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Kegel-Kontakte.jpg Kegel-Lasten.jpg

Hallo zusammen,

ich versuche momentan kovergenzlos einen Kegelpressverband zu simulieren.
Da mein eigentliches Modell an selbigem scheitert, wollte ich nur diesen Sachverhalt näher untersuchen. Anschließend wollte ich mit etwas mehr an Erfahrung in mein ursprüngliches Modell zurückkehren.
Soviel zur Theorie. Aber selbst der Kegelpressverband an sich will nicht  Nun hoffe ich, dass ihr mir weiterhelfen könnt 

Mein bisheriger Aufbau entspricht dem angehängten Bilden.

Zur Erläuterung:

- Kontakt A: reibungsbehaftet, Koeffizient= 0.1, auf Berührung anpassen, Kontaktsteifigkeit bei jedem Iterationsschritt aktualisieren
- Kontakt B: reibungsfrei (da mich allein der Reibungssachverhalt an den Kegeln interessiert), auf Berührung anpassen, Kontaktsteifigkeit bei jedem Iterationsschritt aktualisieren
- Kontakt C: Verbund (Schraube + innerer Kegel), Kontaktsteifigkeit bei jedem Iterationsschritt aktualisieren
- Schraubenvorspannkraft = 10kN
- Moment = 9Nm (rechnerisch und ohne Sicherheiten könnte hier fast das doppelte angesetzt werden, bzw. eigentlich würde schon fast die Hälfe der Vorspannkraft für dieses Moment ausreichen um ausreichend zu Pressen)

TIA!

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Hey,
wo lässt du das Moment und die Schraubenvorspannkraft angreifen? Lässt sich so schlecht im Bild erkennen... Wo konvergiert denn die Berechnung nicht, gibt es konvergente "Zwischenlösungen"?

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Hi,

meine Aussage bzgl. eines Konvergenzproblems muss ich relativieren. Es kommt die Fehlermeldung "Ein interner Grenzwert beim Lösungsvorgang wurde überschritten. Bitte überprüfen Sie Ihre Randbedingungen auf falsche Lastwerte oder unzureichende Lagerungen. Stellen Sie außerdem sicher, dass das Netz mehr als ein Element in mindestens zwei Richtungen aufweist, wenn Volumenkörperelemente vorhanden sind. Weitere Informationen hierzu finden Sie im Hilfesystem unter 'Problembehebung'." Nur werde ich daraus nicht wirklich schlau.

Das Moment bringe ich über die zylindrische Außenkontur auf. Die Schraubenvorspannkraft an der Schraube. Im Prinzip dort wo das Gewinde sitzen würde.
Anzumerken wäre da noch, dass der Zylinder der Schraube bedingt durch das CAD-Modell und die Gewindeeigenschaft größer ist als das Loch mit Gewinde des inneren Konus. (Sorry für den Satz. Etwas schwierig zu lesen ;-)
Außerdem habe ich diese beiden Objekte per Verbund kontaktiert. Weiß aber nicht, ob das so korrekt war.

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Jetzt verstehe ichs  . Also du willst das ganze in einem Lastschritt rechnen? Ist bisschen komisch, du fügst ja auch nicht den Kegelpressverband, während du das Moment aussen aufbringst  . Also ich würde so vorgehen: du lässt das Moment weg und "schraubst nur an", also bringst die Schraubenvorspannkraft auf. Da kannst du auch beruhigt (denke ich) erstmal die Schraube weglassen und nur auf den Aussenzylinder drücken, das vereinfacht das Problem etwas. Im zweiten Lastschritt belastest du den verspannten Verbund mit dem Moment und schaust dann mal, was passiert.
Du hast hier allerdings ein kleines Problem, wenn die Vorspannkraft nicht ausreicht, um das Moment zu übertragen, wird dein ganzes System dynamisch, dein Aussenzylinder bewegt sich. Da du aber statisch rechnest führt das nur dazu, dass dein Solver aufgibt. Das könnte auch die Fehlermeldung sein, die du bekommst. Du fängst ja praktisch mit einer sehr kleinen Vorspannkraft an und bringst aber schon ein Moment auf. Und da kann es eben passieren, dass der Aussenkegel "durchrutscht", was zu der großen Verschiebung führt, die deinen Solver stört.

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Hallo,
ich kann der Vorgehensweise von Christoph nur zustimmen.
Das Aufbringen des Momentes würde ich erst einmal weglassen.
Ich würde das übertragbare Moment über die aufsummierten Normalkräfte an einem mittleren Reibradius abschätzen. Hierfür benötigt man aber APDL. Damit kannst Du Deine erforderliche Kraft ermitteln. Erst dannach macht es für mich Sinn im 2. Lastschritt das Moment aufzubringen.

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Viele Grüße
Achim

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Hallo Livestrong,

warum rechnest du das Problem nicht unter ausnutzung der Achsensymmetrie mit Plane-Elementen? Grundsatzlich sollte man dein Problem auch mit dem beschriebenen Modell und deutlich höherem aufwand lösen können.
Dafür würde ich folgende Vorgehensweise vorschlagen:
Kontakt A: No Seperation (damit ist die Trennung der Oberfläche nicht mehr möglich)
Wenn das funktioniert wird wieder mit reibungsbehaftetem Kontakt gerechnet
Berechnung in 2 Lastschritte aufteilen.
a) Ramped Prestress
b) Statt eines Moments würde ich den eine Drehwinkel vorgeben und dann das Losbrechmoment im /post26 auslesen (geht nur in Classic und mit reibungskontakt)

Aber wie gesagt: am besten 2D die Vorspanunng rechnen und dann das Losreißmoment wie von Achim007 beschrieben analytisch bestimmen. Das sollte auch ohne Probleme in Workbench möglich sein.

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Jens Friedrich
TU-Dresden

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Moin,

erstmal vielen Dank an alle.

Durch das Aufbringen der Vorspannung im 1. Lastschritt und des Moments im 2. kam ich nun sehr schnell zu einem Ergebnis.

@Achim
Unabhängig von dem Berechnungsergenis hat dein Hinweis mein Interesse geweckt. Jedoch benötige ich bzgl. der APDL-Geschichte noch etwas Hilfe.
Völlig unbedarft würde ich an diese Sache so herangehen: In WB unter "Lösung" "Befehle einfügen" und dann dort im /POST1 die äußersten Knoten des inneren Kegels am mittleren Durchmesser selektieren. Und dann? Selektrieren werde ich wahrscheinlich gerade noch hinbekommenm. Aber mit welchem Befehl wird die Normalkraft ermittelt? Und wo würde die Ausgabe angezeigt werden? Unter Lösungsinformationen?

@Jens
Ich versuche Erkenntnisse im 3D zu sammeln, da mein eigentliches Modell nicht wirklich im achsensymmetrisch abgebildet werden kann.

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Du müsstest ersteinmal die Knoten selektieren, für die ein Kontaktdruck berechnet wurde:
NSEL,s,cont,pres
Dann gehst du die selektierten Knoten durch (weißt wie das geht?) und kannst mit
*GET,parameter,NODE,Knotennummer,CONT,PRES
den Kontaktdruck an gewünschten Knoten auslesen. Dein übertragbares Moment ergibt sich ja dann als Integral von mu*Kontaktdruck*Radius über die Fläche.
Interessant wird es, wenn du eine maximale Reibschubspannung gegeben hast. Da müsste man meiner Meinung nach eine Vergleichsschubspannung berechnen und damit dann die maximal übertragbare Reibschubspannung in Umfangsrichtung berechnen. Dann ergibt sich das Moment als Integral von min{übertragbare Reibschubspannung,mu*Kontaktdruck}*Radius über die Fläche. Oder gibt es da andere Ansichten?

[Diese Nachricht wurde von ChristophN am 25. Feb. 2009 editiert.]

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Hallo,
hier die benötgten Kommandos zum Einfügen im Bereich der Ergebnisse:
Zuvor nur asymmetrischen Kontakt einstellen, sonst erhälst Du nur die Hälfte der Kraft,
bzw mußt beide Seiten auswerten.
/post1
esel,s,ename,,174
esel,r,type,,"richtigeNummer"
ETABLE,cont_pres,CONT,PRES  
ETABLE,area,VOLU,  
SMULT,Force,AREA,CONT_PRES,1,1, 

/outp,Dateiname,erg
SSUM
/outp,

alls !ist wichtig sonst kann Workbench nicht auserten

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Viele Grüße
Achim

[Diese Nachricht wurde von Achim007 am 26. Feb. 2009 editiert.]

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Hallo,

ich als (relativ) unerfahrener ANSYS Nutzer würde so vorgehen:

1. Unbedingt die gegebene axiale Systemtrie ausnutzen! (Ergibt dann wie schon hier erwähnt ein 2D Modell aus z.B. PLANE82 Elementen)
2. Die max. möglichen Spannungen in Welle/ Nabe berechen aus dem maximalen Übermass der Passungen (minus des Übermassverlust durch den Rautiefeneinfluss). Evtl. bracht man bei der Betrachtung noch nicht einmal Kontakelemente sondern könnte die Knoten von Welle und Nabe normal zur "Oberfläche" koppeln)
3. Aus dem kleinsten Übermass ergeben sich Analog dann die minimalen Spannungen und Pressungen. Ich würde versuchen die Pressung in der Passung (zwischen Welle und Nabe) auszulesen und daraus dann das mögliche Drehmoment zu berechnen, was diese Verbindung sicher übertragen kann

Evtl. kann man die Übermaße mit einer "virtuellen" Temperaturlast simulierem.

Gruß
Lutz

P.S.: Eine Vergleichrechnung mit klassichen (Dubbel) Formeln bietet sich evtl. auch an. Man kann daraus wahrscheinlich lernen, dass FEM nicht in jedem Fall "wirtschaftlich" ist.

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Zitat:

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Original erstellt von Achim007:
/post1
esel,s,ename,,174
esel,r,type,,"richtigeNummer"
ETABLE,cont_pres,CONT,PRES  
ETABLE,area,VOLU,  
SMULT,Force,AREA,CONT_PRES,1,1, 

/outp,Dateiname,erg
SSUM
/outp,

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Und was für eine Größe soll da berechnet werden? Kontaktdruck*Elementfläche ergibt doch kein Moment, oder?

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Zitat:

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Original erstellt von ChristophN:
Und was für eine Größe soll da berechnet werden? Kontaktdruck*Elementfläche ergibt doch kein Moment, oder?

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Stimmt, es ergibt die aufsummierte Normalkraft. Multipliziert mit dem mittleren Reibradius und dem Reibungskoeffizienten ergibt sich das übertragbare Moment.

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Viele Grüße
Achim

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Hallo,

das mit dem "mittleren Reibradius" ist IMO so einfach nicht. Hier mal eine kleine Ableitung
(mit Maple) für Druck auf Kegelmantel = konst.

Gruß
Lutz

Code:

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Übertragbares Moment einer Kegelpresspassung
1. Gegeben - Gesucht

Gegeben:
Da        : kleiner Durchmesser Kegel (z.B. in mm)
Db        : grosser Durchmesser Kegel (z.B. in mm)
h          : Höhe Kegel (z.B. in mm)
P          : Pressung auf Kegelmantel (z.B in N/mm²) = konstant(!)
mue        : Reibwert

Ak        : Kegelmantelfläche (z.B. in mm²)
rr        : Reibradius (z.B. in mm)
m          : Breite Kegelmantelfläche (z.B. in mm)
Fn        : Normalkraft (z.B. in N)
Fr        : Reibkraft (z.B. in N)

Gesucht:
Md        : Übetragbares Drehmoment (z.B. in Nmm)

Wichtig:
1. Ableitung gilt nur wenn P = konstant
2.            "      wenn die Summe aller axialen Kräfte (Fx) = 0
> restart;
2. Ableitung - Allgemein

> Md[1] := int(df * r(x), x=0..h);

                                  h
                                  /
                                |
                      Md[1] :=  |  df r(x) dx
                                |
                                /
                                  0

> r := x -> (Da + x * (Db - Da) / h) / 2;

                                        x (Db - Da)
                  r := x -> 1/2 Da + 1/2 -----------
                                              h

> df := P * r(x) * 2 * Pi * mue;

                      /            x (Db - Da)\
            df := 2 P |1/2 Da + 1/2 -----------| Pi mue
                      \                  h    /

> Md[1] := simplify(int(df * r(x), x=0..h));

                            2            2
            Md[1] := 1/6 (Db  + Da Db + Da ) P Pi mue h

3. Ableitung - Reibradius
> Md[2] := Fr * rr;

                            Md[2] := Fr rr

> Fr := Fn * mue;

                            Fr := Fn mue

> Fn := Ak * P;

                              Fn := Ak P

> Ak := Pi/2 * m * (Da + Db);

                      Ak := 1/2 Pi m (Da + Db)

> m := sqrt(h^2 + (Db/2 - Da/2)^2);

                            2    2              2 1/2
              m := 1/2 (4 h  + Db  - 2 Da Db + Da )

> rr := solve(Md[1] = Md[2],rr);

                                  2            2
                            h (Db  + Da Db + Da )
        rr := 2/3 -----------------------------------------
                      2    2              2 1/2
                  (4 h  + Db  - 2 Da Db + Da )    (Da + Db)

4. Probe
> 0 = Md[1] - Md[2];

                                0 = 0

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