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Autor Thema:  Verbundrohr unter Temperaturlast (3600 mal gelesen)
F.Anna
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Ingenieur, Konstruktion & Berechnung Kunststoffe, Faserverbundwerkstoffe


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Beiträge: 52
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erstellt am: 03. Nov. 2009 14:02    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


Schnitt_rohr.jpg

 
Hallo zusammen,

ich möchte hier mal eine kleine Aufgabe zur Diskussion stellen und eure Meinung dazu hören. Es geht um ein scheinbar einfaches Problem, dass mir aber gerade ziemliches Kopfzerbrechen bereitet.

Betrachten wir einen Rohrkörper der aus zwei Schichten mit unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehungskoefizienten aufgebaut ist. (siehe Bild). Das innere Material hat eine höhere Ausdehung bei Wärme als das Äußere.

Erwärmen wir das Rohr oder kühlen es ab, kommt es aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungen zu Spannungen an der Grenzschicht und in den Materialien selbst.

Bei hohen Temp. drückt das innere Rohr auf das Äußere und möchte sich längen. Bei tiefen Temp. schrumpft es zusammen und verkürzt sich, löst sich vieleicht sogar vom äußeren Rohr ab.

Fragen die mich dazu beschäftigen:

Wie ist der Ansatz die Spannungen (Schub/Zug/Druck) analytisch abzuschätzen ? (Überlagerte Lasten ? Falls machbar ?)

Wie würdet Ihr die Randbedingungen in einem FEM-Modell setzen (quasi freischwebend)?

Wie würdet ihr die Grenzschicht zwischen den Rohrkörpern modellieren und auswerten (Stichwort, Spannungsauswertung, Ablösung bei tiefen Temp.)?

Wie ist der Einfluß der Gesamtlänge des Rohres ? Wie wird ein unendlich langes Rohr betrachtet (Vergleich zu Eisenbahnschienen bei Wärmeausdehnung ?)

Hat jemand sich damit schon beschäftigt ? Bei Verbundrohren im Heizungsbereich z.B. ? Lasst euren Gedanken mal freien Lauf.
Freu mich auf Eure Beiträge.

------------------
Gruß
Frank

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Torsten Niemeier
Ehrenmitglied V.I.P. h.c.
Maschinenbau Ingenieur



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Beiträge: 3555
Registriert: 21.06.2001

"ZUSE I.36", 8 BIT, 32 Lämpchen, Service-Ölkännchen "ESSO-Super", Software: AO auf Kuhlmann-Parallelogramm-Plattform
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erstellt am: 04. Nov. 2009 00:49    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für F.Anna 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo.

Vorweg: Ich kann vermutlich garnichts zu einer Lösung beitragen.
Was mich, und vieleicht die anderen auch, aber interessieren würde:

1: Was ist der Zweck des Verbundes? Ist das innere Rohr das "tragende" Element, und das äußere dient als Isolator? Oder als Korrosionsschutz? Oder umgekehrt?

2: Wie ist denn das Verhältnis der E-Module?

3: Erfolgt die Herstellung bereits quasi als Pressverband?

Sorry, daß ich jetzt nicht selbst suche, aber wenn ich jetzt nach "Verbundrohr" gurgel, werde ich vermutlich überschüttet.

Gruß, Torsten

Edit: Vermutlich ist "Pressverband" für diese Problematik schon ein passendes Stichwort, zumindest für eine Betrachtung der Erwärmung des Rohres.

[Diese Nachricht wurde von Torsten Niemeier am 04. Nov. 2009 editiert.]

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F.Anna
Mitglied
Ingenieur, Konstruktion & Berechnung Kunststoffe, Faserverbundwerkstoffe


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Beiträge: 52
Registriert: 07.05.2009

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Solidworks 2010

erstellt am: 04. Nov. 2009 10:02    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo Torsten,
ich hab es bewusst sehr Allgemein gehalten.

"1: Was ist der Zweck des Verbundes? Ist das innere Rohr das "tragende" Element, und das äußere dient als Isolator? Oder als Korrosionsschutz? Oder umgekehrt?"

Die verschiedenen Materialien resultieren natürlich aus einer Funktionentrennung. Sei es Medienbeständigkeit, Isolation, Steifigkeit, Festigkeit, Stabilität. Das Material an sich ist eigentlich nicht wichtig für die Aufgabe.


"2: Wie ist denn das Verhältnis der E-Module?"

Ist eigentlich auch nicht relevant, sie unterscheiden sich.


"3: Erfolgt die Herstellung bereits quasi als Pressverband?"
Nein eher durch ein kontinuierliches Verfahren (Extrusion, Wickeln ect. ). Für das Problem ist das Herstellverfahren ist auch egal.

Es geht mir um die Ansätze zur Lösungsfindung bei dieser Aufgabenstellung, die ich für nicht trivial halte.

Hersteller von solchen Rohren weisen allerdings nur die geforderten Haftscherfestigkeiten mit entsprechenden Versuchen nach. z.B
http://www.simona.de/static/sites/default/de/assets/Info  rmationsmaterial/deutsch/Verarbeitung/PI_Verbundbau_120203.pdf  Kapitel 3 Seite 7

Mich interessieren aber erstmal die mechanischen Zusammenhänge zur Auslegung, nicht die Festigkeitsnachweise per Versuch.


------------------
Gruß
Frank

[Diese Nachricht wurde von F.Anna am 04. Nov. 2009 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von F.Anna am 04. Nov. 2009 editiert.]

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N.Lesch
Moderator
Dipl. Ing.


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Beiträge: 5089
Registriert: 05.12.2005

WF 4

erstellt am: 05. Nov. 2009 02:00    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für F.Anna 10 Unities + Antwort hilfreich

Ein ähnliches Problem hatte ich hier: http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum471/HTML/000048.shtml
Der Ansatz da war Dehnung * E-Modul = Spannung

Bei Deinem Fall kommt nur noch die Schubspannung in Längsrichtung  dazu.
Diese und die Druckspannung sollte an der Berührungsfläche gleich sein. Damit sollte sich das Problem einfach lösen lassen.
Die Spannung ist aber über die Wanndicke nicht genau gleich.
Das bischen läßt sich dann noch über FE berechnen.
Weiter führt noch die Kesselformel und der Pressverbund.

------------------
Klaus           Solid Edge V 19 SP12  Acad LT 2000

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