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Hallo,

es liegen die genannten Bauteile vor. Diese werden mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 290.000 U/min beaufschlagt. Dabei treten sowohl bei analytischer als auch bei FEM simulation, stark erhöhte Spannungen auf. Es wird die Dehngrenze des Werkstoffes (350n/mm²) deutlich überschritten und das fast im ganzen Bauteil. Sogar die Zugfestigkeit von 700 N/mm² wird teilweise überschritten. Woran kann das liegen? Bzw. hat jemand Erfahrung damit und könnte ein paar hilfreiche Tipps geben?

Gruß

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So ausführlich wie Du das Ganze beschreibst  , gibt's nur eine allgemeine Antwort:
Drehzahl, Querschnitt (Durchmesser und Stärken), Massenverteilung.
Peter

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Zitat:

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Woran kann das liegen?

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Ich denke, bei 290.000 Umdrehungen macht die Zentrifugalkraft einiges aus, oder ??

Klaus

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290-Tausend Umdrehungen pro Minute!
Das sind ein Omega von w=30.369 1/s!
Die Fliehkraft F eines Masseteilchens m, das im Radius r von der Drehachse entfernt ist beträgt
F=m*r*w²
Da kann dann je nach Geometrie schon einiges an Spannungen im Bauteil entstehen.

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"Ich stimme mit der Mathematik nicht überein. Ich meine, daß die Summe von Nullen eine gefährliche Zahl ist."  (Stanislaw Jerzy Lec)

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Wie soll denn der Verdichter gelagert werden?     
Meines Wissens ist die Grenze so in etwa bei 120-150.000min-1 mit Magnetlagern - und das geht nur bei klein bauenden Wellen.
Peter

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Hallo,

Immer diese blöde Physik...     Die Drehzahl ist jedenfalls mal was besonderes!

a) Der Werkstoff muss ein günstiges Verhältnis zwischen Festigkeit und Dichte aufweisen.

b) Möglichst geringes Trägheitsmoment.

c) Saugutes Lager

d) Saugutes Wuchten

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Gruß

Jörg    

PS: Ich freu mich immer über Gästebucheinträge  

[Diese Nachricht wurde von Jörg H. am 07. Okt. 2008 editiert.]

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Die Scheibe darf in der Mitte keine Bohrung haben, sondern muss mit der Achse aus einem Stück sein.
Sonst sind die Spannungen in der Mitte doppelt so groß!
(Habe ich vor Urzeiten mal in Technischer Mechanik gelernt.)

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Gert Dieter 

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Leider hatte ich nicht mehr Zeit um das Problem genauer zu beschreiben.

Solche Geschwindigkeiten treten durchaus bei Turboladern in diversen Automobilen auf. Also das Problem ist ja halbwegs beschrieben. Für genauere Fragen könnte ich dann versuchen Antworten zu geben.
Irgendwie kann mir auch keiner so richtig weiterhelfen. Mal angenommen man nimmt die Kreisscheibe mit einem Durchmessr von 2,5 cm an. In welche Bereiche von Spannungen komme ich dann bei Werten von Stahl mit einer Dichte von ca 8 g/cm²?

Es geht mir dabei weder um die Lagerung noch um das Wuchten. Sondern vielmehr um die Möglichkeit der Verifizierung der FEM Ergebnisse.

In den Simulationen habe ich eine große Anzahl an Randbedingungen verwendet. Leider führte keine zu einer hohen Senkung der Spannungen.

Gruß

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Ich würde es einfach mal mit der Scheiben-DGL versuchen. Sprich eine allgemeine Scheibe nehmen, Freischneiden, Verschiebungs-Verzerrungs-Relationen aufstellen und dann noch Materialstrukturgleichungen nehmen. Da sollte dann eine inhomogene DGL 2. Ordnung bei rauskommen, die man ohne größere Probleme lösen kann.
Habe leider grad nur die Lösung für eine Scheibe konstanter Dicke vor mir, aber vielleicht gibt das ja schon mal einen Überblick.
Die radiale Spannung einer Scheibe mit konstanter lautet:

sigma_r=A+B/r^2-(rho*omega^2*(3+nü)*r^2)/8

wobei A&B Konstanten sind, die über die Randbedingungen bestimmt werden.
Die Lösung ist jedoch ohne Gewähr, vielleicht hab ich mich ja irgendwo vertan. Nicht das meinetwegen irgendnen Turbolader durch ne Haube geht

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Hallo!
mit unserem Pressverband-Berechnungsmodul (analytisch nach DIN 7190, ohne Presspassung) habe ich mal überschlägig für eine Scheibe (Nabe) mit da = 25 mm und di=5 mm bei einer Drehzahl von 290 000 1/min eine Tangentialspannung am Aussendurchmesser von ca. 240 N/mm² und am Innendurchmesser von ca. 940 N/mm² ermittelt. (Werkstoff 42CrMo4 mit einer Dichte von 7,85 kg/dm³)

Vielleicht hilft das ja als Anhaltspunkt bzw. Vergleichsbasis weiter.

Gruss, Gunther

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Das würde ja in etwa mit meinen Ergebnissen übereinstimmen. Ich hatte auch schon auf Rotation belastete dünne Kreisscheiben, Masseteilchen, Hohlzylinder nach Dubbel (seite weiß ich grad nicht) durchgerechnet. Jeweils maximal Spannungen und tangential und Radial. Die Ergebnisse gingen ebenfalls in diese Richtung der hohen Spannungen. Zudem ist es so, dass so ein Turbinenrad nicht unbedingt ein Klotz ist und auch diverse Radien, Ecken und Kanten aufweißt. Weiterhin liegt die Dichte oberhalb der hier genannten Zahl von 7,84.

Jetzt ist es aber so, dass dieses Turbinenrad durchaus diese Umdrehungen auf einem Prüfstand leistet. Wer kann mir das erklären? 

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Weiß jetzt keiner weiter, hat niemand Erfahrungen mit so etwas? Die Spannungen von denen ich spreche treten NICHT in der Lagerung auf. Diese sind natürlich aussen vor, da sie hier gegen unendlich laufen. Da zeigt mir das Programm je nach Netz Werte jenseits von Gut und Böse. Was ja auch richtig ist, da hier keine Verformung vorhanden ist.

Hat jemand Erfahrung damit gemacht, dass es möglich ist, dass die FEM bei auf Rotation belasteten Turbinenrädern deutlich zu hohe Spannungen zeigt, das Turbinenrad diesen aber auf dem Prüfstand stand hällt? Auch über Quellenangaben wäre ich sehr Dankbar.

GRuß

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-Ich bin kein Turbinenspezialist     , aber was für Kräfte treten an den Turbinenschaufeln auf und wie sind diese gerichtet?

Hat das Turbinenrad ein "Begrenzung"(Fanglager) das auch als Lager dienen könnte, wenn die Turbine durch kritische Drehzahlen läuft?

-Das nur so als weitere Gedanken in die Runde.

Kris

[Diese Nachricht wurde von Euroschwede am 10. Okt. 2008 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Euroschwede am 10. Okt. 2008 editiert.]

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Es treten Druckgefälle, hohe Temperaturen sowie Drehzahlen auf. Wobei die Simulationen vorerst nur die Drehzahlen betreffen. Bei Temperaturen um die 800°C sieht das ganze sicher nicht besser aus. Zumal die Werkstoffkennwerte für E-Modul, Dehngrenze und Zugfestigkeit da ziemlich in den Keller gehen. Wie sollen dort die hohen Spannungen der FEM denn noch ertragen werden?

Was genau meinst du mit Fanglager?

Gruß

[Diese Nachricht wurde von Jonny der Depp am 10. Okt. 2008 editiert.]

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Moin!
Da Du ja insgesamt nur einige ziemlich allgemeine Angaben machst, hier eine allgemeine Antwort:

In Bauteilen, die nicht über ihren gesamten Querschnitt gleich hohe Spannungen aufweisen gibt es eine Stützwirkung, wenn lokal die Fließgrenze überschritten wird.
Dort wo die Fließgrenze überschritten wird findet plastische Verformung statt.
In danebenliegenden Bereichen, wo die (Vergleichs-)Spannung unter der Fließgrenze liegt, findet keine plastische Veformung statt.

Wenn aber eine signifikante Verformung des Bauteils eintreten sollte, müssten sich beide Bereiche plastisch verformen.
Der zweite Bereich kann das aber nicht, weil die Spannungen nicht ausreichen.

So kann der zweite Bereich den ersten stützen. Das klappt natürlich nur, wenn die Proportionen der beiden Bereiche zueinender stimmen.

Z. B. werden Pressverbände  teilplastifiziert ausgelegt.

Ulrich

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Interessant,

da meine Simulationen nur auf den elastischen Bereich bezogen sind, ist mir diese Möglichkeit der  plastischen Verformung ebenfalls gekommen. Allerdings werden die Simualtionen in der Regel elastisch gerechnet, zudem müsste ich erst einmal Werkstoffparamter für den plastischen Bereich bekommen. Beruhen diese Erkenntnisse über
die "Proportionen der beiden Bereiche" denn auf Erfahrungswerten oder wie ist es möglich dieser Sache nachzugehen?

Wie oben schon erwähnt, kann ich mehr Auskunft geben. Dazu müsste ich allerdings wissen was für eure Lösungsfindung von Relevanz ist.

Gruß

[Diese Nachricht wurde von Jonny der Depp am 10. Okt. 2008 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Jonny der Depp am 10. Okt. 2008 editiert.]

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Meine Gedanken waren das die entstehende (Flieh-)Kräfte durch äussere Kräfte ausgeglichen werden.

-So auch das "Fanglager", das der Rotor selber auch radiell von aussen gestützt wird, und somit bei extreme Drehzahlen und Schwingungen stützt. Das bringt weitere Fragen natürlich.
Es war nur Brainstorming, um mehr zu erfahren.
Ich bin eben kein Turbinenspezialist , war nur einmal mit der Schule bei Volvo Aero zu besuch.

(Die Deutsche Bezeichnung Fanglager habe ich durch Googeln gefunden ;-))

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Zitat:

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Original erstellt von Jonny der Depp:
Wie oben schon erwähnt, kann ich mehr Auskunft geben. Dazu müsste ich allerdings wissen was für eure Lösungsfindung von Relevanz ist.

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Lass' Dir doch bitte nicht jedes Detail einzeln aus der Nase ziehen, wenn Du hier ein bisschen Unterstützung erwartest.

Zu den "Proportionen":
In deinem Anfangsposting schreibst Du, dass fast in ganzen Bauteil die Dehngrenze überschritten wird. Das sind natürlich denkbar ungünstige Voraussetzungen, wenn nur kleine Bereiche den ganzen Rest des Bauteils stützen sollen.

Was könnte noch Ursache des Unterschieds zwischen Theorie und Praxis sein?
Die Werkstoffdaten?
Festigkeitswerte werden ja mitunter recht konservativ angegeben und der reale Werkstoff liegt dann deutlich darüber.

So, genug für diese Woche.

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