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14. SAXON SIMULATION MEETING : Präsentationen und Vorträge des 14. Anwendertreffens am 25. März 2025 an der Technischen Universität Chemnitz
No full textVon der Professur Montage- und Handhabungstechnik der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Chemnitz wird seit 2009 das jährliche Simulationsanwendertreffen SAXSIM organisiert. Ausgewählte Beiträge werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. Das 14. Anwendertreffen SAXSIM fand am 25.03.2025 an der TU Chemnitz statt.The Chair of Assembly and Handling Technology, which belongs to the Faculty of Mechanical Engineering, has organized the annual simulation user meeting SAXSIM since 2009. Select contributions will be published in conference proceedings. The 14th SAXSIM user meeting took place at Technische Universität Chemnitz on March 25, 2025
Analysis of a Bolted Connection Using an Internal Serration Head Screw: Applying Cyclic Symmetry, Nonlinear Contact & Time History in Creo Simulate
No full textThe presentation describes the analytical and numerical (FEM-supported) calculation of a
bolted joint with an internal serration head bolt according to LN 29950 as well as the experimental
determination of the coefficients of friction in the thread and under the bolt head. The numerical
calculation focuses in particular on the structure of the computational model and the use of the
commercial FEM software Creo Simulate.
The application is an aluminium circuit board holder for a flight hardware component that is
essentially only exposed to thermal loads (heating up, cooling down). The holder is fastened with
titanium bolts MJ3x7 or MJ3x8 according to LN 29950. The application problem was that in series
assembly after delivery of a new bolt lot, the new bolts suddenly broke off during tightening.
Friction coefficient measurements showed that with an unfavourable combination of bolt/Helicoil
insert, the new bolt lot had much lower friction coefficients, so that when the bolts were tightened
with a torque tool, the bolts in the threaded part broke off due to overstressing.
New friction coefficient measurements were therefore carried out for the new bolt lot to determine a
reduced, safe tightening torque, which are described in the presentation. The measurements
unexpectedly revealed that the removal of the tightening torque was accompanied by a
simultaneous drop in the preload of the bolts of approximately 120 N.
The presentation goes on to discuss the computational determination of bolt stress during
tightening using a torque tool (analytically acc. to VDI 2230 and numerically using the FEM
method) and during operation (numerically only, also taking into account bolt embedding), whereby
the computational model and the calculation methodology for the Creo Simulate software
programme used are described in such detail that users of this programme can set up the
computational model themselves and carry out a calculation. The use of cyclic symmetry for the
model structure (30° segment), which saves an enormous amount of calculation time, should be
emphasised in particular.
The analyses show that the most critical stress condition actually occurs when tightening with a
torque spanner, while all subsequent operating loads generate lower stresses. Finally, it is
described that the loss of preload when the torque is removed is due to the elasticity conditions in
the bolt head: The pressure of the internal multi-tooth bit on the internal tooth flanks during
tightening causes the bolt head to expand elastically and the bolt shank to be additionally
tensioned via a leverage effect. Therefore, this additional preload is immediately lost when the
tightening torque is removed.Der Vortrag beschreibt die analytische wie numerische (FEM-gestützte) Berechnung einer
Schraubverbindung mit einer Innenvielzahnschraube nach LN 29950 sowie die experimentelle
Ermittlung der Reibzahlen im Gewinde und unter dem Schraubenkopf. Bei der numerischen
Berechnung wird insbesondere auf den Rechenmodellaufbau und die Anwendung der
kommerziellen FEM-Software Creo Simulate eingegangen.
Bei der Anwendung handelt es sich um einen Aluminium-Leiterkartenhalter für eine Flughardware-
komponente, die im Wesentlichen nur thermischen Lasten (Aufheizen, Abkühlen) ausgesetzt ist.
Der Halter wird mit Titanschrauben MJ3x7 bzw. MJ3x8 nach LN 29950 befestigt. Das
Anwendungsproblem bestand daran, dass in der Serienmontage nach Lieferung eines neuen
Schraubenloses beim Anziehen die neuen Schrauben plötzlich abrissen. In Reibwertmessungen
konnte gezeigt werden, dass bei einer ungünstigen Kombination von Schraube/Helicoil-Insert das
neue Schraubenlos viel geringere Reibwerte aufwies, so dass beim Anziehen der Schrauben mit
Drehmomentschlüssel die Schrauben im Gewindeteil wegen Überbeanspruchung abrissen.
Es wurden daher für das neue Schraubenlos neue Reibwertmessungen zur Festlegung eines
reduzierten, sicheren Anzugsmomentes durchgeführt, die im Vortrag beschrieben werden. In den
Messungen konnte unerwartet festgestellt werden, dass mit der Wegnahme des Anzugsmomentes
zeitgleich die Vorspannung der Schrauben um ungefähr 120 N abfiel.
Der Vortrag geht im weiteren auf die rechnerische Bestimmung der Schraubenbeanspruchung
beim Anziehen mittels Drehmomentschlüssel (analytisch nach VDI 2230 und numerisch mit der
FEM-Methode) sowie im Betrieb ein (nur numerisch, auch unter Berücksichtigung von
Schraubensetzen), wobei das Rechenmodell und die Berechnungsmethodik für das verwendete
Softwareprogramm Creo Simulate so detailliert beschrieben werden, dass Anwender dieses
Programmes das Rechenmodell selbst aufbauen und eine Berechnung durchführen können.
Hervorzuheben ist dabei insbesondere die Verwendung zyklischer Symmetrie für den
Modellaufbau (30°-Segment), die eine enorme Rechenzeitersparnis mit sich bringt.
Die Analysen zeigen, dass tatsächlich der kritischste Beanspruchungszustand beim Anziehen mit
Drehmomentschlüssel entsteht, während alle späteren Betriebslasten geringere Beanspruchungen
erzeugen. Abschließend wird beschrieben, dass der Vorspannkraftverlust beim Wegnehmen des
Torsionsmomentes zurückzuführen ist auf die Elastizitätsverhältnisse im Schraubenkopf: Durch
den Druck des Innenvielzahnbits auf die Innenzahnflanken beim Anziehen wird der Schraubenkopf
elastisch geweitet und über eine Hebelwirkung der Schraubenschaft zusätzlich gespannt. Diese
zusätzliche Vorspannung geht damit sofort beim Wegnehmen des Anzugsmomentes verloren
Generatives Design mit Creo Parametric GTO
No full textCreo Parametric Generative Design erstellt automatisch optimierte Designs basierend auf Designräume und Materialien, Randbedingungen und Belastungen. Der Prozess ist interaktiv und nahtlos in Creo integriert, was zu schnellen und innovativen Lösungen führt.Creo Parametric Generative Design automatically creates optimised designs based on design spaces and materials, boundary conditions and loads. The process is interactive and seamlessly integrated into Creo, resulting in fast and innovative solutions
Numerische Simulation und Optimierung der Vernetzungsstrategien für additiv gefertigte Wärmeübertrager mit Gyroidstrukturen
No full textAdditiv gefertigte Strukturen, insbesondere Gyroidgitter, zeichnen sich durch ihre einzigartige Geometrie aus, die erhebliche Vorteile für die Effizienz und Leistungsfähigkeit von Wärmeübertragern bietet. Ziel dieses Beitrags ist die Entwicklung einer innovativen Vernetzungsstrategie, die eine präzise numerische Simulation der Wärmeübertragung in diesen Strukturen ermöglicht. Der Fokus liegt auf der effizienten Nutzung moderner numerischer Simulationswerkzeuge (CFD) in Kombination mit der am Laserinstitut der Hochschule Mittweida (LHM) entwickelten Mikro-SLM-Technologie, die die Fertigung hochpräziser Geometrien aus 316L-Edelstahl erlaubt. Neben der impliziten Konstruktion konzentriert sich der Beitrag auf spezifische Vernetzungsstrategien im Preprocessing der CFD-Simulation. Dazu gehören die Iteration von Wachstumsraten zur Grenzschichtvernetzung, insbesondere für das SST-k-omega-Turbulenzmodell, sowie das Wrapped-Meshing mit Interfacebildung und die Optimierung von Aspektverhältnissen bei Polyhedralen Elementen. Diese Techniken verbessern die Netzqualität erheblich und fördern die Lösungskonvergenz, was zu einer robusteren Abbildung physikalischer Prozesse führt. Die Ergebnisse zeigen, dass die entwickelte Vernetzungsstrategie den Rechenaufwand deutlich reduziert, ohne die Genauigkeit der Simulationsergebnisse zu beeinträchtigen. Experimentelle Validierungen am Prüfstand bestätigen die Simulationsergebnisse und zeigen das Potenzial für die industrielle Umsetzung innovativer Wärmeübertrager.Additively manufactured structures, especially gyroid lattices, are characterized by their unique geometry, which offers significant advantages for the efficiency and performance of heat exchangers. The aim of this work is to develop an innovative meshing strategy that allows a precise numerical simulation of the heat transfer within these structures. The focus is on the efficient use of modern numerical simulation tools (CFD) in combination with the micro-SLM technology developed at the Laser Institute of the University of Applied Sciences Mittweida (LHM), which allows the fabrication of high-precision geometries from 316L stainless steel. In addition to implicit modeling, the paper focuses on specific meshing strategies in the pre-processing phase of the CFD simulation. These include iterative growth rates for boundary layer meshing, especially for the SST-k-omega turbulence model, as well as wrapped meshing with interface creation and aspect ratio optimization of polyhedral elements. These techniques significantly improve mesh quality and promote solution convergence, resulting in a more robust representation of the physical processes. The results show that the developed meshing strategy significantly reduces the computational effort without compromising the accuracy of the simulation results. Experimental validations on test benches confirm the simulation results and highlight the potential for industrial implementation of innovative heat exchangers
Virtuelle Prozesskette der Bipolarplattenherstellung – vom Hohlprägewalzen bis zum Fügen
No full textHohlprägewalzen ist eine vielversprechende Technologie für die Umformung metallischer Bipolarhalbplatten für Brennstoffzellenanwendungen, die vorrangig aufgrund der hohen erreichbaren Produktionsraten weiterentwickelt wird. Im Kontext der hohen Dynamik von Produkt- und Fertigungsentwicklung werden am Fraunhofer IWU hochaufgelöste Finite-Elemente-Simulationen stetig weiterentwickelt, um die Potenziale numerischer Berechnungsmethoden für die technologische Prozessoptimierung und Anlagenentwicklung zu nutzen. Mit der übergeordneten Zielstellung einer durchgängigen virtuellen Prozesskettenbeschreibung (digitaler Zwilling) werden diese numerischen Lösungen im vorliegenden Artikel vorgestellt. Dabei liegt der Fokus nicht nur auf der Modellbildung für eine effiziente Umformsimulation des Hohlprägewalzens, sondern auch auf der Prognose der Ebenheitsabweichungen nach der Umformung. Dies stellt zugleich die Basis dar, um perspektivisch auch den Fügeprozess in die virtuelle Prozesskette zu integrieren und damit die Qualität der Bipolarplatten zu prognostizieren bzw. übergreifend optimieren zu können. Effiziente schalenbasierte Modellierungsansätze sind die Grundlage, um auch industrieübliche Plattengrößen von bis zu 600 cm² Fläche vollständig virtuell abbilden zu können
Migration lokal aushandeln: Aufnahme und Ankommen von Geflüchteten in ländlichen Räumen
No full textDiese kumulative Dissertation untersucht die Aushandlungsprozesse von Migration in ländlichen Fallstudien mit einem besonderen Fokus auf Fluchtmigration in Deutschland. Ländliche Regionen werden hierbei sowohl als räumlicher Kontext für Migrationsprozesse als auch als Produktionsorte von Migrationsgesellschaften betrachtet. Als übergeordnete Forschungsperspektive dient der Ansatz ‚lokaler Migrationsregime‘. Die empirischen Grundlagen der Dissertation bilden überwiegend qualitative Daten aus zwei Forschungsprojekten, die zwischen 2018 und 2023 in verschiedenen deutschen Kommunen unterschiedlicher Größe durchgeführt wurden: Das Verbundforschungsprojekt „Zukunft für Geflüchtete in ländlichen Regionen Deutschlands“ sowie das internationale Verbundprojekt „Whole-COMM - Exploring the Integration of Post-2014 Migrants in Small and Medium-Sized Towns and Rural Areas from a Whole of Community Perspective“. Die Dissertation umfasst sechs Fachzeitschriftenartikel, die in peer-reviewed Journals angenommen wurden und verschiedene Aspekte lokaler Aushandlungsprozesse thematisieren.This cumulative dissertation examines the negotiation processes of migration in rural case studies, with a particular focus on forced migration in Germany. In this context, rural regions are regarded as both spatial contexts for migration processes and as spaces of production of migration societies. The framework perspective is based on the 'local migration regime' approach. This dissertation primarily employs qualitative data from two research projects conducted between 2018 and 2023 in various municipalities of different sizes in Germany: the collaborative research project 'Future for Refugees in Rural Regions of Germany' and the international collaborative research project 'Whole-COMM - Exploring the Integration of Post-2014 Migrants in Small and Medium-Sized Towns and Rural Areas from a Whole of Community Perspective.' The dissertation comprises six journal articles accepted for publication in peer-reviewed journals, each addressing different aspects of local negotiation processes
Fingerprint Analysis of post-processing of AM 316L using Jet-ECM
No full textLaser Powder Bed Fusion (LPBF) enables the production of complex metal components, but the
resulting surface roughness often exceeds acceptable limits, requiring post-processing.
Electrochemical methods, particularly Jet Electrochemical Machining (Jet-ECM), are promising due
to their non-mechanical nature and ability to access complex geometries. This study presents a
fingerprint analysis of Jet-ECM post-processing of LPBF-manufactured 316L stainless steel. The
influence of key process parameters–such as machining voltage, nozzle travel speed, working gap–
and process features including current density and charge transfer, is evaluated. Statistical
techniques were used to map the parameter space and examine the relationships between process
inputs and resulting surface morphology. Results show that the effects of process parameters differ
when applied to rough LPBF surfaces compared to conventionally smooth ones. Charge transfer
was identified as a particularly critical factor in achieving consistent surface modification. This
analysis provides a basis for optimizing electrochemical post-processing of AM components
Experimental investigations into electrochemical deposition of high entropy alloy towards moulding/tooling applications
No full textHigh entropy alloys (HEAs) are gaining attention as advanced manufacturing materials due to their
exceptional combination of strength, wear resistance, and thermal stability. Consisting of five or more
elements, HEAs benefit from high configurational entropy, which reduces Gibbs free energy and
promotes the formation of stable solid-solution phases over brittle intermetallic compounds, resulting
in outstanding mechanical, thermal, and chemical properties. This study investigates the
electrochemical deposition of a CoCuFeMoWNi HEA from aqueous solution, aiming for applications
in moulding and tooling. The research examines how various process parameters such as current
density, pulse characteristics, pH, and electrolyte temperature affect the quality of the deposited
HEA. Surface morphology and compositional consistency were analyzed to assess suitability for
moulding and tooling conditions. Findings highlight that controlled electrochemical deposition of
CoCuFeMoWNi enables a potential approach for incorporating electrochemically deposited HEAs
into manufacturing process chains
Simulation-based investigation of the influence of pulse parameters in pulsed electrochemical machining
No full textPulsed electrochemical machining is based on the anodic metal dissolution of the workpiece material
regardless of its mechanical properties. The main feature of pulsed electrochemical machining is the
use of a pulsed direct current to increase machining accuracy and improve process stability and
reproducibility. Due to the high number of different physical interactions, an analytical prediction of
the process results is only possible to a very limited extent.
In this work, a simulation model for pulsed electrochemical machining based on multi-ion modeling
was developed. This model was used to investigate the influence of pulse duration and interelectrode
gap on the resulting electric current density and current efficiency
Towards Virtual Reality Supported Participatory Infrastructure Planning Processes: Assessing the Safety of Pedestrian Choices
No full textUrban planners aim to involve citizens into their design processes, e.g., the planning of new traffic infrastructure, to better understand citizens’ needs and wishes, foster acceptance for new infrastructure, and reduce the risk and cost of planning mistakes early on. Using VR technologies has been proposed as a viable solution to facilitate this involvement, as in comparison VR models are easy to design, implement, and evaluate. Our research focuses on whether citizens behave safely in a VR based traffic infrastructure simulation. We conducted a VR study using 360° videos to evaluate citizens' estimation of an approaching vehicle’s speed and their decisions whether to cross a road in front of it. Preliminary results indicate that citizens are unable to correctly name speeds of approaching vehicles, crossing decisions were safe for a slim majority at slow speeds (30 kph) and deteriorated with higher speed s. At 60+ kph the distance to the vehicle was smaller than the required stopping sight distance in almost all evaluations