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Hallo, ich hätte da mal eine Frage:
Wie ermittelt man bei einer relativ komplexen Baugruppe mit 10-20 geschraubten Bauteilen am besten die Schraubenkräfte, die bei einer bestimmten Belastung auftreten? Wie kann man die Schrauben nachbilden oder idealisieren, so daß ich die im Betrieb auftretenden Kräfte an den Schrauben möglichst genau ablesen kann?

Danke für Eure Tips!
Ingwing

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Hallo,

da bist Du hier eigentlich im richtigen Forum: wahrscheinlich läßt sich bei der gleichzeitigen Wirksamkeit von dieser großen Anzahl Schraubenverbindungen eine wirklichkeitsnahe Aussage nur mit Hilfe von FEM-Berechnungen treffen.
Hierbei würden die Schraubenverbindungen, vor allem auch der Flanschbereich und die wirksamen Kräfte entsprechend modelliert und numerisch berechnet.
Damit ist es möglich, die reale Gestaltung Deiner Baugruppe und die dadurch gegebene Steifigkeit zu berücksichtigen.
Eine näherungsweise Berechnung von komplizierten Verschraubungen mit Hilfe von Ersatzmodellen für den Flanschbereich wird wahrscheinlich nicht mehr zufriedenstellend funktionieren.
Mein Rat: wirklich komplexe Bauteile und Baugruppen entsprechend vereinfacht darstellen und eine analytische Lösung ableiten, die dann in ihrer Größenordnung mit Hilfe von FEM bestätigt und sehr viel genauer dargestellt wird.

Gruß,
Rüdiger

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Genau :-)
Das Problem ist, dass es sich wirklich um diverse Platten handelt, die teils an den Stirnseiten und teils flach aufeinander liegend verschraubt sind. Eine analytische Berechnung ist m.E. nicht sinnvoll, da zu ungenau und mit zu vielen Vereinfachungen behaftet. Mein Vorschlag wäre ja, die Kontaktflächen der verschraubten Platten zu berücksichtigen und die Schrauben über Balkenelemente nachzubilden. Vielleicht hat hier ja noch jemand einen anderen Vorschlag oder hilfreiche Anmerkungen?
Die Kräfte an den Balken kann man ja dann ablesen und in eine Schraubenberechnung als Betriebslasten einfliessen lassen, oder?

Danke und Gruß,
Ingwing

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Sorry für meine vielleicht etwas triviale Antwort.
Wenn Du Dich bereits mit FEM beschäftigst, wäre Deine Frage vielleicht für das Forum "FEM allgemein" geeigneter ...

Im Regelfall hast Du bei entsprechend hohen Schraubenvorspannkräften keine Relativbewegung in den Trennfugen, weshalb es nicht zwangsläufig notwendig ist, direkt mit einer Kontaktberechnung zu starten. Gerade bei einer großen Anzahl miteinander verschraubter Flansche ist das dann eher numerisch uneffizient.
Wenn die Steifigkeiten der miteinander verspannten Elemente annähernd in der gleichen Größenordnung liegen, dann würde ich erst mal ohne Kontakt rechnen, sondern einfache Federelemente einführen (anders ist es z.B. bei mitverspannten Dichtungselementen, die u.U. sehr viel weniger Steifigkeit als die eigentlichen Flanschbauteile aufweisen).

Die Modellierung Deiner Schrauben mit Balkenelementen ist angemessen, nur musst Du in geeigneter Weise Deine Vorspannkraft darauf applizieren. Das FEM-Schraubenelement wird verkürzt, um die Vorspannkraft auf die Flanschteile übertragen zu können. In der Realität "längt" sich der Schraubenbolzen dagegen.

Nach der Applikation der Schraubenvorspannkraft geht es dann darum, die statisch oder dynamisch wirksamen Bauteilkräfte einzuleiten, um die entsprechenden Beanspruchungen beurteilen zu können.

Das ist dann eigentlich schon alles.

Es gibt in speziellen FEM-Programmen wie ABAQUS sehr elegante Möglichkeiten, direkt eine Schraubenvorspannkraft zu applizieren. In anderen Programmen würdest Du vielleicht eine thermisch induzierte Kontraktion des Schraubenbolzens vorsehen, um die entsprechende Vorspannkraft aufzugeben.

Gruss und schönes Wochenende,
Rüdiger

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Hallo Rüdiger, sorry falls ich das falsche Forum erwischt habe. Ich war etwas unschlüssig, welches das geeignete ist :-)
Danke für die praktischen Tips, das hilft mir schon viel weiter. Wobei ich immer noch etwas Probleme habe, ist die Schraubenvorspannkraft: Wird die nicht beim analytischen Nachweis für die Schraubenverbindung erst berücksichtigt (zB VDI2230), oder sollte ich die Vorspannkraft schon bei der Ermittlung der angreifenden Betriebslasten im FE-Modell mit einbringen?
Ich hoffe, ich stelle nicht allzu dumme Fragen ;-)
Schönes WE und immer wieder danke!

Ingwing

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Im Bereich der FEM-Analyse mit dem skizzierten Ansatz musst Du ein wenig unterscheiden zwischen der Beanspruchung der Schraube und der Belastung, die auf die verschraubten Bauteile einwirkt.
Die Schraube selbst dehnt sich durch die Vorspannkraft und bekommt durch statisch od. dynamisch wirksame Belastungen zusätzliche Kräfte bzw. Längenänderungen. Dieser Kontext wird mit der skizzierten Modellierung gar nicht richtig abgebildet - das ist i.d.R. auch gar nicht so wichtig, da die Schraubenbeanspruchung durch die entsprechenden Normen gut abgesichert ist.
Die Beanspruchung der miteinander verspannten Bauteile ist im Regelfall das, was Du untersuchst. Und hier macht es sicherlich Sinn, von Anfang an die Vorspannkraft (als stationär wirksame Beanspruchung) mitzunehmen.

Gruß,
Rüdiger

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