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Mein Gruß voraus!

Bisher konnte ich sämtliche CAx-Herausforderungen durch Mitlesen im Forum meistern. Doch nun habe ich eine Problemstellung, bei der ich gerne auf das Wissen der Forumsmitglieder zurückgreifen möchte.
Die Berechnung einer Mehrschraubenverbindung mit Ansys Workbench 14.5 ergab Ergebnisse, die meiner Meinung nach nicht plausibel sind (Schraubenkraft zu niedrig).
Daher habe ich das obige Problem auf eine Einschraubenverbindung heruntergebrochen (gleiche Schraube, rotationssymmetrische Zwischenlagen), damit ich sie auch analytisch berechnen kann.
Die Vorgehensweise orientierte sich an früheren Forumsbeiträgen bzw. "Ansys DesignSpace" von Herrn Gebhardt: zwei Lastschritte, Vorspannkraft 43 kN an Schraubenschaft (ohne Kontakt) angreifend, Schraubenkopfauflagefläche und Gewindekontaktfläche fest, Zwischenlagenkontaktfläche reibungsfrei. Demnach erkenne ich hier keinen Kraftnebenschluss, dennoch wird als Betriebslast 43261 N bei 18 kN äußerer Last ausgegeben.
Die analytische Berechnung ergibt F_S = 47,5 kN (Verspannungsfaktor 0,25).
Sofern Ansys ebenfalls die Schraubenmaximalkraft ausgibt liegt der Verspannungsfaktor bei 0,02.

Wo liegt der Fehler? Vermutlich zwischen meinen Ohren 

Danke viemals bereits im Voraus!

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Hallo,

die beschriebenen Kontakteinstellungen sind so für DesignSpace die beste Vorgehensweise. Wenn ein reibungsbehafteter Kontakt verfügbar ist (NLS  und höher), ist das natürlich die bessere Option.
Zur Frage selbst:
Die Schraubenzusatzkraft ist zu klein? Dann liegt das in der Regel an einer zu großen Penetration im nichtlinrearen Kontakt. Ist die genauso groß wie der Vorspannweg der zur Vorspannkraft gehört, ist die Schraubenzusatzkraft praktisch Null. Also zuerst bitte die Penetration prüfen. Wie groß ist diese im Vergleich zum Vorspannweg? Ich vermute, in diesem Fall einfach zu groß (dann Kontaktsteifigkeit ändern z. B. Aktualisieren ausschalten, das reicht oft schon, sonst FKN hochsetzen).

Gruß
CG

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Christof Gebhardt

CAD-FEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
cgebhardt(at)cadfem.de
www.cadfem.de

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Moin moin,

die Penetration (Durchdringung) in obigem Problem beträgt weniger als ein µm.
Was ist FKN? Eine Änderung des Kontaktsteifigkeitsfaktors (Standard 1) ergab nicht die erhoffte Veränderung. Der Zusammenhang zwischen Schraubenzusatzkraft bzw. Schraubenmaximalkraft und Kontaktsteifigkeitsfaktor ist annähernd antiproportional. Niedrige Kontaktsteifigkeit führt zu einer Durchdringung in der Trennebene, hohe Kontaktsteifigkeiten zu langen Rechenzeiten aufgrund von Konvergenzproblemen.

Änderungen ergeben sich tatsächlich bei geänderter (nachgiebigerer) Geometrie  der Zwischenlangen (kein Wunder). Allerdings liegt der Verspannungsfaktor (berechnet aus dem Kräfteverhältnis aus Ansys) immer noch um mindestens Faktor 3 unter dem analytisch ermittelten Wert.

Dank und Gruß
M. Gärtner

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"Der Zusammenhang zwischen Schraubenzusatzkraft bzw. Schraubenmaximalkraft und Kontaktsteifigkeitsfaktor ist annähernd antiproportional."
Solange die Kontaktsteifigkeit das Ergebnis wesentlich beeinflusst passt die Modellierung noch nicht.
Die Durchdringung beträgt nur ein Mü? Wie groß ist der Vorspannweg im Vergleich? Üblicherweise würde ich mindestens eine Größenordnung erwarten. Dann düfte der Kontaktsteifigkeitsfaktor das Ergebnis aber nicht dramatisch beeinflussen.
Es kann natürlich auch sein, dass die manuelle Analyse zu konservativ ist, aber die Sensitivität bzgl FKN (Kontaktsteifigkeit) macht mich stutzig.

Gruß
CG

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Christof Gebhardt

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Bei Kontaktsteifigkeitsfaktor 1 beträgt die Durchdringung ca. 3 µm, der Schraubenvorspannweg beträgt 0,087 mm, knapp Faktor 300.
Geringfügige Änderungen des Kontaktsteifigkeitsfaktor [0,1 ; 10] verursachen nur geringfügige Änderungen des Ergebnisses. Das hätte ich vielleicht erwähnen sollen. Der annähernd antiproportionale Zusammenhang fiel bei einem Intervall [0,001 ; 1000] auf.

MfG
M. Gärtner

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Hallo,

gut, dann ist schonmal numerische Plausibilität gegeben was die Kontaktsteifigkeit angeht. Faktor 300 und der geringe Einfluß im Arbeitspunkt sehen ja schon mal gut aus.
Dann würde ich den Support einschalten. Ohne das Modell zu sehen.... wird das Kaffeesatzleserei.
Entweder es gibt noch andere Effekte, die  derzeit aufgrund des Kommunikationswegs auf der Strecke bleiben oder wir vergleichen Äpfel mit Birnen. Um das zu bewerten müsste man aber beides mal genau anschauen.

Gruß
CG

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Christof Gebhardt

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