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Autor Thema:  Bolzenberechnung FEM und händisch (5948 mal gelesen)
clemmi
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Scherspannung.jpg


Flachenpressung.jpg


Biegespannung.jpg

 
Hallo!

Ich versuche mich zum ersten mal mit ein paar FEM-Analysen und häng fest :-)

In einem Aluminium-Klotz ist eine Bohrung mit 5mm Durchmesser.
In dieser Steckt ein Stahlbolzen und ragt 4mm in den Klotz hinein.

http://img5.fotos-hochladen.net/uploads/aufbausw0a56kn8h.jpg
Der Bolzen ist als "fix" definiert, und die Kraft wirkt oben auf den Alu-Klotz.

Ich habe nun versucht die Scherspannung, Biegespannung und Flächenpressung von Hand zu berechnen und dann mit dem FEM-Ergebnis zu vergleichen. Leider komme ich auf völlig unterschiedliche Ergebnisse.

Die Flächenpressung kommt am ehesten hin, laut FEM (Kontaktdruck in x = 6,2N/mm^2)
von Hand: 8,68N/mm^2 (entsteht hier eine Ungenauigkeit weil ich mit der projizierten Fläche gerechnet habe?)

Aber die anderen Ergebnisse kommen bei keiner Spannungsrichtung auch nur annähernd an die Berechnung von Hand hin. (Spannung xx=5.17MPa, Von Mieses=5.133MPa)

kann mir jemand von euch weiterhelfen? Ist das tatsächlich so ungenau, oder habe ich mich verrechnet?

vielen Dank :-)

lg
Clemens

[Diese Nachricht wurde von clemmi am 14. Nov. 2013 editiert.]

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Ing. Gollum
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erstellt am: 15. Nov. 2013 08:54    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 clemmi 10 Unities + Antwort hilfreich

Hi,

Weil der Bolzen sich biegt hat er irgendwo richtig Klotz ganz knapp hinter der linken Kante zum Klotz den maximalen Druck, abhängig von Verformung, während der im Klotz steckende Teil sogar abheben könnte.

Das ist für die Berechnung der Flächenpressung ziemlich Wurscht, wenn auch die Berechnung mittels Hertzscher Pressung vorzuziehen wäre. Daher passt dieses Ergebnis halbwegs.

Der Rest passt bei der händischen Berechnung wegen des falsch gewählten Angriffspunktes nicht.

Das FEM Ergebnis wird relativ stark von der Kontaktbedingung abhängen. Da würde ich mal bissel mit rumspielen.

Grüße,

Gollum

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smittytomcat
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erstellt am: 15. Nov. 2013 09:18    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 clemmi 10 Unities + Antwort hilfreich

MOin,

ich will Dich nicht entmutigen, aber beim Vergleich  wirst Du erst über etliche "Kniffe" und Annahmen die Ergebnisse vergleichen können. Das fängt schon mit der Kontaktspannung zwischen Schraubenkopf bzw. Unterlegscheibe und Klotz an (da werden die zulässigen Spannungen mit der pragmatischen Vorgehensweise p=F/Ascheibe nach der VDI Richtlinie bestimmt (hab ich selbst erst vor kurzem gelernt) und geht dann mit den Biegespannungen weiter.
Such Dir ein einfacheres Beispiel um Dich in die Materie zu vertiefen und dabei viel Erfolg und jederzeit gerne Tipps.

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Gruß
Gerd
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clemmi
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erstellt am: 15. Nov. 2013 12:43    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


MieseVerpresst.jpg


Rechnung.jpg

 
Danke für eure Antworten!!

Ich habe die "Aufgabenstellung" jetzt etwas abgeändert und nur einen Stahlbolzen im FEM zur Analyse.

Ich gehe davon aus, dass dieser Stahlstift im Außenteil verpresst ist.
Deshalb habe ich beim Bolzen die Mantelfläche als "fix" angegeben. (sofern das so richtig ist?)

Bei der Mises-Spannung bekomme ich so 84MPa und bei der händischen Biegespannung 64MPa, da bei der Mises-Spannung ja noch die anderen Spannungen mit berücksichtigt sind könnte das so hinkommen?

Wenn ich davon ausgehe, dass der Bolzen wie in der Skizze mit dem Außenteil verpresst ist, stimmt dann meine Vorgehensweise oder mach ichs mir zu einfach?

vielen Dank,
Clemens

[Diese Nachricht wurde von clemmi am 15. Nov. 2013 editiert.]

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Boris-a
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Das sieht soweit plausibel aus.
Dir die genaue analytische V.Mises Spannung auszurechnen ist nun aber auch kein Hexenwerk.
Du hast ja nur Schub und Biegespannung und im Prinzip ein 2D Problem.
Da ist das doch mit sigma V = Wurzel(sigmaM^2+3xtau^2)recht schnell überschlagen?

Gruß
Boris

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clemmi
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Zitat:
Original erstellt von Boris-a:

Da ist das doch mit sigma V = Wurzel(sigmaM^2+3xtau^2)recht schnell überschlagen?

aus meinen analytischen Ergebnissen:

Sv=Wurzel(64.17^2+3x8,9^2) = 65,99N/mm^2
da ist also noch irgendwo der Wurm drin 

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Boris-a
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Hast du mal das Netz verfeinert und geschaut wie stabil die Werte sind?

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Wenn ich ein engeres Netz auswähle, wird die Mises-Spannung höher (125MPa) demnach war es nur Zufall, dass das vorherige Ergebnis der analytischen Berechnung recht nahe gekommen ist... Ich glaub ich werde ein paar beispiele aus dem Buch "Grundlagen FEM mit SolidWorks" nachbauen, dann komm ich vielleicht schneller dahinter 

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smittytomcat
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Moin,

bevor Du irgendwelche Netzverfeinerungen durcgführst mußt Du auch mal die "richtige" Vergleichspannung am Ort der maximalen Biegung berechnen.Die einfache Formel tau=Q/A ist beim Vergleich mit einer FE-Rechung falsch (eigentlich immer, solange man nicht die Werte in Regelwerken anwendet).Du mußt schon die treffende Schubspannungsverteilung über den Bolzen berüchsichtigen (beim Bolzen - und nicht nur da - verschwinden die Schubspannungen an den Rändern).Wenn Du jetzt an einer AUflagertselle auswertest, dann komme wie in der Realität noch ganz andere Effekte zum tragen.
Mein Tipp - schau Dir erst einmal im Querschnitt die Schubspannungsverteilung an.

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Moin,

noch ein Nachtrag : Du solltest zu Begin Deine Schnittgrößen weit genug von der Auflagerstelle bestimmen. Um allerdings einen vernünftigen Vergleich hinzubekommen empfiehlt es sich zu Anfang das Modell zu verifizieren, indem Du den Bolzen länger machst, so daß Du in etwas einen Längen- zu Höhenverhältnis von min. 3 bekommst. Bei Deinem Beispiel kann man die reale Spannungsverläufe nicht mit einer analytischen Lösung vergleichen - sorry.

Um Dich zu verwirren ( ): Bei dem eingesteckten Bolzen wird die Kraft F nicht gleichmäßig eingeleitet, sondern es treten am Lochrand noch sehr hohe Kantenpressungen auf (hast Du nicht im FE-Modell drin) und daraus ergibt sich dann bei einem sehr kurzen Bolzen eine ganze andere Spannungsverteilung die eigentlich (vereinfacht gesagt) an eine Fachwerkdiagonale erinnert.
Mach Dir zu Begin die Dinge etwas einfacher und arbeite Dich dann ran - mein Tipp.

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