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Figure0008.png Figure0007.png

Hi,

ich führe eine FEM-Berechnung einer rotierenden Welle durch. Auf der Welle ist eine rotationssymmetrische Scheibe mit 400 mm Druchmesser montiert. Zwischen der Scheibe und der Welle ist eine Passfederverbindung zur Drehmomentübertragung vorgesehen. Da die Welle mit 7500 min^-1 rotiert sind Fliehkraftbedingte Spannungsspitzen im Bereich der Passfedernut zu erwarten. Die bestätigt sich auch in der ersten FEM Berechnung. Zur Frage:
Leider schaffe ich es nicht, eine Netzunabhängigkeit nachzuweisen. Bei automatischer Verfeinerung mit Spannungskonvergenz geht die Gesamtknotenzahl schnell von ~500.000 Knoten auf >2.000.000 Knoten. Bei manueller, schrittweiser Verfeinerung des Bereiches mit der maximalen Spannung stellt sich keine Konvergnz ein. Die Spannung steigt dann näherungsweise linear mit abnehmender Elemtgröße. Die Bilder zeigen die Spannungsverläufe im Bereich der Scheibenseitigen Passfedernut mit dem feinsten Netz (Elementgröße 0,6 mm).
Liegt hier ein numerischer Fehler bei der Spannungsberechnung in der "Ecke" vor oder habe ich einen Modellierungsfehler?

Vielen Dank für eure Hilfe,
mit freundlichen Grüßen
LCW

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Hallo,

nein, das ist alles so wie es sein soll (aus numerischer Sicht, nicht ingenieurtechnisch). Die unendlich hohe Spannung an der unendlich scharfe Ecke wird mit zunehmender Netzdichte immer genauer berechnet (d. h. geht immer mehr ran an den "unendlichen" Wert).
Es kann keinen endlichen Spannungswert geben unter diesen Bedingungen.

Die Kerbe hat in der Realität einen Radius. Dieser Radius beeinflusst die Spannung. Evtl. tritt auch lokales Plastifizieren auf, was zu einer Umlagerung von Spannungen führt.

Viele Grüße
CG

PS: Prüfen der Netzgüte durch Vergleich der gemittelten/ungemittelten Spannungen ist sehr empfehlenswert. Auch der Einsatz der Submodelltechnik könnte hier hilfreich sein.

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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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Hallo,

ich denke auch, dass man an dieser Stelle keine realistische Spannung bekommen wird.
Zum Thema "Singularitäten" gibt es im Netz tonnenweise Infos.

Zu empfehlen ist (falls möglich) die entsprechenden scharfen Kanten im Modell abzurunden (selbst bei der Fertigung haben augenscheinlich "scharfe Ecken/Kanten" minimale Abrundungen). Natürlich nimmt die Vernetzungsaufwand zu, aber man erhält realistischere Spannungen. Weitere Fehlerquellen: Aufbringen von punktförmigen Lasten vermeiden, z.B. vorher Modell nachbearbeiten (Design Modeler) durch Projektion oder Flächenaufprägungen in den Bereichen, wo später die Belastung auftritt.

Bei einfachen Beispielen kann eine analytische, grobe "Handrechnung" helfen, damit man einen Anhaltswert für die Spannung hat, die man dann mit ANSYS berechnet. 

Zum Thema "Submodeling": Ist dort die gleiche Singularität enthalten wie im Gesamtmodell, kann man sich die Mühe sparen, eines aufzubauen.

Gruß    

[Diese Nachricht wurde von Holger_S am 01. Aug. 2014 editiert.]

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