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Thema: Vereinfachte Schraubenmodellierung in Workbench (17953 mal gelesen)
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tobster Mitglied Simulant
Beiträge: 139 Registriert: 08.02.2011 Ansys Workbench 12.1 und ein gut ausgestatteter PC
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erstellt am: 11. Feb. 2011 09:48 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Hallo Zusammen, mich würde interessieren, wie Ihr vereinfacht Schraubverbindungen mittels Designmodeller und Simulation modelliert. Aufgrund der Baugruppengröße und nicht zufrieden stellenden Ergebnissen mit der "bolt pretension" Last auf ein Schrauben Volumenmodell (hierbei Schraubenkopf mit Auflageteil in einem part und Gewinde mittels MPC Bonded contact verbunden) suche ich alternative, vor allem bewährte, Möglichkeiten zur Modellierung. Fragwürdig sind die Ergebnisse sowieso, da die verbundenen Teile nur mittels frictionless Kontakt verbunden werden können (Professional NLT Lizenz). Ich habe mir anhand eines kleinen Beispiels folgende Vorgehensweise überlegt. Auflagefläche der Schraube/Scheibe mittels imprint auf Auflageteil. Dann diese Fläche und die Gewindefläche über Remotepoints mit einem Balken (unter Connections -> Body-Body, Remotepoints werden automatisch erzeugt) versehen. Durchmesser ist Schraubenkerndurchmesser. Zusätzlich noch eine Feder über die gleichen Flächen/remotepoints einfügen. Federsteifigkeit sehr klein wählen und mit Preload die Schraubenvorspannung aufbringen. Den Balken benötige ich um Scherkräfte aufnehmen zu können, weil wie vorher erwähnt nur frictionless contact möglich ist. Die Betriebskraft auf die Schraube errechne ich dann aus zwei Loadsteps. Im ersten wird nur die Vorspannung simuliert. Hier erhalte ich dann eine verkürzung der Feder und mit den zwei Werten eine Federsteifigkeit. Im zweiten Step wird aus der Verformungsdifferenz der Feder und der Federsteifigkeit die zusätzliche Kraft auf die Schraube ausgerechnet. Über den Balken kann ich zusätzlich noch die wirksamen Scherkräfte ermitteln, auch wenn diese nicht aussagekräftig sind (fehlender Reibkontakt). Am kleinen Beispiel konnte ich die korrekte Schraubenkraft reproduzieren und in einer großen Baugruppe habe ich das Vorgehen dann angewandt. Konvergenztechnisch gab es keine Probleme. Kritikpunkte an meiem Vorgehen sind: - Immer noch viel Modellierungsaufwand - Vorspannkraft verteilt sich auf Balken und Teil --> keine korrekte Abbildung der Vorspannkraft auf das Bauteil - Auswertung ist mühselig Über Ratschläge und neue Ansichtsweisen bin ich sehr dankbar! Besten Gruß! Tags: Schrauben, Schraubenmodellierung, Schraubenverbindung, Schraubverbindung, Verschraubung [Diese Nachricht wurde von tobster am 11. Feb. 2011 editiert.] Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
deepblue Mitglied Simulationsingenieur
Beiträge: 912 Registriert: 17.04.2003 ANSYS v19.1, Mechanical, Fluent, ICEM CFD NX 12.0.1 TC 10, TCeasy Win7 64bit HP Z400; 3,3GHz; 12GB RAM NVIDIA Quadro FX2000
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erstellt am: 11. Feb. 2011 12:56 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tobster
Schraubenberechnung ist im Prinzip ein komplexes Thema. Je nachdem was Du berechnen möchtest (es gibt zu diesem Thema eine eigene Schulung bei CADFEM). Du schreibst, dass die Ergebnisse fragwürdig sind. Warum? Was hast Du denn ausgewertet und wo? Das mit dem frictionless Kontakt kann ich nicht nachvollziehen (hängt das mit Deiner Lizenz zusammen?). Das Verfahren mit der bolt pretension ist eigentlich das gängige und minimiert die Aufwände. ------------------ Gruss Deepblue Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
tobster Mitglied Simulant
Beiträge: 139 Registriert: 08.02.2011 Ansys Workbench 12.1 und ein gut ausgestatteter PC
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erstellt am: 11. Feb. 2011 13:08 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Zitat: Original erstellt von deepblue: Schraubenberechnung ist im Prinzip ein komplexes Thema. Je nachdem was Du berechnen möchtest (es gibt zu diesem Thema eine eigene Schulung bei CADFEM). Du schreibst, dass die Ergebnisse fragwürdig sind. Warum? Was hast Du denn ausgewertet und wo? Das mit dem frictionless Kontakt kann ich nicht nachvollziehen (hängt das mit Deiner Lizenz zusammen?). Das Verfahren mit der bolt pretension ist eigentlich das gängige und minimiert die Aufwände.
Prinzipiell möchte ich eine Aussage über die Schraubenbelastung. Die Ergebnisse sind fragwürdig, weil Scherkräfte nicht aufgenommen werden können. Bei der NLT Lizenz ist ein reibungsbehafteter Kontakt nicht möglich. Das Verfahren mit der bolt pretension mag gängig sein, allerdings: - die Darstellung der Schraube kostet einige zusätzliche Elemente. Bei meinem kleinen Beispiel habe ich 10000 Elemente für die Schraube gebraucht, dass Ansys korrekt gerechnet hat. Hauptsächlich durch den MPC bonded Kontakt begründed. Bei zuwenigen Elementen ist die Schraube einfach durchgerutscht. Vielleicht gibts da einen Trick. - Die Auswertung der Working load hat bei mir nicht funktioniert, obwohl ich in 3 Steps gerechnet hatte. Sprich Vorspannung, dann lock, dann Last.
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deepblue Mitglied Simulationsingenieur
Beiträge: 912 Registriert: 17.04.2003 ANSYS v19.1, Mechanical, Fluent, ICEM CFD NX 12.0.1 TC 10, TCeasy Win7 64bit HP Z400; 3,3GHz; 12GB RAM NVIDIA Quadro FX2000
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erstellt am: 11. Feb. 2011 13:21 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tobster
Hmmm, wie sieht denn Dein Schraubenmodell aus? Ich häng mal ein Beispiel an, wie das überlicherweise gemacht wird... Dort siehst Du, dass die Gewindegänge nicht dargestellt werden, sondern nur Zylinder. ------------------ Gruss Deepblue Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
cgebhardt Moderator Maschinenbauingenieur
Beiträge: 1449 Registriert: 20.11.2000
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erstellt am: 14. Feb. 2011 08:44 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tobster
Hallo, das Schraubenmodell über vorgespannte Volumen oder Balken hat den Vorteil, dass man die Steifigkeit gut abgebildet hat. Bei der Auswertung geht man auf die Schnittgrössen (Krafte und Momente) und geht damit in eine Bewertung analog VDI2230. Was im FE-Modell fehlt ist die Torsionsspannung durch das Anziehen, aber die kann man ja noch manuell draufrechnen. Meist macht das aber nicht so ganz viel aus, deshalb macht man das oft nur dann, wenn's eh schon eng ist. Gruss Christof Gebhardt
------------------ Christof Gebhardt CAD-FEM GmbH Marktplatz 2 85567 Grafing Tel. +49 (0) 8092 7005 65 cgebhardt(at)cadfem.de www.cadfem.de Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
tobster Mitglied Simulant
Beiträge: 139 Registriert: 08.02.2011 Ansys Workbench 12.1 und ein gut ausgestatteter PC
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erstellt am: 14. Feb. 2011 08:50 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Zitat: Original erstellt von cgebhardt: Hallo,das Schraubenmodell über vorgespannte Volumen oder Balken hat den Vorteil, dass man die Steifigkeit gut abgebildet hat. Bei der Auswertung geht man auf die Schnittgrössen (Krafte und Momente) und geht damit in eine Bewertung analog VDI2230. Was im FE-Modell fehlt ist die Torsionsspannung durch das Anziehen, aber die kann man ja noch manuell draufrechnen. Meist macht das aber nicht so ganz viel aus, deshalb macht man das oft nur dann, wenn's eh schon eng ist. Gruss Christof Gebhardt
Hallo Herr Gebhardt, zwei Fragen bezüglich Ihren Ausführungen: 1. Kann ich Balken vorspannen ohne ein Federelement zu setzen? 2. Welche Schnittkräfte werte ich aus? wobei ich mir die Frage stelle, wie gut die Struktursteifigkeit dargestellt wird, wenn zwischen den verschraubten Teilen nur ein reibungsfreier Kontakt definiert ist... Vielen Dank!
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M.Seidler Mitglied Dipl. Ing.
Beiträge: 600 Registriert: 08.01.2007 ABAQUS CAE 6.10 Ansys 13 Hyper Works 11
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erstellt am: 14. Feb. 2011 09:46 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tobster
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cgebhardt Moderator Maschinenbauingenieur
Beiträge: 1449 Registriert: 20.11.2000
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erstellt am: 15. Feb. 2011 21:48 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tobster
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cgebhardt Moderator Maschinenbauingenieur
Beiträge: 1449 Registriert: 20.11.2000
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erstellt am: 15. Feb. 2011 22:04 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tobster
noch was: Die Schraubenmodellierung wird vom Aufwand her oft völlig überbewertet. Es gibt Anwender, die haben komplexe Baugruppen mit 100-200 Schrauben in wenigen Minuten erledigt (zumindest die Definition der Kontakte, siehe auch http://www.kem.de/home/-/article/16537493/26973477/), aber das braucht eine gewisse Vorgehensweise. Nicht empfehlenswert: Kontakte manuell definieren, Kontakterkennungs-Toleranz auf DEfault-Schiebereglerposition stehen lassen, Toleranz hoch setzen Empfehlenswert: Kontakte automatisch definiern lassen, Kontakterkennungs-Toleranz auf einen besseren default-Toleranzwert setzen (über alle Modelle gemittelt erfahrungsgemäss: +80) Kriterum ist: Unterm Kopf und am Gewinde AUTOMATISCHEN Kontakt erzeugen, zwischen Schaft und Durchgangsbohrung kein Kontakt (!!). Damit das klappt, Schraube absetzen, so dass Gewindebereich vom Durchmesser perfekt in die Kern-Sacklock-Gewindebohrung passt (siehe auch kleines Bild in obigem Link). Heisst zwar, CAD-Schraube durch FEM-gerechte Schraube austauschen, aber das passiert nur 1x, dafür spar ich mir, 100 Schrauben mit je 2 Kontakten manuell nochmal anzufassen. Ich kontrolliere 1 Schraube (Schraubenfläche selektieren, gehe zu, Kontakte für ausgewählte Körper) und deren Kontakte, wenn die stimmen, stimmen alle anderen gleichartigen (und gleichartig positionierten) Schrauben auch. Viel mehr sollte man sich um die Auswertung kümmern. Wie geschrieben, 2 Lastfälle rechnen (nicht zu verwechseln mit den 2 Lastschritten wg. der Vorspannung) um maximale und minimale Vorspannkraft evtl. mit Setzverlust abzudecken. Gruss Christof Gebhardt ------------------ Christof Gebhardt CAD-FEM GmbH Marktplatz 2 85567 Grafing Tel. +49 (0) 8092 7005 65 cgebhardt(at)cadfem.de www.cadfem.de Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
tobster Mitglied Simulant
Beiträge: 139 Registriert: 08.02.2011 Ansys Workbench 12.1 und ein gut ausgestatteter PC
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erstellt am: 16. Feb. 2011 10:43 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Hallo, vielen Dank für die umfassende Antworten! Mit Bezug auf das Titelthema bleibt bei mir nur noch eine Frage offen. Kann ich die pretension Elemente in der Workbench definieren, wenn der modellierte Balken als body-body connection definiert wurde? Ich bin leider noch nicht dazu gekommen es durch ausprobieren/Dokumentation herauszufinden. Mit Apdl bin ich eher nicht in Berührung gekommen. Werde aber höchstwahrscheinlich im September die Schulung in Grafing "Erweiterung der ANSYS Workbench Funktionalität mittels Scripting in APDL" besuchen und hoffe mir dann ein größeres Verständnis aus dem Zusammenspiel Workbench-Classic. Ciao
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schleckschling Mitglied M.Eng. - Simulation Engineer
Beiträge: 52 Registriert: 19.04.2004
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erstellt am: 16. Feb. 2011 11:37 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tobster
Hi, ich benutze oft BEAMS in Worbench (Erstellung unter Kontakte - Beam) zur Modellierung von Schraubverbindungen. Die Aufbringung der Vorspannung erfolgt mit PRETS-Elementen automatisch über APDL. Dazu ist ein Command-Objekt einzufügen. Mein "Makro" findest du im Anhang... Gruss Frank Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
tobster Mitglied Simulant
Beiträge: 139 Registriert: 08.02.2011 Ansys Workbench 12.1 und ein gut ausgestatteter PC
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erstellt am: 16. Feb. 2011 13:33 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
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tobster Mitglied Simulant
Beiträge: 139 Registriert: 08.02.2011 Ansys Workbench 12.1 und ein gut ausgestatteter PC
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erstellt am: 16. Feb. 2011 13:42 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Zitat: Original erstellt von schleckschling: Hi,ich benutze oft BEAMS in Worbench (Erstellung unter Kontakte - Beam) zur Modellierung von Schraubverbindungen. Die Aufbringung der Vorspannung erfolgt mit PRETS-Elementen automatisch über APDL. Dazu ist ein Command-Objekt einzufügen. Mein "Makro" findest du im Anhang... Gruss Frank
Bei mir findet er das Koordinatensystem 100 nicht. Reicht es wenn ich das Koordinatensystem zu "100" umbenenne? Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
schleckschling Mitglied M.Eng. - Simulation Engineer
Beiträge: 52 Registriert: 19.04.2004
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erstellt am: 16. Feb. 2011 13:51 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tobster
Zitat: Original erstellt von tobster: Bei mir findet er das Koordinatensystem 100 nicht. Reicht es wenn ich das Koordinatensystem zu "100" umbenenne?
Achso... du musst ein Koordinatensystem erstellen, welches zwischen dem Anfang und dem Ende der Schraubverbindung liegt. Unter "Definition" kannst du dann bei "Ansys system" eine manuelle KSYS-Nummer eingeben (in diesem Fall die 100). Achso, die Schleife in meinem Makro ist nur für Schraubverbindungen ausgelegt, welche in der gleichen Ebene liegen. Ansonsten musst du mehrere Koordinatensysteme erstellen (jeweils zwischen dem Anfang und dem Ende der Schraubverbindung). Vielleicht geht das auch einfacher...hab mich da nicht weiter mit beschäftigt... Ansys braucht diese Koordinatensysteme zur Ermittlung der "Trennebene" der Verbindung... Gruss Frank [Diese Nachricht wurde von schleckschling am 16. Feb. 2011 editiert.] Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
tobster Mitglied Simulant
Beiträge: 139 Registriert: 08.02.2011 Ansys Workbench 12.1 und ein gut ausgestatteter PC
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erstellt am: 17. Feb. 2011 15:43 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Zitat: Original erstellt von schleckschling: Unter "Definition" kannst du dann bei "Ansys system" eine manuelle KSYS-Nummer eingeben (in diesem Fall die 100).
Genau hier lag das Problem. Aber wie Ansys so will, kommt dann nichts Gutes bei der Berechnung raus... Es wird überhaupt keine Vorspannung aufgebracht. Werde das Beispiel mal Anhängen, vielleicht kann mir bitte jemand helfen?
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M.Seidler Mitglied Dipl. Ing.
Beiträge: 600 Registriert: 08.01.2007 ABAQUS CAE 6.10 Ansys 13 Hyper Works 11
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erstellt am: 17. Feb. 2011 16:02 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tobster
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schleckschling Mitglied M.Eng. - Simulation Engineer
Beiträge: 52 Registriert: 19.04.2004
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erstellt am: 17. Feb. 2011 16:10 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tobster
Du musst diese Zeile ändern: psmesh,5000+j,,,all,,100,X "X" gibt die Normalenrichtung der Trennebene an. Bei dir verläuft die Schraube entlang der Z-Achse. Du musst die Zeile somit abändern auf: psmesh,5000+j,,,all,,100,Z Gruss Frank Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
tobster Mitglied Simulant
Beiträge: 139 Registriert: 08.02.2011 Ansys Workbench 12.1 und ein gut ausgestatteter PC
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erstellt am: 17. Feb. 2011 16:15 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Zitat: Original erstellt von M.Seidler: Ändere bitte folgendes:psmesh,5000+j,,,all,,100,X,0
Danke für die schnelle Antwort. Die Änderung hat bei mir allerdings keine Wirkung gezeigt. Absolut keine Vorspannung vorhanden. An was kann das liegen? Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
tobster Mitglied Simulant
Beiträge: 139 Registriert: 08.02.2011 Ansys Workbench 12.1 und ein gut ausgestatteter PC
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erstellt am: 17. Feb. 2011 16:28 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Zitat: Original erstellt von schleckschling: Du musst diese Zeile ändern:psmesh,5000+j,,,all,,100,X "X" gibt die Normalenrichtung der Trennebene an. Bei dir verläuft die Schraube entlang der Z-Achse. Du musst die Zeile somit abändern auf: psmesh,5000+j,,,all,,100,Z Gruss Frank
Super! Das war des Rätsels Lösung. Vielen Dank! (Ich sollte mich docheinmal näher mit den kryptischen APDL Befehlen auseinandersetzen..., aber der Aubau von diesen ist wirklich abschreckend, da sind die ADINA Befehle leichter verständlich) Nur noch eine Kleinigkeit bei der Auswertung fuchst mich. Wie erhalte ich jetzt die wirksame axiale Schraubenkraft? In meinem Beispiel spanne ich mit 350kN vor und ziehe im zweiten Schritt an der Schraubenauflagefläche mit 350kN an. Sollte Summa Summarum eine Zugbelastung von 700kN in der Schraube ergeben. Jedoch zeigt die Simulationsumgebung bei der axialen Kraft im Balkenelement 394kN an. Die Kontaktkraft zwischen den verschraubten Teilen geht allerdings auf fast 0, so dass es sich wahrscheinlich um ein Postprocessing Problem handelt. Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
schleckschling Mitglied M.Eng. - Simulation Engineer
Beiträge: 52 Registriert: 19.04.2004
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erstellt am: 18. Feb. 2011 14:25 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tobster
Hi nochmal, wenn du an den Schraubenauflageflächen ziehst, entspannst du die Werkstücke, d.h. die Klemmkraft in der Fuge geht immer weiter zurück (insbesondere durch die in deinem Fall sehr kleine Klemmlänge)...und somit auch Kraft auf die Schraubverbindung durch die Schraubenvorspannung. Die Zusatzkraft auf die Schraube ist somit extrem gering. Wird die Klemmkraft zu null, so stellt sich als Grenzfall gerade die Zugkraft als resultierende Schraubenkraft ein. Die Ergebnisse sind also durchaus plausibel. -> siehe Verspannungsschaubild, z.B. Roloff-Matek S.213 Gruss Frank
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tobster Mitglied Simulant
Beiträge: 139 Registriert: 08.02.2011 Ansys Workbench 12.1 und ein gut ausgestatteter PC
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erstellt am: 21. Feb. 2011 11:05 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Zitat: Original erstellt von schleckschling: Hi nochmal,wenn du an den Schraubenauflageflächen ziehst, entspannst du die Werkstücke, d.h. die Klemmkraft in der Fuge geht immer weiter zurück (insbesondere durch die in deinem Fall sehr kleine Klemmlänge)...und somit auch Kraft auf die Schraubverbindung durch die Schraubenvorspannung. Die Zusatzkraft auf die Schraube ist somit extrem gering. Wird die Klemmkraft zu null, so stellt sich als Grenzfall gerade die Zugkraft als resultierende Schraubenkraft ein. Die Ergebnisse sind also durchaus plausibel. -> siehe Verspannungsschaubild, z.B. Roloff-Matek S.213 Gruss Frank
Hallo Frank, vielen Dank nochmal für den Denkanstoß. Maschinenelemente und Schraubenauslegung sind schon zu lange her, als dass ich mich an die Betriebskraftaufteilung erinnern konnte. Aber du hast natürlich Recht! Roloff-Matek nochmal rausgekramt, durchgeblättert und mit Kollegen diskutiert --> die FEM Ergebnisse sind vollkommen plausibel! Vielen Dank für deine Unterstützung! Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
schleckschling Mitglied M.Eng. - Simulation Engineer
Beiträge: 52 Registriert: 19.04.2004
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erstellt am: 21. Feb. 2011 11:09 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tobster
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tobster Mitglied Simulant
Beiträge: 139 Registriert: 08.02.2011 Ansys Workbench 12.1 und ein gut ausgestatteter PC
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erstellt am: 29. Mrz. 2011 16:44 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
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