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  Ecksingularitäten, plastische Verformung Spannungs-Dehnungs-Diagramm mit Ansys Workbe

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Gut zu wissen: Hilfreiche Tipps und Tricks aus der Praxis prägnant, und auf den Punkt gebracht für Ansys
Autor Thema:  Ecksingularitäten, plastische Verformung Spannungs-Dehnungs-Diagramm mit Ansys Workbe (4426 mal gelesen)
Rostritter
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Gerechnet habe ich mit Ansys Workbench 13.0 im Static Structural-Modus.

erstellt am: 16. Mrz. 2014 18:59    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


1Material_ideal_bilineal.jpg

 
Hallo liebe Forumsmitglieder,

bitte seid so nett und helft mir bei meinem Problem, das mich schon länger beschäftig und das ich alleine einfach nicht bewältigen kann.

Um einer Eck-Singularität einer FEM-Berechnung eines dickwandigen Druckbehälters Herr zu werden, habe ich ihn bilineal berechnet. Ich möchte, dass nach dem Aufbringen des Innendrucks und nach überschreiten der Fließspannung die Ecken und Kanten sich plastisch verformen und sich somit abrunden. Dazu habe ich ein ideal plastisches Material (bilineal) angegeben (Fließspannung 157 MPa, E-Modul 200.000 MPa, Tangentenmodul 0 MPa).
Bild: 1 Material_ideal_bilineal

Als Last habe ich mehrere Load-Steps angegeben (0 auf 70 MPa und wieder auf 0).
Bild: 2 Pressure_Load-Steps_70MPa

Wie erhofft ergibt sich eine maximale Vergleichsspannung von 157 MPa.
Bild: 3 VGEHmax

Aber, in der Detailbetrachtung zeigt sich eine „Restspannung“ von ca. 60 MPa nach abklingen der Lasten.
Bild: 4 VGEH_Graph

Wie kann das sein? Es dürfte nach dem letzten Lastschritt doch keine Spannung mehr da sein.

Wie kann ich ein geeignetes Spannungs-Dehnung-Diagramm mithilfe von User Defined Result und New Chart erstellen?
Bild: 5 Entlastung nach Überschreiten der Fliessgrenze

Ich habe gehört, dass es auch die Möglichkeit gibt, an der entsprechenden Ecke einen Radius zu modellieren. Aber auch hier kommt es zu erhöhten Spannungen. Als Lösung soll es ein bestimmtes Verhältnis von Radius und der Anzahl an Elementen am Radius geben. Kennt jemand diese Vorgehensweise und kann mir näheres dazu sagen?

Bitte helft mir. Ich hadere schon lange mit dem Problem und weiß mir alleine nicht mehr zu helfen.

Danke

PS: In der Vorschau meines Beitrages sehe ich die upgeloadeten Bilder nicht. Sollten diese dann im geposteten Beitrag nicht erscheinen, werde ich sie dann irgendwie nachreichen. Was hat es eigentlich mit der TXT-Datei auf sich, die beim uploaden der Datei-Anhänge erscheint?

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Rostritter
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Gerechnet habe ich mit Ansys Workbench 13.0 im Static Structural-Modus.

erstellt am: 16. Mrz. 2014 19:04    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


2Pressure_Load-Steps_70MPa.jpg


3VGEHmax.jpg


4VGEH_Graph.jpg

 
Hallo, ich bin´s noch mal,

sorry, es ist nur ein Bild eingestellt worden. Bitte entschuldigt, aber ich bin neu hier.
Hier sollten die fehlenden Bilder sein…

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Boris-a
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erstellt am: 17. Mrz. 2014 09:26    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 Rostritter 10 Unities + Antwort hilfreich

Hi,
ohne mir das Problem näher angesehen zu haben:
Plastische Verformungen hinterlassen immer Eigenspannungen im Material.
Die Spannung sollte nur nach rein elastischer Verformung wieder komplett auf 0 gehen....

Gruß
Boris

------------------
Dem Ingenieur ist nichts zu schwere -
Er lacht und spricht: "Wenn dieses nicht, so geht doch das!
Er überbrückt die Flüsse und die Meere,
Die Berge unverfroren zu durchbohren ist ihm Spass.
Er thürmt die Bogen in die Luft,
Er wühlt als Maulwurf in der Gruft,
Kein Hinderniss ist ihm zu gross -
Er geht drauf los!
...

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smittytomcat
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erstellt am: 17. Mrz. 2014 10:12    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 Nur für Rostritter 10 Unities + Antwort hilfreich

Die durch die Überschreitung der Fließgrenze und die auftretenden plastischen Dehnungen hinterlassen einen Eigenspannungszustand im Material. Der wird sich bei einem Druckbehälter schon nach dem 1.25 (?? oder so) aufzubringenden Prüfdruck einstellen und sorgt in der Folge dafür das die Spannungsspitzen im Betrieb so nicht mehr auftreten.
Bei den Richtlinien  des TÜVs wird aus Erfahrung in Ecken - wenn man elastisch rechnet - eine Spannung von 1.5 - 2* der Fließspannung als zulässig angesehen, da sich in der Realität durch Fließen ein Eigenspannungszustand bildet.
Also wie Boris-a schon sagte - alles ganz normal.
Schau mal nach welche plastischen Dehnungen (mit Komponenten  sich einstellen) und vergleich sie mit denen im entlasteten  Zustand.

------------------
Gruß
Gerd
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[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 17. Mrz. 2014 editiert.]

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Rostritter
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Gerechnet habe ich mit Ansys Workbench 13.0 im Static Structural-Modus.

erstellt am: 17. Mrz. 2014 18:25    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


6EquivalentElasticStrain.jpg


7EquivalentPlasticStrain.jpg

 
Hallo Boris-a, hallo smittytomcat,

vielen Dank für eure schnelle Antwort.

Die Sache mit der Eigenspannung im Material ist mir jetzt klar. Merkwürdig ist nur, dass auch ein Rest der elastischen Dehnung nach dem Abklingen der Last übrigbleibt. Bild 6 Equivalent Elastic Strain
Das dürfte doch nicht sein. Wie kann Material elastisch verformt sein, wenn keine Last (mehr) auf es wirkt?

Der Verlauf der plastischen Dehnung sagt mir, dass sich das Material an der Kante um knapp 6 tausendstel Millimeter verformt. Bild 7 Equivalent Plasitic Strain
Um Fehler auszuschließen, die durch die Geometrie herrühren, habe ich ein einfaches Balkenmodell plastisch berechnet. Auch hier gab es einen Rest elastischer Dehnung.

Der Hinweis, dass der TÜV Spannungen von mind. das 1,5-fache der Fließspannung an Ecken zulässt,
ist schon mal goldwert.


Danke für alles

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smittytomcat
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erstellt am: 17. Mrz. 2014 19:02    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 Rostritter 10 Unities + Antwort hilfreich

Moin,

zuerst mal eine kleine "Kopfnuss" : der equivalent, wie auch jede andere Komponente elastic / plastic strain hat keine Dimension, und somit kannst Du auch nicht sagen .... mm .
So, dann kannst Du natürlich auch elastische Rest-Dehnungen haben, denn es bildet sich ein Gleichgewichtszustand in der Ecke.
Dann zum Hinweis zu den TÜV - Regularien : entweder sind die Werte in der Richtlinie S1 oder S3 enthalten. Und der Wert von 1.5 war ein Beispiel - deshalb bitte die Richtlinien durcharbeiten.
Um mal ein Beispiel zu bringen: Bei Kugeltanks die an der Äquatorialebene aufgelagert werden kann man sich einen Wolf an der Verbindung der Lager zum Kugeltank rechnen, weil die Biegespannungen die Fließgrenze locker übersteigen - nur, es passiert nichts weil durch plastische Umlagerungen die Spannungsspitzen nach der 1. Erprobung verschwinden.
Und desgleichen passiert bei Straßenlaternen die mit einem Flansch im Boden verankert werden.

Nachtrag: hier mal ein Link zu einem PDF-Dokument der RSK, die das Vorgehen nach den AD-Merkblättern beschreibt (leider hat sich der Moloch Beuth auch die Rechte an den AD-Merkblättern gekrallt) : www.rskonline.de/downloads/7909dwr.pdf‎

Edit : Link eingebaut

------------------
Gruß
Gerd
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[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 18. Mrz. 2014 editiert.]

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Rostritter
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erstellt am: 18. Mrz. 2014 18:52    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 Gerd,

danke für deine prompte und aussagekräftige Antwort.

Das mit der Restdehnung beruhigt mich. Erstaunlich ist, dass Ansys das von ganz alleine beachtet. Es liegt wahrscheinlich daran, dass es sich um ein ganz elementares mechanisches Phänomen handelt.

Die Sache mit der Dehnung stimmt natürlich. Es ist das Verhältnis von Ausgangslänge zu verformter Länge. Dass dieser Werte in meinem Fall kleiner 1 ist heißt, dass wir es mit einer Stauchung zu tun haben. Richtig könnte es heißen: die maximale Verformung beträgt 0,06 % (es hatte sich bei mir noch ein Fehler eingeschlichen, gemeint war „0,0006 mm“). Danke für den Hinweis; das hätte ganz schön peinlich werden können…

Der Link funktioniert leider nicht. Die Merkblätter an sich kosten ca. 400 Euro. Ich kenne da jemanden, der die vielleicht hat. Im Notfall kaufe ich mir die entsprechenden Abschnitte.

Vielen Dank und einen schönen Gruß

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smittytomcat
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erstellt am: 18. Mrz. 2014 19:28    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 Rostritter 10 Unities + Antwort hilfreich

Versuch mal den Weg, und der letzte Beitrag : www.rskonline.de dann Stellungnahmen und dabei der letzte Beitrag

------------------
Gruß
Gerd

------------------
Gruß
Gerd</A>
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[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 18. Mrz. 2014 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 18. Mrz. 2014 editiert.]

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Rostritter
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erstellt am: 19. Mrz. 2014 18:17    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

Sorry, aber ich kann da nichts Nützliches finden. Sollte tatsächlich der exakte Wert vom TÜV (ca. 1,5) dort stehen, möchte ich dich bitten, einen Snapshot von der entsprechenden Stelle zu machen. Wenn nicht, können wir es meinetwegen auf sich beruhen lassen.

Vielen Dank und viele Grüße

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Holger_S
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Ansys Workbench 16

erstellt am: 04. Apr. 2014 17:17    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 Rostritter 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Rostritter,

nach welcher Norm musst du denn deinen Behälter auslegen? (irgendwelche Vorgaben?)

Wie der TÜV auslegt, ist mir nicht bekannt, wahrscheinlich werden irgendwelche Faustformeln, je nach Anwendungsfall, Material usw.

Jedenfalls hatte ich auch mal mit Druckbehältern zu tun, dafür war die DIN EN 13445-3 vorgegeben. Ich verwendete einen austenitischen Stahl mit einer Bruchdehnung A. 30-35% (AISI 316L) und musste mir die temperaturabhängigen Materialkennwerte für den Stahl zusammensuchen.

Bei der Auslegung verwendete ich die 1% Dehngrenze (Rp1.0) bei der jeweiligen Einsatztemperatur und teilte ihn durch einen Sicherheitsbeiwert von 1,5 (Betriebszustand, normale Belastung) bzw. verwendete 1,05 für außergewöhnliche Lasten (z.B. für Expl.-Fall). So bekam ich die max. zulässigen Spannungen. Für austen. Stahl mit einer höheren Bruchdehnung >35% sowie Stahlguss sind die Sicherheitsbeiwerte etwas anders.

Hoffe, das hat dir geholfen.
Gruß Holger

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Rostritter
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erstellt am: 07. Apr. 2014 16:45    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 Holger,

vielen Dank für deine Antwort.

Mein Behälter soll in verschiedenen Konfigurationen berechnet werden (unterschiedliche Außendurchmesser, unterschiedliche Materialien). In habe ein Versagen beim Überschreiten der 0,2%-Dehngrenze (Rp0,2) angenommen und die Ergebnisse als Sicherheitsfaktor (SF) ausgegeben (SF=Rp0,2 / vorh. max. Vergleichsspannung).
Eine wirkliche Normvorgabe habe ich nicht. Er sollte einer TÜV-Prüfung standhalten können. Dabei benutze ich auch den Sicherheitsbeiwert / Sicherheitsfaktor SF von 1,5. Ein SF von 1,05 existiert bei mir für den Prüffall.

Ich würde sehr gerne die 1%-Dehngrenze benutzen. Wie könnte ich das begründen? Wie hast du deine Entscheidung begründet?

Die Bruchdehnung habe ich nicht beachtet! Ich kenne den Zusammenhang in der Werkstofftechnik, aber ich wüsste jetzt nicht, wie ich die Bruchdehnung für meinen Festigkeitsnachweis verwenden kann. Kannst du mir bitte erklären wie du die Bruchdehnung nutzt?

Ich muss zugeben, dass ich nicht lange suchen konnte, aber die DIN EN 13445-3 konnte ich so schnell nicht finden. Aus Erfahrung weiß ich, dass man einige Normen nur sehr schwer (kostenlos) finden kann. Hast du da einen quick-and-dirty Link für mich?

Vielen Dank und Gruß
Rosti

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erstellt am: 08. Apr. 2014 10:21    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 Nur für Rostritter 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo,

die Verwendung der jeweiligen Grenzwerte (0,2% oder 1,0% Dehngrenze)wird natürlich vorgegeben in den Normen zur Auslegung von Druckbehältern, abhängig vom Werkstoff. Irgendwo habe ich mal gelesen, daß Austenitische Stähle durch ihr niedriges Streckgrenzenverhältnis eine etwas höhere Sicherheit gegen Bruch haben, deshalb nimmt man im Druckbehälterbau bis zu einer Wandstärke von 30mm die 1,0% Dehngrenze.

Nach deinen Sicherheitsbeiwerten zu urteilen, verwendest du statt der EN 13445 die Merkblätter AD-2000. Die Unterschiede und ein paar Infos findest du unter:  http://www.netinform.de/dg/recherche/hm/pdf/neuerungen.pdf
und wenn du in Google einfach eingibst: "Behälterauslegung", bekommst du gleich als erstes einen Link zu einer Excel-Tabelle, die auch hilfreich sein könnte. Dabei werden auch AD2000-Merkblätter verwendet, die findest du auch im Tabellenbuch von Roloff-Matek (TB6-6 ff) einfach mal ausleihen.

Gruß Holger

   

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Rostritter
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erstellt am: 09. Apr. 2014 09:46    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 Holger,

danke für deine Antwort. Sorry, dass ich mich erst so spät melde.

Ja, ich benutze die AD-Merkblätter, allerdings nur indirekt. Die Werte, die ich noch erinnern konnte, sind aus meiner Studienzeit und sind mir von den höheren Semestern weitergegeben worden, ohne dass ich ahnte, dass sie den AD-Merkblättern entnommen wurden.
Den Roloff-Matek habe ich sogar noch. Die Excel-Tabelle zur Behälterberechnung ist insoweit ganz gut, als dass sie die Quellenangabe zum Sicherheitsfaktor enthält.

Also, noch mal vielen Dank und einen schönen Gruß
Rosti

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