Tennisschläger

TennisschlägerZiel des Projektes war die Entwicklung eines möglichst realitätsnahen FE-Modells eines Tennis-Rackets. Im Fokus der Optimierung stand dabei eine verbesserte Steifigkeit, bei einem gleichzeitig verringerten Gewicht. Verwendet wurde dabei die MSC Software Nastran. Der FE-Solver ist universell einsetzbar und kann Berechnungen von linear-elatisch bis nichtlinear durchführen.

Ausgehend von der Geometrie eines Tennisschlägers wurde im Preprozessor Patran ein Schalenmodell des Rahmens (Bild links) erstellt und die Bespannung in Form von Beam-Elementen - sprich: Balkenelementen - integriert. Als Rahmenmaterial diente ein 5-lagigesCompositeaus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Der Schläger wurde zur Nachrechnung der Rahmensteifigkeit am Griff fest fixiert und an der Spitze mit einer Kraft senkrecht zum Schlägerkopf belastet.

Diagramm

Die Berechnung hat gezeigt (siehe Diagramm), dass durch den Einsatz von Composite Material die Biegelinie der Messung sehr gut erreicht werden kann. Im Gegensatz dazu zeigte das häufig verwendete isotrope Material eine Abweichung.

Die Vorspannung der Saiten konnte durch thermische Längenänderung realisiert werden. Mit dem FEM Modell des Tennisschlägers wurde neben der Biegelinie der Einfluss der Saitenvorspannung auf Rahmen und Saite berechnet.

TennisschlägerFazit:

Die Simulation ergab eine Verformung des Schlägerrahmens aufgrund der Vorspannkraft der Saiten. Die größten Verschiebungen traten dabei in Querrichtung, in den Bereichen der geringsten Rahmensteifigkeit, auf (Bereich mit geringster Krümmung).

Damit konnte gezeigt werden, dass durch den Einsatz von Finite Elemente Methoden, verbunden mit dem entsprechenden Faserverbundmaterial, ein realgetreues Modell eines Tennisschlägers möglich ist. Dies ermöglicht die Identifizierung der eigenschaftsrelevanten Parameter des Schlägers, die individuelle und schnelle Anpassung dieser Einflussparameter und die Darstellung der Auswirkungen.

Den im "Digital Engineering" Magazin veröffentlichten Artikel von Jaqueline Dastl (CAE Simulation & Solutions) und Syllvett Tsialos (MSC Software) finden Sie unterhalb zum Download.

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