitätsmoduls9
3.1Ermittlung der Höchstflächenpressung9
3.1.1Maschinendaten9
3.1.2Versuchsdurchführung und Ergebnisse9
3.2Rahmenbedingung10
3.3Ermittlung des Ersatz-E-Moduls unter Berücksichtigung des Setzverhaltens11
3.3.1Maschinendaten11
3.3.2Versuchsaufbau und Durchführung11
3.4Ermittlung des Ersatz-E-Moduls unter Berücksichtigung des Temperatureinflusses12
3.4.1Maschinendaten13
3.4.2Versuchsaufbau und Durchf uhrung13
3.5Ergebnisse14
3.6Bewertung der Ergebnisse19
4.FE-Simulation20
4.1Modellstruktur20
4.1.1Verschraubung20
4.1.2Geometrie23
4.1.3Systemgrenzen23
4.1.4Werkstoffeigenschaften25
4.2FE-Modell27
4.2.1Vernetzung27
4.2.2Festhaltungen und Kräfte30
4.2.3Ergebnisse der detaillierten FE-Simulation31
4.3Verformungssimulation am gesamten Motor34
4.3.1Ergebnisse und Auswertung36
5.Verformungsuntersuchung der Zylinderkopfdichtung im eingebauten Zustand39
6.Zusammenfassung42
A.Die MLS-Zylinderkopfdichtung als Alternative43
A.1Funktionsweise44
B.Der Motor BF 6 M 2013 C45
B.1Baubeschreibun...
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Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die empirische und simulative Untersuchung des Steifigkeitsverhaltens einer Metall-Weichstoff Zylinderkopfdichtung.
In verschiedenen praktischen Versuchen werden Festigkeitskennwerte ermittelt, die die Grundlage für eine numerische Simulation mit der finiten Elemente Methode (FEM) bilden. So wird z.B. untersucht, welchen Einfluß die Betriebstemperatur oder die Alterung auf das Verhalten der Dichtung ausübt.
Um die gewonnenen Daten in ein rechnertaugliches Format zu überführen, werden die nichtlinear-elastoplastischen Spannungs-Dehnungsfunktionen in multilinear-elastische Funktionen abstrahiert. Das wird dadurch legitimiert, daß die aus Metall, Polymeren und Fasern bestehende Dichtung so aufgebaut ist, daß sie ab einem bestimmten Deformationsgrad wie eine Feder arbeitet.
In gleicher Weise wird mit der Geometrie des Zylinderkopfes, der ZKD und dem Kurbelgehäuse verfahren: Hier wird Krummes durch Gerades ersetzt, also Kontinuierliches durch Diskretes. Durch dieses Verfahren wird zwar niemals eine exakte Lösung erreicht, der Diskretisierungsfehler kann aber beliebig gering gehalten werden, indem der Grad der Vernetzung verfeinert wird. Eine Verfeinerung wird allerdings mit dem Preis langer Rechenzeiten bezahlt. Um dennoch der Forderung nach einem möglichst genauen Ergebnis gerecht zu werden, wird die Rechnung mit zwei unterschiedlich detailierten Modellen durchgeführt. Zunächst wird ein einzelner Zylinder betrachtet, der eine redundante Einheit des Gesamtsystems verkörpert. Hier wird der Grad der Vernetzung sehr hoch gewählt, um das Pressungsverhalten im Detail zu betrachten. Die Simulation am Gesamtsystem wird hingegen nicht so fein vernetzt, weil dieses Rechenergebnis nur eine Aussage über Spannungs- und Dehnungsunterschiede zwischen den einzelnen Zylindern liefern soll.
Die gewonnenen Erkenntnisse aus der Simulation werden durch einen geeigneten Versuch am Motor mit dem tatsächlichen Verformungsverhalten der Zylinderkopfdichtung verglichen.
Die vorliegende Arbeit zeigt, daß eine realistische Simulation des Steifigkeitsverhaltens einer Zylinderkopfdichtung mittels FEM möglich ist.
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1.Einleitung1
1.1Allgemeines1
1.2Problemdarstellung1
2.Theorie3
2.1Auslegungsparameter für eine Zylinderkopfdichtung3
2.2Die Weichstoffverbunddichtung3
2.2.1Aufbau und Funktionsprinzip3
2.2.2Rheologisches Modell5
2.2.3Prüfung des Verformungsverhaltens7
3.Ermittlung des Ersatz-Elastizitätsmoduls9
3.1Ermittlung der Höchstflächenpressung9
3.1.1Maschinendaten9
3.1.2Versuchsdurchführung und Ergebnisse9
3.2Rahmenbedingung10
3.3Ermittlung des Ersatz-E-Moduls unter Berücksichtigung des Setzverhaltens11
3.3.1Maschinendaten11
3.3.2Versuchsaufbau und Durchführung11
3.4Ermittlung des Ersatz-E-Moduls unter Berücksichtigung des Temperatureinflusses12
3.4.1Maschinendaten13
3.4.2Versuchsaufbau und Durchf uhrung13
3.5Ergebnisse14
3.6Bewertung der Ergebnisse19
4.FE-Simulation20
4.1Modellstruktur20
4.1.1Verschraubung20
4.1.2Geometrie23
4.1.3Systemgrenzen23
4.1.4Werkstoffeigenschaften25
4.2FE-Modell27
4.2.1Vernetzung27
4.2.2Festhaltungen und Kräfte30
4.2.3Ergebnisse der detaillierten FE-Simulation31
4.3Verformungssimulation am gesamten Motor34
4.3.1Ergebnisse und Auswertung36
5.Verformungsuntersuchung der Zylinderkopfdichtung im eingebauten Zustand39
6.Zusammenfassung42
A.Die MLS-Zylinderkopfdichtung als Alternative43
A.1Funktionsweise44
B.Der Motor BF 6 M 2013 C45
B.1Baubeschreibun...
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