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Verschraubung_T-Stein.pdf

Hallo zusammen,

möchte eine Schraubenverbindung mit Ansys WB 11.0 durchrechnen. Insbesondere geht es mir darum, welchen Teil meiner Betriebskraft meine Schraube zu sehen bekommt. Analytisch habe ich das schon gerechnet und komme auch auf plausible Ergebnisse. Leider stimmen die nicht mit den Ergebnissen aus Ansys WB überein, wobei ich aber sicher sagen kann, dass die WB-Ergebnisse nicht stimmen, aber der Reihe nach:

Im Anhang habe ich mal meine Verschraubung dargestellt. Diese ist natürlich vereinfacht, meine Baugruppe stelle ich hier natürlich nicht rein  Es handelt sich dabei um einen klassischen T-Nutenstein nach DIN 650 (Nut) und 508 (Stein). Am oberen Teil greift meine Betriebskraft an, der untere Teil soll das Maschinenbett darstellen, welches in seiner Gesamtheit schon ziemlich steif ist, und nicht mitgerechnet werden soll.

Analytisch habe ich die Federsteifigkeiten der verspannten Bauteile und der Schraube ausgerechnet, über die Federsteifigkeiten dann das Kraftverhältnis. Dann habe ich noch den Krafteinleitungsfaktor bestimmt und damit hatte ich dann das konstruktionsabhängie Kraftverhältnis, welches mir angibt, wie groß der Anteil der Betriebskraft ist, der in meiner Schraube landet. Dieses Ergebnis war ganz OK, lag von der Größenordnung her dort, wo ich es vermutet hatte. Die Federsteifigkeiten habe ich auch mittels FEM bestimmt, diese Ergebnisse stimmten mit der analytischen Lösung überein. Also dort habe ich mich schon mal nicht verrechnet 

Meine Randbedingungen im Berechnungsmodell: Zwei Lastschritte, im ersten wird die Schraube vorgespannt, im zweiten wird die angreifende Kraft aufgebracht, die am oberen Körper senkrecht nach oben zerrt. Fixiert hatte ich die obere Fläche des Maschinenbettes (auf der Skizze die Oberseite des unteren Körpers). Mittels Stichproben-Tool und der Funktion "Betriebslast" habe ich mir die Schraubenkraft ausgeben lassen. Die Schraubenzusatzkraft war 50 N, obwohl ich 750 N hätte herausbekommen müssen. Die 50 N können nie im Leben stimmen. Ich vermute meinen Fehler bei meiner fixierten Fläche. Ursprünglich hatte ich angenommen, dass diese Fixierung keinen Einfluss auf das Ergebnis haben dürfte. Ist aber definitiv nicht so, ich habe auch mal die Unterseite des unteren Körpers fixiert, Ergebnis war zwar ein anderes, aber immer noch jenseits von Gut und Böse. Aber irgendwo muss ich mein Modell festhalten, ansonsten kann es ja nicht gelöst werden. Die Werkstoffdaten sind alle i. O., das hab ich schon zwei Mal nachgeprüft.

Nun meine Frage: Kann mir bitte jemand die Augen öffnen und mir erklären, was ich falsch mache?

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Gruß 

Markus

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Hallo Markus,

warum fixierst du die Kontaktflächen ??? ist das in der realität auch so ???
Bei der Schraubenvorspannung musst du 2 sachen beachten !!!

1) Schraubenvorspannung darf nicht auf eine fläche aufgebracht werden, auf der bereits ein Verbundkontakt definiert ist.
2) unter "Tabelarische Daten" muss der zweite Schritt der Schraubenvorspannung auf "Sperren" gesetzt werden.

Wie Hast du deine Kontakte definiert ???
Zwischen Schraubenkopf und Platte würde ich vielleicht "keine Trennung" definieren.

Falls du eine Workbench lizenz hast die höher als DesignSpace ist, kannst du unter Lösung den Kontakt-Tool verwenden.

Gruss
BWs

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Hallo, BWs,

vielen Dank für deine Antwort.

Ich habe bei der Schraube die Mantelfläche im CAD geteilt, vorne habe ich im Nutenstein einen Verbundkontakt definiert (Bolzendurchmesser und Lochdurchmesser in der Mutter wurden mit dem Spannungsdurchmesser modelliert), und hinten habe ich die Vorspannkraft definiert. Also nicht beides auf die gleiche Fläche.

Im zweiten Lastschritt habe ich die Schraubenvorspannkraft auch auf "Sperren" gesetzt, ansonsten könnte ich ja gar nichts draus ablesen. Ich bekomme aber immerhin ein Ergebnis, wenns auch grundlegend falsch ist.

Meine Kontakte habe ich so definiert: Zwischen Schraube und Nutenstein und zwischen Kopfauflage und Platte habe ich einen Verbundkontakt. Zwischen den beiden Platten und zwischen Nutenstein und dessen Auflagefläche habe ich Reibungskontakte mit einem Reibwert von 0,12.

Ich habe auch schon versucht, die Kontakte anders zu definieren. Also einen Reibungskontakt zwischen Schraubenauflage und Platte zum Beispiel. Habe da mehrere Versionen durchprobiert, das Ergebnis war immer der gleiche Mist.

Warum ich die eine obere Fläche des unteren Teiles fixiert habe: Das untere Teil stellt ein ziemlich steifes Maschinenbett dar, das sich bei Aufbringung der Betriebskraft de facto nicht verformt. Dieses Maschinenbett soll in meiner Rechnung deshalb auch nicht berücksichtigt werden, deswegen habe ich dessen Oberfläche fixiert. Dies kommt IMHO der Realität ziemlich nahe, da sich das Maschinenbett wie gesagt praktisch nicht verformt.

Bei der Verformung meiner Teile bekomme ich mit meiner Rechnung auch vernünftige Ergebnisse. Meine Vermutung ist, dass ich mit der Fixierung der Oberseite meines Maschinenbettes die Bauteile irgendwie daran hindere, zu federn. Und dass dadurch ein völlig falsches Ergebnis entsteht. Ganz verstehe ich das noch nicht, da ich ursprünglich dachte, meine fixierung hätte keinen Einfluss auf das Ergebnis. Die Bauteile müssten IMHO trotzdem federn können, ich habe ja schließlich nicht den ganzen Körper fixiert.

Aber irgendeine Fläche muss ich ja fixieren, da sonst mein Modell nicht gelöst werden kann. Hast du da vielleicht noch einen Tip für mich auf Lager?

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Gruß 

Markus

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