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Autor Thema:  Spannungen in Kerbe (8879 mal gelesen)
tzuhi
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erstellt am: 01. Aug. 2011 09:04    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo zusammen,

ich führe gerade erste Berechnungen mit Ansys Workbench 11.0 durch. Bei der Lösung einer statisch mechanischen Analyse ist mir eine deutlich zu hohe (Faktor 2) Kerbspannung aufgefallen. Wie kann ich hier ein besseres Ergebnis erhalten? Ich habe quadratische Elemente verwendet, und auch Verfeinerungen des Netzes bewirken nur eine noch größere Spannung. Ich stehe vor einem Rätsel und habe leider auch keine Möglichkeit mir Literatur zu besorgen, da ich gerade Praktikum außerhalb meiner Universitätsstadt mache.
Schon mal vielen Dank

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smittytomcat
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erstellt am: 01. Aug. 2011 09:24    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für tzuhi 10 Unities + Antwort hilfreich

Moin,

also das die Spannungen an der Kerbe bei einem feineren Netz zunehmen ist doch ein alter Hut.
Für die Beurteilung und Verifizierung solcher Probleme gibt es in vielen Vorschrifeten Vorgaben über Netzeinteilung, Elementgröße etc. .
So, aber jetzt mal konkret gefragt, wo und wie treten denn Deine Kerbspannungen auf, vor dem Loch, dam Rand?

Gruß
Gerd

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tzuhi
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erstellt am: 01. Aug. 2011 10:07    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


file.png


kraft.png

 
Hallo,
ich habe 2 Bilder angehängt. Natürlich ist das Netz in diesem Beispiel sehr grob. An der Stelle des Spannungsmaximum liegen 2 Radien, einmal 0,4 und einmal 4mm an.

Edit: an der Grundseite ist eine fixierte Lagerung

[Diese Nachricht wurde von tzuhi am 01. Aug. 2011 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von tzuhi am 01. Aug. 2011 editiert.]

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smittytomcat
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erstellt am: 01. Aug. 2011 10:39    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für tzuhi 10 Unities + Antwort hilfreich

Tja,

das ist genau das was ich im Hinterkopf hatte. Das Ergenis das gerechnet wurde ist absolut richtig, nur hat es mit den auftrenden Kerbspannungen nicht das Gerinsgte zu tun (mit einem feineren Netz bildest Du die Singularität nur noch besser und ausgeprägter ab). Zweitens, bei der Beurteilung der Kerbspannungen zählen nur Normal und Schubspannungen - die Vgl.-Spannung bildet etwas anderes ab (fast immer).
Um nun zu einer fundierten Aussagen zu kommen, solltest Du Elemente benutzen die am Übergang zur Schweißnaht eine Länge von t (=Dicke Platte) haben, um dann vom Mittelpunkt der letzten beiden Elemenete  eine lineare Interpolation zur Schweißnaht durchzuführen - das ist dann die Kerbspannung die mit den zulässigen aus den Vorschriften verglichen werden kann.

Gruß
Gerd

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 01. Aug. 2011 editiert.]

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Jassir-ben-Hussein
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erstellt am: 02. Aug. 2011 08:39    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für tzuhi 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Gerd, Hallo Tzuhi,

@tzuhi: Könntest du ein Bild von dem Netz einstellen? Evtl. ist diese noch zu grob 5 Element über den Radius solltest du mindestens verwenden um halbwegs realistische Ergebnisse zu erhalten. Desweiteren kann ich mir bei der Konstruktion gut vorstellen, dass die Spannungsabweichung zur Theorie damit zu tun hat, dass die Kerbe in der Konstruktion nicht 100%ig mit den Werten für einen Bolzen-(Wellen-)absatz verglichen werden kann. Die Nennspannungen in deinem blechartigen Teil wirken hier etwas anders so dass sie sich in die Kerbe auswirken könnten. Einfach mal ein bißchen mit den Konstruktionsparametern wie der "Blechdicke" rumspielen um ein Gefühl dafür zu bekommen.

@Gerd: Woher nimmst du die Information das es sich um eine Schweißnaht handelt?
Ich weiß, dass im Schiffsbau das Struktur Spannungskonzept sehr verbreitet ist, im Maschinenbau kommen aber auch ander Konzepte zur Anwendng wie zum Beispiel das Nennspannungskonzept oder das R1MS-Konzept. Bei Interesse schau dir hierzu doch einmal die FKM Richtlinie an oder google mal R1MS.

Gruß

Malte

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[Diese Nachricht wurde von Jassir-ben-Hussein am 02. Aug. 2011 editiert.]

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tzuhi
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erstellt am: 04. Aug. 2011 08:21    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


geometrie.png


kraft.png


Netz.png

 
Hallo,

hier nochmal das gleich Problem mit einer etwas veränderten Geometrie. links ist ein 0,15er Radius und rechts ein 1er Radius. Das Netz ist schon sehr fein gewählt finde ich. Die Spannung steigt allerdings mit jeder weiteren Verfeinerung weiter an.

[Diese Nachricht wurde von tzuhi am 04. Aug. 2011 editiert.]

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tzuhi
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erstellt am: 04. Aug. 2011 08:22    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

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Moin,

wie schon in einem vorerigen Beitrag erwähnt bildest Du eine Nichtlinearität ab, und mit stetig feinerer Einteilung wird auch die Spannungsspitze immer größer werden. Und da es schon immer Wellen mit angedrehtem Radius gab bei denen kaum etwas passiert ist, heißt es doch im Umkehrschluß das Du dort halt nicht die berechnete Spannungsspitze zur Beurteilung ranziehen kannst.


@Malte : bitte kein füll "s" beim Schiffbau )))) , du sagst ja auch nicht Bratskartoffel
Beide Konzepte, Nenn- und Strukturspannungskonzept werden bei der Bemessung benutzt.
Du hast recht mit der Schweißnaht - hab mich mal verschaut. Jedoch ist die Problematik die Gleiche

Gerd

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 04. Aug. 2011 editiert.]

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Hallo,

@Gerd: das mit den Füll s tut mir leid!

@tzuhi: Das Netz sieht so aus als wäre es ausschließlich an der Oberfläche fein und nicht in der Tiefe. Eventuell Verfeinerung anstatt Elementgröße beim Verbetzen wählen. Ansonsten empfinde ich eine Formzahl von aus deinem Bildern geschätzt 3 aus dem Bauch heraus für deine Kerbe nicht unrealistisch. Vielleicht kannst du mal eine kurze Handrechnung Hochladen. damit man das mit deinem FEM-Ergebnis und Vergleichen kann.

Gruß

Malte

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tzuhi
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Hallo,

zur analytischen Lösung:

Biegespannung=Biegemoment / Widerstandsmoment

mit Biegemoment = 1000N*29,3mm; und Widerstandsmoment = [PI*(8,4mm)³]/32

folgt die Biegespannung(ohne Kerbwirkung) = 504MPa.

Da hast du die Kerbzahl aber verdammt gut abgeschätzt. Das Problem ist nur, dass wir genau dieses Modell real getestet haben und es dort mühelos Lasten von mehr als 5000N tragen konnte.

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Ansys 2022 R1

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Hallo Tzuhi,
das liegt an der plastischen Stützwirkung!
Du verlässt bei einer mit einem linear Model errechneten Spannung von 1500MPA in der Realität den linearen Bereich der Hookschen Geraden.
Vereinfacht gesagt: dadurch dass Die Streckgrenze in der Kerbe überschritten wird verformt sich ein kleiner Teil der Geometrie plastisch, dadurch trägt dann eingrößerer Teil des Bauteils die Last.

Das Bauteil hält die Last, in diesem Fall 1 mal oder vielleicht auch 1000 mal(Betriebsfest), aber mit höchster Wahrscheinlichkeit nicht 2000000 mal(Dauerfest).

Ich empfehle dir, wenn du von diesen Sachen noch nie etwas gehört hast oder dich nur noch Dunkel erinnern kannst, dich intensiv mit der FKM-Richtlinie auseinanderzusetzen!

Die Gefahren die von einer nicht vorhandene Dauerfestigkeit ausgehen, kennst du für die Verbindung wahrscheinlich am besten.

Gruß Malte

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[Diese Nachricht wurde von Jassir-ben-Hussein am 04. Aug. 2011 editiert.]

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tzuhi
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erstellt am: 04. Aug. 2011 13:12    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo,

ich weiß schon was die plastische Stützwirkung ist. Aber trotzdem würde ich gerne, auch für die Zukunft, wissen wie ich dann sowas korrekt in Ansys umsetzen bzw simulieren kann.
Bilineares Verhalten mit Tangentenmodul habe ich schon eingefügt.

Vielen Dank auf jeden Fall schonmal für deine/ eure Hilfe!

[Diese Nachricht wurde von tzuhi am 04. Aug. 2011 editiert.]

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erstellt am: 04. Aug. 2011 13:20    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für tzuhi 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von smittytomcat:

wie schon in einem vorerigen Beitrag erwähnt bildest Du eine Nichtlinearität ab, und mit stetig feinerer Einteilung wird auch die Spannungsspitze immer größer werden.


Ähm, am Radius? Das ist falsch...

Zitat:
Original erstellt von smittytomcat:

Und da es schon immer Wellen mit angedrehtem Radius gab bei denen kaum etwas passiert ist, heißt es doch im Umkehrschluß das Du dort halt nicht die berechnete Spannungsspitze zur Beurteilung ranziehen kannst.

Ähm, auch keine grundsätzliche Zustimmung. Es stellt sich die Frage, welche zusätzlichen Überlegungen am Klassiker dreiachsiger Zugspannugszustand angebracht sind...

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Jassir-ben-Hussein
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Ansys 2022 R1

erstellt am: 04. Aug. 2011 13:34    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für tzuhi 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Tzuhi,
wenn du über diese Kenntnisse verfügst. Würde ich dir die entsprechenden Regelwerke zur Bewertung von Spannungen empfehlen um zu beurteilen, ob das Teil hält oder nicht.Wie schon oben erwähnt ist mein Favorit hierbei die FKM-Richtlinie.

P.s: Auf dem Bild deiner Vernetzung sieht es so aus, als ob du über den kleinen Radius nur 2 oder 3 Elemente hast, ich würde dir wie schon oben erwähnt mindestens 5 empfehlen um eine brauchbare Näherung zu erhalten.

Gruß  Malte

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[Diese Nachricht wurde von Jassir-ben-Hussein am 04. Aug. 2011 editiert.]

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erstellt am: 13. Nov. 2011 11:19    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für tzuhi 10 Unities + Antwort hilfreich

Da die kritische Stelle der Radius am Bolzen ist würde ich vorschlagen nur diesen Bolzen zu betrachten und alles andere wegzulassen. Und ausserden würde ich den Bolzen aus symmetrie gründen nur als viertelmodel Modellieren.Für eine sehr feine Vernetzung an dem Radius würde ich an der Stelle des Radiuses eine Zylinderkoordinatensystem ansetzen weil ja die Umfangspannungen am gesamten Umfang gleich sind. Damit jetzt Rechenzeit gespart wird würde ich an dem ertellten KS ein Vernetzungsbereich ansetzten (rote Kugel) dan die elment größe in dieser Kugel bei radius 1,5 mm auf 0,1 mm definieren. die Umfangsspannungen die dann dort an diesem kleinem Bereich rausbekommst gelten im gesamtem Umfang. Wenn du jetzt die Spannung durch deine Nennspannung teilst hast du den Kerbfaktor.

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Basti U.
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erstellt am: 13. Nov. 2011 22:58    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für tzuhi 10 Unities + Antwort hilfreich

Der Geschichte mit der FKM-Richtlinie kann ich nur zustimmen. `S ist schon spät und ich hab nicht alles so aufmerksam gelesen, aber vielleicht hilft dir das hier weiter. http://www.cadfem.de/fileadmin/files/9_service_newsletter/2004/0411/submodel.pdf
Damit berechnet man recht effektiv Kerbspannungen. Es gibt hier im Forum auch irgendwo jemanden, der ein Beispielprogramm für die Spannung an einer Schweißnaht eingestellt hat. Da musst du am besten mal allgemein nach Submodel suchen. Das Program hat nur nen kleinen Fehler. Irgendwo muss eine 0 gegen ne 1 oder anders herum, ausgetauscht werden, da er ´n Submodell für ne Solid-Solid-Variante berechnet und nicht für ne Solid-Schalen-Variante.
Gruß

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