CAx - Glossar

Robustheit

Robustheit (v.lat.: robustus; aus robur Hart- Eichenholz) ist die Fähigkeit eines Systems, seltenere Vorkommnisse der Umwelt, die in ihren Eigenschaften stark abweichend sind, geschehen lassen zu können, ohne dass der Fortgang des Systems hiervon wesentlich betroffen ist.

In der Informatik wird der Begriff Robustheit auch verwendet, um die Eigenschaft eines Verfahrens zu beschreiben, auch unter ungünstigen Bedingungen noch zuverlässig zu funktionieren. Oft ist damit gemeint, dass ein Algorithmus auch dann noch zügig und korrekt ein Ergebnis liefert, wenn der schlimmste Fall (Worst-Case) eintritt. Damit kann gemeint sein, dass ein Verfahren Fehlersituation erkennt und umgeht. Es gibt aber auch Algorithmen, die nur unter bestimmten Bedingungen effizient arbeiten, aber ineffektiv sind, wenn diese Bedingungen nicht gegeben sind.

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Sensitivität

In der Statistik bezeichnet die Sensitivität (auch Richtigpositiv-Rate, Empfindlichkeit oder Trefferquote; englisch sensitivity oder true positive rate) eines statistischen Tests oder einer anderen Klassifizierung die Wahrscheinlichkeit, einen tatsächlich positiven Sachverhalt auch durch ein positives Testergebnis zu erkennen. Sie gibt also den Anteil der richtig als positiv (richtig positiv) erkannten Sachverhalte an der Gesamtheit der in Wirklichkeit positiven Sachverhalte an.

Die Sensitivität entspricht der bedingten Wahrscheinlichkeit.

Mit Hilfe einer numerischen Sensitivitätsanalyse wird untersucht, welche Eingangsparameter einen dominierenden Einfluss auf definierte Ergebnisgrößen haben. Im Gegensatz zur „One-factor-at-a-time“-Methode (OFAT), bei der in einer Analyse jeweils nur ein Parameter variiert und die weiteren Parameter konstant gehalten werden, basieren Monte-Carlo-Ansätze und Verfahren des Design-of-Experiments auf einer gleichzeitigen Variation aller zu analysierenden Parameter. Hierbei werden i.d.R. sowohl einstellbare Größen (Design-Parameter) als auch potenzielle Störgrößen betrachtet.

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Strukturoptimierung

Die Strukturoptimierung ist ein Werkzeug für Konstruktions- und Berechnungsingenieure. Durch die Anwendung mathematischer Algorithmen können bessere oder sogar optimale Entwürfe für die Bauteilstruktur ermittelt werden. Im Rahmen einer Strukturoptimierung wird eine Zielfunktion minimiert oder maximiert. Beispiele für Zielfunktionen sind die Maximierung der Steifigkeit und die Minimierung von Spannungen bzw. Dehnungen.

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Prüfstand

Ein Prüfstand ist ein Gerät oder eine Vorrichtung, mit dem ein technischer Gegenstand auf seine Eigenschaften reproduzierbar geprüft werden kann. Zu einem Prüfstand gehört neben der mechanischen Ausführung zur Aufnahme des Prüfgegenstandes auch die entsprechende Sensorik um die Eigenschaften generieren und Messwerte protokollieren zu können.

Zur Sicherstellung der Zuverlässigkeit sicherheitsrelevanter Maschinenbaukomponenten und -baugruppen ist das Prüfen der mechanischen Belastbarkeit unter möglichst realitätsnahen Lasten von hoher Bedeutung. Am Fraunhofer LBF werden solche Versuche mit Hilfe komplexer, mehrkanaliger, hydraulischer Prüfstände durchgeführt. Diese werden in der Regel servohydraulisch angetrieben (vgl. www.wikipedia.de, Stand 10.03.2008)

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Degradation

Degradation oder Degradierung (von lat. degrado = herabsetzen) bezeichnet in der Regel die Veränderung bestimmter Eigenschaften im Sinne einer Verschlechterung (vgl. www.wikipedia.de, Stand 10.03.2008)

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deterministisch

Ein Modell heißt im eigentlichen Sinn deterministisch, wenn eine eindeutige Beziehung zwischen Eingabedaten und Ausgabedaten besteht. In der Simulationspraxis wird der Begriff „deterministisch“ oftmals für Berechnungen verwendet, bei denen von ideal-eindeutigen Parameterwerten ausgegangen wird. Dem gegenüber stehen statistische und stochastische Simulationsansätze, bei denen den Parameterwerten Streuungsverteilungen zugeordnet werden.

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Monte-Carlo-Methode

Monte-Carlo-Verfahren erzeugen, anhand gegebener Verteilungsfunktionen der streuenden Einflussgrößen, zufällig Versuchspunkte (Stichproben, engl.: Samples).

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Latin-Hypercube-Sampling

Das Latin-Hypercube-Sampling ist eine Weiterentwicklung der „klassischen“ Monte-Carlo-Methode. Die Versuchspunkte werden nicht mehr unsystematisch über die Verteilungsfunktionen der Einflussgrößen gestreut. Die Stichproben werden zwar immer noch zufällig erzeugt, jedoch so, dass ein möglichst großer Versuchsraum entsteht (die Variationsbreiten der Einflussgrößen werden optimal ausgenutzt). Außerdem werden die Versuchspunkte möglichst gleichmäßig im Versuchsraum verteilt.

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Finite-Elemente-Methode (FEM)

Die Finite-Elemente-Methode ist ein numerisches Verfahren zur näherungsweisen Lösung von partiellen Differentialgleichungen mit Randbedingungen.

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Drive-File-Iteration

Als Drive-File wird das Signal bezeichnet, welches am Eingang eines Kanals eines Prüfstands eingespeist wird, um einen gewünschten Zeitverlauf am Ausgang zu erhalten. Bei geregelten Systemen handelt es sich typischerweise um den (angepassten) Sollwert am Reglereingang. Der Optimierungsvorgang zur Generierung von Drive-Files wird i.A. als Drive-File-Iteration bezeichnet.

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Robust Design

Robust Design Ziel des Robust Design ist die qualitative und quantitative Erfassung unsicherer Herstellungs- und Einsatzbedingungen technischer Produkte und ein daraus abgeleiteter verbesserter Entwicklungsprozess, der u.a. Toleranzen in Materialeigenschaften und Fertigungsprozessen von Beginn an berücksichtigt. Nicht das nachträgliche Entdecken von Fehlern steht im Fokus, sondern eine Entwurfsmethodik für das Design robuster Systeme, die die unvermeidbaren Schwankungen von vornherein einbezieht [Burblies, A. & Clees, T.: Computer Aided Robust Design – auf dem Weg zur simulierten Realität. Wt Werkstatttechnik online Jahrgang 98, H. 1/2 (2008)]

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Drehgestell

Laufwerksbauteil an Schienenfahrzeugen, das mehrere Achsen in einem Rahmen zusammenfasst, der um die Hochachse drehbar ist (vgl. www.wikiweise.de, Stand 10.03.2008).

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Rheologie

Die Rheologie ist die Wissenschaft, die sich mit dem Verformungs- und Fließverhalten von Materie beschäftigt. Die Rheologie umfasst daher Teilgebiete der Elastizitätstheorie, der Plastizitätstheorie und der Strömungslehre (vgl. www.wikipedia.de, Stand 10.03.2008)

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Mehrkörpersimulation

Mit Mehrkörpersimulationen wird i.d.R. die Dynamik von Starrkörpern, die über Gelenke und Kraftelemente miteinander verbunden sind berechnet. Zunehmend werden in Mehrkörpersimulationen auch flexible („modale“) Körper verwendet.

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Vermikulargraphit

Vermikulargraphit ist eine Graphitform, die bei der Erzeugung von Eisengussprodukten entstehen kann. Als Vermikulargraphit bezeichnet man eine Anhäufung von Vermikeln. Die Gestalt der einzelnen Vermikeln lässt sich als wurmartig oder flächig gekrümmt beschreiben. Die Form von Vermikulargraphit kann durch die EN ISO 945 klassiert werden. Die Entstehung von Vermikulargraphit kann und wird im Produktionsprozess teilweise gezielt eingestellt. Zum Beispiel werden einige Gehäuse von Verbrennungsmotoren aus Gusseisen mit Vermikulargraphit gefertigt. Gusseisen mit Vermikulargraphit zeigt häufig physikalische Eigenschaften, die in ihrer Größe zwischen den Eigenschaften von Gusseisen mit Kugelgraphit und Gusseisen mit Lamellengraphit liegen.

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Nodularität

Die Nodularität ist ein Maß für die Kugelförmigkeit des Graphits in Gusseisen und bestimmt die lokalen Festigkeitseigenschaften.

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Spaltprofilieren

Das neuartige Umformverfahren Spaltprofilieren ermöglicht es, mittels Kaltumformung Verzweigungen in Blechprofile einzubringen, ohne dass notwendigerweise Fügeoperationen oder Materialdopplungen erforderlich sind.

Beim Spaltprofilieren wird ein ebenes Blechband durch eine stumpfwinklige Spaltwalze und zwei Hilfswalzen bei Raumtemperatur umgeformt. Die spezifische Werkzeuganordnung fördert die Entstehung großer Druckspannungsanteile während des Prozesses, womit das Formänderungsvermögen der eingesetzten Werkstoffe steigerbar ist.

Aus den so entstehenden Doppel-T- oder Doppel-Y-Profilen können durch weiteres Einformen komplexe Profile hergestellt werden. Für diese sind vielfältige multifunktionale Anwendungen etwa als Führungsschienen, Trag- oder Crashstrukturen, Wärmetauscher, Linearführungen oder Fluidkanäle denkbar.

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Laststandard

Auf Basis von Last-Zeit-Reihen mit statistischen Methoden abgeleitete Belastungsmodule, welche mittels einer definierten Wiederholungsvorschrift den Laststandard widerspiegeln. Des Weiteren werden Skalierungsgrößen (z.B. Achslast, D-Wert) genutzt, um die Belastungsmodule hinsichtlich Amplitude und Prüfdauer an die Umstände der zu prüfenden Konstruktion anzupassen. Laststandards können sowohl für experimentelle als auch numerische Festigkeitsuntersuchungen eingesetzt werden.

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Fügeverbindungen

Als Fügeverbindung bezeichnet man die Verbindung zweier Fügepartner mittels eines Fügeverfahrens. Wobei man unter Fügen in der Fertigungstechnik die dauerhafte Verbindung mindestens zweier Bauteile versteht. Beispiele für Fügeverbindungen sind Kleb-, Schweiß-, Löt-, Niet- oder auch Schraubverbindungen.

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Versagenskriterium

Mit Hilfe eines definierten Versagenskriteriums, z.B. 10% Steifigkeitsverlust, wird der Zeitpunkt festgelegt, zu dem eine Probe oder ein Bauteil beispielsweise im Laufe eines Schwingfestigkeitsversuchs versagt.

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thermoelastische Spannungsanalyse

Diese beruht auf dem thermoelastischen Effekt, welcher besagt, dass elastische Deformationen eines Werkstoffes Temperaturveränderungen hervorrufen. Die Messung der im Milli-Kelvin-Bereich liegenden Temperaturänderungen über einen Lastwechsel bzw. eine Folge von Lastwechseln ermöglicht, auf Spannungen an der Bauteiloberfläche rückzuschließen.

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Dehnungskonzept

Das Dehnungskonzept wird zur Betriebsfestigkeitsbewertung verwendet. Als Eingangsgrößen werden Geometrie, Materialdaten und Last-Zeit-Reihe benötigt. Aus der Geometrie und den Materialdaten wird die Last-Kerbdehnungs-Beziehung abgeleitet. Zusammen mit der Last-Zeit-Reihe ergibt sich der Last-Dehnungsverlauf und daraus der lokale Spannungs-Dehnungs-Verlauf. Mit den Materialdaten und den Schädigungsparametern wird die Material Lebensdauerlinie bestimmt und der zuvor ermittelte lokale Spannungs-Dehnungs-Verlauf beurteilt. Dadurch ergeben sich die Schädigungen für die Schwingspiele bzw. die geschlossenen Hystereseschleifen. Bei der anschließenden Schädigungsakkumulation werden die einzelnen Schädigungen zu einer Gesamtschädigung zusammengerechnet und es ergibt sich die gesuchte Lebensdauerlinie zur Betriebsfestigkeitsabschätzung.

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Scherzugproben

Eine Scherzugprobe ist eine überlappte Flachprobe (zwei gefügte Bleche), die auf Scherzug beansprucht wird. Flachproben bestechen durch ihre Einfachheit, einheitliche genormte Größen für die Vergleichbarkeit und die Eignung für alle Verbindungsarten, wie punktförmige, linienartige, flächige und hybride Verbindungen.

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Spannungskonzept

Das Spannungskonzept wird zur Betriebsfestigkeitsbewertung verwendet. Als Eingangsgrößen werden Geometrie, Werkstoffdaten (E-Modul, Querkontraktionszahl), Werkstoffwöhlerlinie und Last-Zeit-Reihen benötigt. Mit Hilfe z.B. von der Finiten-Element-Methode (FEM) wird ein Einheitslastfall berechnet und die maximale lokale Spannung ermittelt. Das Spannungskonzept beruht auf linear-elastischem Werkstoffverhalten, das bedeutet, dass sich diese Spannungen über die Last skalieren lassen. Daher wird im nächsten Schritt die lokale Spannung bei Einheitslast mit der Last-Zeit-Reihe skaliert und ein lokaler Spannungs-Zeit-Verlauf ermittelt. Über ein Zählverfahren (z.B. Rainflow-Zählung) werden alle geschlossenen Hystereseschleifen (Schwingspiele) erfasst. In der linearen Schädigungsakkumulation werden die einzelnen Schwingspiele mit der Werkstoffwöhlerlinie bewertet und die Schädigungsanteile berechnet. Anschließend werden die Einzelschädigungen zu einer Gesamtschädigung zusammengerechnet und mit der maximal zulässigen Schadenssumme verglichen.

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Widerstandspunktschweißen

Beim Widerstandspunktschweißen handelt es sich um ein Fügeverfahren. Dabei werden überlappende Bleche mechanisch mit zwei Elektroden zusammengedrückt. Zwischen den beiden Elektroden wird ein elektrischer Strom angelegt, der durch die Bleche fließt. Durch den elektrischen Widerstand entsteht Wärme, besonders im Übergangsbereich zwischen den Blechen. Dadurch kommt es zu einem kreisförmigen Aufschmelzen und zu einer stoffschlüssigen Verbindung nach der Erstarrung. Durch eine linienweise Anordnung mehrerer Punktschweißverbindungen ist eine besonders wirtschaftliche Herstellung unterschiedlichster Bauteile möglich, wie z.B. bei Karosserien.

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Überlasten

Überlasten können mit Sonderlasten gleich gesetzt werden und enthalten seltene Ereignisse, wie z.B. schnelles Durchfahren von Schlaglöchern oder Überfahren von Bordsteinkanten. Diese Lasten können um ein Vielfaches höher sein, als die üblichen Betriebslasten und werden bei der betriebsfesten Auslegung mitberücksichtigt. Lasten, die höher sind, als die, die bei üblichem Gebrauch entstehen können, werden als Missbrauch gewertet und gehen nicht in die Bauteilauslegung ein.

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