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Hallo Zusammen,

meine Problemstellen ist wie folgt: Ich habe ein Rohr und einen Behälter (geschlossen bis auf die Verbindung zum Rohr).
Das Rohr wird dicht auf den Behälter mit einer gewissen Kraft gepresst und durch das Rohr fließt ein Fluid, welches im Behälter einen Druck aufbaut.
Die Problemstellung ist quasi - "Bei welchem Druck wird welche Anpresskraft benötigt damit die Kontaktstelle zwischen Rohr und Behälter dicht bleibt?"

Nachdem ich in Comsol versucht habe das Problem zu lösen, habe ich mich für ANSYS entschieden.
Habe ein Modell aufgebaut und innen einen Druck angenommen, bzw eine Flächenkraft konstant nach aussen gerichtet im Inneren des Rohres und Behälters.
Das ist ja gut und schön, aber wie kann ich die spezielle Problematik zwischen den beiden Komponenten lösen? Wie kann ich die Kontaktstelle auf Dichtigkeit überprüfen?

Hat jemand eine Idee - ich steh auf n Schlauch.

Danke und Gruß

Robbor

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Hallo!

Drei Punkte:

1. Bitte lade ein Bild deiner Geometrie hoch, damit sich alle Leute in Bild deiner Problemstellung machen können. Besonders interessant ist vor allem die Einbaulage der Dichtung, d.h. liegt die Dichtschnur in einer Nut oder liegt sie plan auf oder oder oder.

2. Was genau hast du versucht mit COMSOL zu rechnen und warum hast du dich f. ANSYS umentschieden?

3. Welcher Innendruck liegt vor?

Zur Frage: Für eine realisitsche Abschätzung deiner Dichtung würde ich die Dichtung wirklich mit in das Berechnungsmodell nehmen. Es kommt aber eben wie oben geschrieben ganz darauf an, wie die Dichtung eingebaut ist: Falls wir von einer Dichtschnur reden die in einer Dichtungsnut liegt, ist die Abmessung dieser Nut ja vom Dichtungshersteller spezifiziert. Da die Tiefe dieser Nut größer ist als der Durchmesser der Schnur, wird die Dichtung in die Nut gepresst. Die Belastungen auf das Material können hierbei meiner Meinung nach vernachlässigt werden. Für die Simulation berücksichtigst du also nur deine beiden verschraubten Teile ohne Dichtung und prüfst, ob die Deformation zwischen 2 Schrauben größer als ein beliebiger Grenzwert ist.

Bei einer Flachdichtung muss man wirklich mit den Werkstoffdaten des Gummis arbeiten. Hierbei stellt die Beschaffung dieser Daten meistens große Probleme dar.

In solchen Fällen versuche ich daher, die nichtlinearen Materialeigenschaften von Gummi durch ein lineares Materialmodell abzubilden. Es gibt eine gute Internetseite wo die Materialeigenschaften von Gummi abhängig von der Form der Gummifeder ermittelt werden können. Man sollte sich aber im Vorfeld solcher Taktiken über die Risiken und Grenzen dieser Methode im Klaren sein!

Ich freue mich sehr auf die Erfahrungsberichte / Meinungen der anderen User!

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Geometrie.jpg

Hallo,

vielen Dank für das Interesse und die Antwort.
Ein Bild mit der Geometrie befindet sich im Anhang - Hoffe es ist nicht zu schlecht zu erkennen, aber es handelt sich genauer gesagt um Folgendes:
Was ich der Vereinfachung halber als Rohr und Behälter bezeichnet habe sind in der Realität ein Schlauch, welcher mittels Fitting zum Eingeben eines Fluids auf einen Mikrofluidikchip
gepresst wird.  (im Bild: Das Rote sei der sich füllende Raum beim Einlassen des Fluids, darüber ein Deckel mit runder Öffnung auf der das Fitting sitzt)

Das Fitting wird zwar geschraubt, allerdings in einem Gehäuse - somit betrachte ich lediglich die Situation zwischen dem Kopf des Fittings, welcher auf die Oberfläche (mit Einlassöffnung) des Chips gepresst wird. Die Anpresskraft erolgt also durch ein Gewinde. Und der Schlauch ist im Grunde zu vernachlässigen - daher gehe ich von einem Rohr (Fitting) aus, welches auf den Behälter (Mikrochip) gepresst wird aus.

Ziel ist es mit möglichst wenig Anpresskraft (aufgrund von sensiblen Geometrien des Mikrochips) eine gewisse Dichtigkeit herbeizuführen.

Mir stellt sich quasi die Frage wie ich simulativ zeigen kann, ab wann (welchem Druck) die Dichtigkeit nicht mehr gewährleistet ist. Und das dann in Verbindung bringen kann mit der angesetzten Anpresskraft.

Ich hatte erst in Comsol angefangen, weil ich bei der Problemstellung annahm es würde sich eher um ein strömungsmechanisches Problem handeln - jedoch denke ich jetzt eher an ein hydrostatisches - daher der Schwenk auf ANSYS.

An anderer Stelle wurde mir gesagt, dass eine Simulation zu diesem Problem nicht so einfach wäre und ich mir lieber Gedanken über Möglichkeiten zur Vermeidung der Spaltaufweitung an der Kontaktstelle machen sollte.

Meinungen?

Gruß

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Hallo robbor,

Die Aufgabenstellung sieht wirklich alles andere als einfach aus! Was mir sofort auffällt ist, dass der Anpressdruck des Fittings letztlich auch proportional zum Füllstand der roten "Nut" sein muss. Zu Beginn des Füllvorgangs ist ja quasi überhaupt keine Anpresskraft nötig, gegen Ende des Füllvorgangs muss der Anpressdruck sein Maximum erreichen.

Entscheidend für die Simulation ist die Formulierung des Fluides welches eingespritzt wird (Viskosität / Dichte / ...).

Speziell für deinen Fall würde ich dir jedoch "einfach" raten, den entsprechenden Anpressdruck bis zur Dichtigkeit experimentell zu ermitteln. Der Aufwand, diese Fragestellung mit Hilfe einer Simulation exakt zu beantworten, ist meiner Meinung gegenüber einem realen Versuch nicht vertretbar.

Viele grüße
fly-away

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Hi,

Versuch als ersten Ansatz das Ganze axialsymetrisch zu modellieren (zum Starten viel verständlicher).

Die Gummidichtung könntest du aus "Mooney-Revlin-Elementen" aufsetzen...

Mit einer auf das Fitting aufgegebener Verschiebung (entspricht einer angezogenen Schraube) könntest du die
Dichtung verpressen...
Wenn später noch die Innenkontur mit einem Druck belastet wird, könntest du die im Kontaktbereich resultierende
Druckverteilung auswerten...

Viel Glück

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Hi, ich komme aus den Bereich der Mikrofluidik. Wäre es nicht erst einmal einfacher über die Anpresskraft und die Dichtfläche zu ermitteln welchen Maximaldruck es standhalten könnte und dann das ganze mal im Experiment auszuprobieren. Wir nutzen meist 1/4'' NPT verschaubungen von Upchruch Scientific und damit sind auch grob 30bar kein Problem. Gut, das hängt natürlich auch vom der konkreten Problemstellung ab. Aber man muss nicht jedes Problem mit FEM lösen.

Gruß
Frank

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Nochmals, vielen Dank für die Antworten!

@fly-away: die Fluidparameter (Viskosität etc) habe ich.
zu dem Vorschlag das Ganze experimentell zu bearbeiten: Es kann durchaus am Ende bei meinem Bericht als Fazit stehen, dass Simulationen in dieser Problemstellung nicht sinnvoll sind. Ich soll allerdings die Möglichkeiten zur Simulation probieren. Wenn das Ergebnis eher weniger genau ist, wäre das nicht schlimm.
<--Geht eher darum, ob ich die Anpresskraft mit der Leckage bzw dem Auseinanderklaffen der beiden Kontaktkomponenten (simulativ) in Verbindung bringen kann.-->

@lyra: Danke für den Tipp, werde mich jetzt gleich mal daran versuchen. Das war mir bisher noch kein Begriff, aber was du sagst klingt vielversprechend 

@Frank: siehe oben, du hast wahrscheinlich vollkommen Recht - Allerdings besteht ja meine Aufgabenstellen darin zu Überpürfen was man simulativ machen kann. Ich hab sogar gelesen, dass Nanoports von Upchurch bis zu 104 bar aushalten - nich schlecht 

Gruß

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