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Hallo,

ich habe hier ein (so dachte ich zumindest) simples Beispiel in NX 8.0:

Eine Welle aus Stahl (Kreis-Querschnitt) soll mit einem Drehmoment belastet werden. Das Materialverhalten ist im ersten Ansatz linear angenommen.

Im Ergebnis stelle ich jedoch folgendes fest: Ausgehend von der Seite, an der das Drehmoment aufgebracht wird, ist der Durchmesser der Welle erhöht - Als ob die Welle vom Drehmoment nicht nur tordiert, sondern auch radial auseinander gezogen würde. Außerdem liegen die Spannungen im Material um ca. 70% höher als laut Handrechnung. (tau = M_t/W_p)

Ich vermute ich habe einen Fehler bei den load/constraints. Ich habe die Welle auf einer Seite am Querschnitt fix eingespannt (fixed contraint)und bringe auf der anderen Seite das Drehmoment am Umfang der Welle auf (In NX der Button "torque"). Muss man da vielleicht noch mehr beachten?

Würde mich freuen wenn mir jemand weiterhelfen könnte.

mfG

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Das Tordieren bringt tangentiale Verschiebung mit sich (Physik). Nun wenn du zur Visualisierung die Verschiebungen skalierst, diese tangentialen Verschiebungen bringen diesen grafischen Effekt, als der Wellendurchmesser hätte sich vergrößert. Also, reine grafische Täuschung.

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Grüße, Moe

[Diese Nachricht wurde von farahnaz am 08. Mai. 2012 editiert.]

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Hallo,

hinter dieser Aufgabenstellung steckt viel mehr als man vielleicht vermutet. Das graphische Problem wurde schon angesprochen. Weiterhin stellt sich die Problematik der geometrischen Nichtlinearität, aber auch das erwartete Verkürzen der Welle wäre interessant, wobei die FEM-Programme hier eine Verlängerung (anstatt der Verkürzung) berechnen.

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hc_046_jiw.jpg hc_056.jpg

Hallo,

mit grosser Deformation gibt's doch kein Problem, oder?

Siehe Bild (nochmal geändert).

Welche analytische Lösung zieht man hier zum Vergleich heran? Ich kenne keine, die für grosse Deformationen gilt.

Gruss
CG

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Christof Gebhardt
CAD-FEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
cgebhardt(at)cadfem.de www.cadfem.de

[Diese Nachricht wurde von cgebhardt am 28. Mai. 2012 editiert.]

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Hallo Christof,

eine einigermaßen stark verdrehte Welle sollte sich zusammenziehen, wie ein Schwamm. Man erwartet, rein theoretisch betrachtet, eine Balligkeit der Stirnflächen, auch ein Verkürzen der Welle würde ich vermuten, außen mehr, zur Mitte hin weniger. Das liefert auch die Analyse starker Verformungen nicht. Wenn ich Deine Plots richtig interpretiere (die Koordinatenbezeichnung ist schlecht erkennbar), wird die Welle länger. Warum wird denn die Welle länger? Ein analytisches Modell dazu hätte ich auch keines.

Gruß Paul

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Hallo,

Zitat:

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Original erstellt von moe123:
Außerdem liegen die Spannungen im Material um ca. 70% höher als laut Handrechnung. (tau = M_t/W_p)

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Kurze Frage von mir: Bist du sicher, dass du die richtigen Spannungsarten vergleichst? Du kannst z. B. nicht so ohne weiteres Torsionsspannungen mit Vergleichsspannungen vergleichen.

Edit: Hab' den Screenshot erst jetzt angeschaut. Ich nehme an, du hast die Mitte deiner Welle fixiert und auf die linke und rechte Stirnfläche das Moment aufgebracht. Für die Aufbringung des Moments würde ich gefühlsmäßig eher eine Zylinderfläche verwenden (Fläche vorher ggf. aufteilen). Was bei deiner Methode passiert kann ich leider nicht ausprobieren, da ich kein FEM zur Hand habe.

Mal angenommen, du hast eine Welle mit zwei Zahnrädern und überträgst ein Moment. Dann fixierst du die Welle an der Stelle wo das erste Rad sitzt und auf die Stelle des zweiten Rades bringst du dein Moment auf. Für die Ertmittlung der Torsionsspannung ist der Abstand der Zahnräder noch nicht mal ausschlaggebend. Aber: Wenn du noch Biegungen drauf hast, dann ist die Vergleichsspannung sehr wohl vom Abstand und den Lagerstellen abhängig.

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Gruß  

Markus

[Diese Nachricht wurde von Markus_30 am 31. Mai. 2012 editiert.]

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grosse_verformung.PNG

Zitat:

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Original erstellt von ToTacheles:
Hallo Christof,

eine einigermaßen stark verdrehte Welle sollte sich zusammenziehen, wie ein Schwamm. Man erwartet, rein theoretisch betrachtet, eine Balligkeit der Stirnflächen, auch ein Verkürzen der Welle würde ich vermuten, außen mehr, zur Mitte hin weniger. Das liefert auch die Analyse starker Verformungen nicht. Wenn ich Deine Plots richtig interpretiere (die Koordinatenbezeichnung ist schlecht erkennbar), wird die Welle länger. Warum wird denn die Welle länger? Ein analytisches Modell dazu hätte ich auch keines.

Gruß Paul

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Hallo,

kann dazu jemand etwas sagen? Wie lässt sich diese erwartete Verkürzung berechnen oder zumindest abschätzen? Warum rechnet hier auch die FEM mit großer Verformung falsch?

[Diese Nachricht wurde von hafa am 13. Nov. 2012 editiert.]

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Hallo,

ich werfe hier mal Saint-Venantsche Torsion Torsion im Raum.

Informationen z.B. unter http://www.uni-magdeburg.de/ifme/l-festigkeit/pdf/ab_torsion.pdf

oder http://www.0x00f.com/files/ebooks/Einf%FChru  ng%20in%20die%20Technische%20Mechanik/10%20-%20Reine%20Torsion%20gerader%20St%E4be.pdf

Ich hoffe es hilft zumindest etwas weiter.

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Grüße

Micha

Edit: Ein Link hat nicht getan.

P.s.: Rechtschreibfehler erhöhen die Aufmerksamkeit des Lesers

[Diese Nachricht wurde von Micha K. am 14. Nov. 2012 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Micha K. am 14. Nov. 2012 editiert.]

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Danke,

ich hab das gelesen, den Inhalt verstanden, aber dennoch will mir das nicht in den Kopf.
Ist die Vorstellung, die wohl auch ToTacheles hat, sich einzelne Axialfasern des Stabes während der Torsion anzuschauen, falsch?
Verkürzt sich ein Torsionsstab wirklich nicht?

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verwoelbung_vierkant.jpg

Hallo,

die Analogie der Faserbetrachtung wird z.B. in der Schmiedetechnologie verwendet. Daher ist auch die Tatsache bekannt, dass ein Verdrehen der Welle zu dem Effekt führt, dass sich die Welle wie ein Schwamm zusammenzieht. Typisches Beispiel: Eine Kurbelwelle wird flach geschmiedet, danach werden die entsprechenden Pleuellager in Stellung (V-Motor)verdreht, die dabei betroffenen (verdrehten) Hauptlager zeigen dann den oben angesprochenen Effekt.

Wenn Du einen Vierkant verdrehst, dann gibt es vorwiegend eine Verwölbung des Querschnittes, gut nachweisbar (Farbplot anbei).

Bei einem kreisrunden Querschnitt sollte nach St. Venant keine Verwölbung des Querschnittes erfolgen. Jedoch liefert das Modell nach St. Venant falsche Ergebnisse, wenn es sich um dünne Querschnitte, offene oder auch sehr stark verdrehte Querschnitte handelt.

Das Erfassen des Effektes in FEM ist nur mit einem enormen Aufwand möglich: Die Analyse starker Verformungen braucht an der kräftefreien Stirnfläche mikroskopisch feines Netz, die Last muss außerdem nachführbar sein. Ich konnte bereits die mikroskopische Balligkeit des kreisrunden Querschnittes nachweisen, irgendwo im ANSYS-Forum habe ich ein Dokument dazu hochgeladen.

Gruß Paul

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