Redesign af antennetårn for test af antenner i DTU’s radiodøde rum, under integreret anvendelse af Creo Top-Down Design og Creo simulate Indlæg ved.

Præsentationer af emnet: "Redesign af antennetårn for test af antenner i DTU’s radiodøde rum, under integreret anvendelse af Creo Top-Down Design og Creo simulate Indlæg ved."— Præsentationens transcript:

1 Redesign af antennetårn for test af antenner i DTU’s radiodøde rum, under integreret anvendelse af Creo Top-Down Design og Creo simulate Indlæg ved PTC-User Koncerence 6-7 marts 2018 Lektor Georg K. Christensen Konstruktion & Produktudvikling Bygning 426 B

2 Disposition 1) Introduktion til DTU’s near-field test facilitet
2) Nye krav medfører analyse og redesign 3) Struktur: Lejer & andre kritiske maskinelementer 4) CAD model af antennetårn 4.1 Top-Down Design ? 4.1 Udfyldning af rammen (step) 5) Forberedelse til Simulate -5.1 Default mode, part afstande (asembly analyse) -5.2 Bearing stifnesses ? -5.3 Statisk analyse -5.4 Dynamisk analyse 6) 6.1 Udbedring af konstruktionssvagheder 7) Konklusion 18. Januar 2018

3 Introduktion: Det radiodøde rum på DTU
18. Januar 2018

4 Nye krav til antenner og testfacilitet
Antennetårn specifikationer A Vægtkapaciteten: for operationel virke: 300 kg og for sikkerhed 600 kg. ( i dag 250 kg) B Alle nuværende justeringsmuligheder(incl. præcision) skal opretholdes; se ESA-brochure BR-19 p.18 C Kraftmomentkapacitet (i plan defineret af horisontal- og vertikalakser): for operationelt virke 150 kpm og for sikkerhed 300 kpm ( i dag 100 kpm) D Kraftmomentkapacitet (omkring horisontal-akse): for operationel virke 20 kpm og for sikkerhed 40 kpm ( i dag 10 kpm) Re-design med typiske problemer: Uklart hvorledes de eksisterende specifikationer er opfyldt ? En del tegningsmateriale bortkommet- eller med manglende opdateringer Mangelfuld viden om modelhoved og gear opbygning 18. Januar 2018

5 Trin et: struktur Konstruktionens lejer Tynd (25 mm) plade?
18. Januar 2018

6 CAD model af antenne tårn
Top-Down design – forenklet minimalistisk assembly design (beregningstid holdes nede) Mulighed for senere indførte lokale forbedringer ? Kombination af Top-Down design og FEM-ananlyse: Creo Simulate ? Første : skeleton model luftig struktur: vertikale cylinderrør mode 180° ingen top/bund i kasserne lejer modelleret som kasser med yderdimension som de fysiske lejer Skelettet afsluttes med Publish features 18. Januar 2018

7 Assemblyen ”fyldes” via COPY
18. Januar 2018

8 Konstruktionens lejer
SKF-ref xx Lejestivheder estimeret primært ved radiær stivheder, der indgår i fleste udbøjnings- og svingningsformer. Forenklet Leje model ved tilpasset materiale ≈ABS-plast 18. Januar 2018

9 Creo simulate FEM Vi benytter: Default-mode, Bonded Interfaces
som bevirker at alle flader med 0-afstand sammensmeltes til én part Vi tester assembly model for ”0-kontakt” = Global Clearance Model overføres til CREO simulate To typer analyse: dynamisk (modal analyse) statisk (spændinger og udbøjninger) 18. Januar 2018

10 Run settings Temporary files på C-drev Hvis på net-drev CREO crash
18. Januar 2018

11 Hele konstruktionens element-inddeling
18. Januar 2018

12 Modeltårnets egenfrekvenser & modalformer
Resultater: (ca. 15 minutters beregningstid) Mode 1: Frekvens 3.3 Hz 18. Januar 2018

13 Den dynamiske analyse: modal-analysen
Den nemmeste mindst fejlbehæftede FEM-analyse: Ѵ = 1 2𝜋 𝑘 𝑚 [hz] hvor: 𝑘 𝑒𝑟 𝑠𝑡𝑖𝑣ℎ𝑒𝑑 𝑚 𝑒𝑟 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 Altså bliver resultatet rimeligt hvis ”blot” forholdet mellem masse og stivhed er korrekt. Eksempel modelhovedet 18. Januar 2018

14 Det fysiske modelhoved
18. Januar 2018

15 Det kritiske tværsnit 18. Januar 2018

16 Spændingsanalyser (reduceret model)
Største spænding 229 Mpa med med sikkerhedsfaktor 2: 460 Mpa 18. Januar 2018

17 Visning af spændinger i et snitplan: Det er nu muligt at få vist f.eks. spændiger i XY-planet ved i ”Results” vinduet! at vælge View/New og vælge clipping efter XY, (XZ eller YZ) planet i feks. 50% dybde. 18. Januar 2018

18 Ved benyttelse af ISO-spændingsplot for hele assemblyen kan de ”indre, sære spændinger lokaliseres
18. Januar 2018

19 Vanskeligheder og tricks
Der opstår ny geometri når de enkelte komponenter smeltes sammen ved FEM- beregningerne. Det var derfor i nogen tilfælde nødvendigt at modificere overgangene mellem elementer for at fjerne urealistiske spændingskoncentrationer ved f.eks. ”manglende rundinger”. Områder med skarpe hjørner Et resultat af sammensmeltede parter 18. Januar 2018

20 Rundinger tilføjet på partniveau
”runding” tilføjet på lejeparten 18. Januar 2018

21 Løsninger 1) forøget rundingsradius 4 8 20 mm
2) tykkere flange: 13 mm mm 3) bedre materiale : 355 Mpa Mpa (sejhærdet stål) Hvert af ovenstående tiltag vil redde konstruktionen og da der kun skal fremstilles et enkelt eksemplar gennemføres alle tre forbedringer. Dette resulterer umiddelbart i en sikkerhedsfaktor på ca. 8 18. Januar 2018

22 Et detaljertet modelhoved tilføjes
18. Januar 2018

23 Modelhoved check 18. Januar 2018

24 Verifikation udbøjninger ?
Modelhus: Aluminium Aksel: Stål Rullelejer: Timeken 18. Januar 2018

25 Verifikation spændinger/strain ( Δl/l)
18. Januar 2018

26 Konklusion 1) Top-Down fungerer fint sammen med Simulate, idet der kan anvendes gradvis mere detaljerede part modeller. 2) Mindre modifikationer af parter for FEM-analysen er dog ”nødvendig” 3) Beregningstiden er absolut rimelig (i alle analyser fra 5-15 PC minutter). 4) Creo Simulate – med dynamisk analyse synes et godt værktøj til at forstå og lokalisere svagheder ved en struktur. 5) Spændingsberegninger giver et godt grundlag for design modifikationer 6) En komplet måling/eksperimental verifikation har været vanskelig – det fysiske tårn er fundet mere fleksibelt end CAD/FEM-modellen 7) En detailverifikation af både spændinger og udbøjninger synes dog opnået samtidig med en eftervisning af konstruktionens sikkerhed >> 2 8) Den nye indsigt i konstruktionens svagheder vil muliggøre at gode antennemålinger fremover kan blive endnu bedre 9) 18. Januar 2018

27 Lignende akselprofiler
Vestas A/S mølle nav 18. Januar 2018