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Bild1.png Bild2.png Bild3.png

Hallo zusammen,

ich muss im Rahmen meiner Abschlussarbeit eine Simulation in Ansys Workbench 19.2 durchführen, bin aber im Umgang mit Ansys ein absoluter Anfänger und hoffe daher, dass ihr mir helfen könnt. Es geht um eine Flanschverbindung bestehend aus 2 symmetrischen Flanschen (Bild1), bei der die Anpresskraft durch 6 gleichzeitig angezogenen Schrauben erzeugt werden soll. Auf einer Seite wird der Flansch fest gelagert. Die Schraubvorspannkraft beträgt bei mir 10kN. Fast alle Kontakte, bis auf Kontakt Schraube - Mutter, sind bei mir reibungsbehaftet eingestellt. Der Kontakt Schraube und Mutter ist ein Verbundkontakt.
Mein 1. Problem ist, dass trotz gleicher Schraubvorspannkraft für jede Schraube und und mehrmaliger Überprüfung der Geometrie  (Bohrung sind gleichmäßig verteilt und gleich groß) ich eine Asymmetrie in der Verformung erhalte (Bild 2 am Dichtring zu sehen)
Mein 2. Problem ist, dass die Schneidkante vom Flansch, die infolge der Anpresskraft in den Dichtring hineinpressen soll, den Dichtring widerstandslos durchdringt (sieht zumindest in Bild 3 so aus). Wie kann ich das ändern?

Ich wäre um eure Hilfe sehr dankbar.

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Hallo,

wird die Schraubenvorspannkraft separat aufgebracht, also keine weiteren Kräfte oder Verschiebungen?
Ist Kontakt zw. Flansch und Dichtung definiert?
Bei solch großen Verformungen in einem Lastschritt ist es ratsam diesen Lastschritt in Substeps zu unterteilen. Wurde diese Einstellung unter Analyseeinstellungen vorgenommen?

Viele Grüße

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CADFEM GmbH
M.Eng. Christian Jensch
Berechnungsingenieur
Professional Development
Tel: +49 (0)371-334262-22
E-Mail: cjensch@cadfem.de
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Hallo cjensch,
vielen Dank für Ihre schnelle Antwort auf meine Fragen.
Ja es wurde lediglich die  6 Schraubenvorspannkraft ohne weitere Lasten und Verschiebungen aufgebracht.
Der Kontakt Flansch bzw. Schneidkante-Dichtung ist als Kante-Fläche reibungsbehaftet definiert. Große Verformungen sind auch eingeschaltet.
Bei mir sind die Substeps programmgesteuert. Was würden Sie mir da als Substep-Unterteilung empfehlen?

Viele Grüße

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Hallo,

persönlich starte ich gerne mit:
Initial:4
Min:1
Max:40
Wenn sich schon bei sehr kleinen Wegen viel auf Materialseite tut mit:
Initial:10
Min:4
Max:100
Wenn das nicht reich muss man Schrittweise kleiner werden.

Wenn ich mir das Bild mit den Durchdringungen ansehe kann es kein Kante-Fläche Kontakt sein! Bitte alle Flächenpaare die während der Simulation in Berührung treten könnten in den Kontakt nehmen. Statt der Kante also die angrenzenden Flächen!

Viele Grüße

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M.Eng. Christian Jensch
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Hallo Joona,

Ich glaube der Modellansatz ist völlig überdimensioniert und auch nicht zielführend.

Was wissen wir:

1.) Die Flansche sind um Größenordnungen steifer als der Dichtring.
2.) Flanschverschraubungen sind stand der Technik also wohl nicht Ziel der Untersuchung. (Falls ja, einfach VDI2230 nutzen)
3.) Die Schrauben werden gleichmäßig angezogen --> Das Problem ist also symmetrisch

Warum nutzt du also nicht einfach ein axisymmetrisches Modell mit 6*Vorspannkraft nach VDI2230?

Ein echtes Abschneiden lässt sich eh nicht wirklich gut mittels impliziter FEM rechnen.
Wenn eine Werkstofftrennung gerechnet werden muss sollte eh ein anderer Ansatz genutzt werden.

Empfehlung: Schau dir mal FEM für Praktiker (ja, die alten grünen Bücher) an. Dort wird systematisch erklärt wie man Modelle effizient aufsetzt.

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Gruß
Jens

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"Mein 1. Problem ist, dass trotz gleicher Schraubvorspannkraft für jede Schraube und und mehrmaliger Überprüfung der Geometrie  (Bohrung sind gleichmäßig verteilt und gleich groß) ich eine Asymmetrie in der Verformung erhalte (Bild 2 am Dichtring zu sehen)"

Starrkörperbewegung. Unzureichende Kontakte oder Kontaktdefinition. Sobald Freiheitsgrade vorhanden sind resultieren immer numerische Verschiebungen die in der überhöhten Darstellung zu sehen sind.

"Mein 2. Problem ist, dass die Schneidkante vom Flansch, die infolge der Anpresskraft in den Dichtring hineinpressen soll, den Dichtring widerstandslos durchdringt (sieht zumindest in Bild 3 so aus). Wie kann ich das ändern?"

Kann ein Effekt der überhöhten Darstellung sein oder auch hier wurden unzureichende Kontakte definiert oder falsch definiert, nicht passender Algorithmus und oder die Kontaktsteifigkeit ist zu gering.Nicht lineare Kontaktprobleme sind ohne Grundlagenwissen definitiv nicht zu empfehlen, da die Anwenderfehler relativ hoch sind. Die Ergebnisse sind oft falsch und werden gerne falsch interpretiert.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 02. Sep. 2019 editiert.]

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Vielen Dank für die Hinweise und Empfehlungen.

Ziel meiner Simulation ist es im 1. Schritt die Schraubenvorspannkraft aufzubringen und im 2. Schritt den nicht fest gelagerten Flansch mit einer Kraft in Z-Richtung zu belasten, daher wurde hier kein axialsymmetrisches Modell gewählt.

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