Hallo Leute,
Ich schreibe momentan eine Bachelorarbeit über das Thema: „Knicken von forminstabilen Bauteilen“, speziell Kabel bzw. Fahrzeugleitungen. Dazu soll die Knicklast von bestimmten Kabeln an einer Prüfmaschine gemessen werden. Ebenfalls soll die Knicklast mit Hilfe einer Simulation in Ansys ermittelt werden. Der Aufbau vom Querschnitt des Kabels ist identisch zu dem Bild im Link: https://www.amazon.de/AUPROTEC%C2%AE-Fahrzeugleitung-FLRY-Fahrzeugkabel-schwarz-gelb/dp/B00W9TFXJ8
Das Kabel besteht aus 19 Kupferdrähten, die untereinander Verseilt sind und einer Isolierung aus PVC. Für homogene Körper, wie etwa ein Rundstab, ist die Knickkraft ohne Weiteres über das E-Modul und das Flächenträgheitsmoment zu bestimmen. Bei einem verseilten Leiter liegen die Verhältnisse jedoch anders, da die Einzeldrähte nicht ständig unverschieblich miteinander verbunden sind. Nach dem Überschreiten der Haftreibung beginnen die Einzeldrähte zu gleiten. Es ist daher wichtig, den inneren Verschiebungszustand zu kennen.
Die Steifigkeit einer Hochvoltleitung schwankt also immer zwischen vollkommenem Haften und reibungsfreiem Zustand. Die maximale Steifigkeit stellt sich unter vollkommener Haftung der Einzeldrähte ein. Die minimale Steifigkeit
ergibt sich bei ideal reibungsfreier Betrachtung der Drahtkontakte. In der Realität befindet sich die Steifigkeit der Hochvoltleitung zwischen den beiden Grenzwerten.
Wenn ich alle Kontakte auf „Verbund“ oder „Keine Trennung“ stelle, funktioniert meine Simulation soweit ganz gut. Wobei „Verbund“ der maximalen Steifigkeit und „Keine Trennung“ der minimalen Steifigkeit, also den zuvor erwähnten Grenzwerten entspricht.
Momentan befass ich mich mit dem nichtlinearen kontakttyp „Reibungsbehaftet“, um den Einfluss der Verseilung und der Reibung in die Simulation zu implementieren. Dabei habe ich folgendes Problem. Wie auf den Bildern zu sehen ist, bewegen sich die Einzeldrähte ineinander bzw. sie durchdringen einander. Auch die Isolierung wird durchdrungen, was nicht der Realität entspricht.
Wie kann ich das verhindern? Die Durchdringungstoleranz ist auf 0,001 mm eingestellt.
Die Simulation wird in der „Statisch mechanischen Analyse“ durchgeführt, die „Eigenwert-Beulanalyse“ ist an diese gekoppelt. Die eine Seite des Kabels ist mit der „fixierten Lagerung“ an den Flächen der 19 Drähten und Isolierung verankert. An der Gegenseite des Kabels, ebenfalls auf die 19 Drahtflächen und Isolierung wirkt eine Kraft. Ebenfalls wirkt hier eine „externe Verschiebung“, die das Ausbrechen des Kabels in Z- und X-Richtung verhindert. Die Verformung in Y-richtung ist „Frei“. Dieser Aufbau soll den 4. Fall von Euler nachbilden.
Die Fälle von Euler: https://www.maschinenbau-wissen.de/skript3/mechanik/festigkeitslehre/134-knicken-euler
Ich habe schon versucht, Kontakttypen zu kombinieren. und zwar, „Reibungsbehaftet“ und „Keine Trennung“. Problem bei Reibungsbehaftet ist, dass die Drähte sich zu stark voneinander abheben. In der Realität wird das durch die Isolierung verhindert. Die Idee war also, dass sich durch „Keine Trennung“ die Drähte nicht voneinander abheben und dass der Einfluss der Reibung durch „Reibungsbehaftet“ beim Abgleiten der Drähte aneinander betrachtet werden kann. Allerdings war hier das Ergebnis das Gleiche, wie wenn ich alle Kontakte auf „Keine Trennung“ gesetzt hätte.
Beste Grüße
Dennis
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