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Guten Abend.

Ich habe einen Kugel-Aussenring Kontakt aufgebaut und simuliert. Leider ist die Druckverteilung nicht so wie man das bei einem "schönen" elliptischen Kontakt erwarten würde mit einem "roten Band" im mittleren Bereich der Druckellipse.

Weiss jemand an was das liegen könnte?

Link zu den Bildern:

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Ich denke schon, dass ich das fein genug vernetzt habe allerdings fällt mir kein weiterer Optimierungsparameter ein.

Wäre für jeden Ratschlag dankbar! 

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>>Weiss jemand an was das liegen könnte?

Zuerst würde ich Geometrie und Materialeigenschaften prüfen.
Im Idealfall sind die Radien von Kugel und Lauffläche gleich, so dass eine breite Kontaktspur entsteht. Und ein unrealistisch hartes Material führt auf Grund der geringen Verformung ebenfalls zu einer schmalen Spur.
Ich bin nun kein Fachmann für Kugellager. Aber werden die Kugeln und die Laufflächen nicht nur oberflächlich zur Reduzierung des Verschleißes gehärtet? Wenige Mü?

>>Ich denke schon, dass ich das fein genug vernetzt habe

Das ist immer ein Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenzeit.
In Deinem Fall ist es wie das Drucken einer dünnen Linie: Ein "schönes" Bild verlangt eine hohe Auflösung.
Aber eine feinere Vernetzung wird die schmale Spur kaum breiter machen, nur gleichmässiger...

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Rainer Schulze

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Das mit der Härte des Materials werde ich nochmals überprüfen Rainer, besten Dank für den Hinweis.

Das mit dem sogenannten "einhärten" spielt hier weniger die Rolle. Hätte erwähnen sollen, dass ich die Hertzschen Kontakte durchgehe.

•Punktkontakt 2D wurde erfolgreich verifiziert
•Linienkontakt 2D (Ebener Dehnungszustand) wird gerade untersucht
•Elliptischer Kontakt wird ebenfalls gerade untersucht

Zum Mesh:
Genau das ist das Problem. Mein Bild wird sich nicht verschönern. Ich werde immer noch den schmalen Streifen haben mit einem Fehlen des roten Bandes.
Schau dir hierzu mal die Seite 44 der PDF an: http://www.ibb.uni-stuttgart.de/publikationen/fulltext/2009/chunjun-2009.pdf

Besten Dank für deine Antwort. 

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So ich melde mich nochmal bezüglich des elliptischen Hertz-Kontaktes.

Habe den Werkstoff von Structural Steel (200000 MPa) auf 100Cr6 (208000 MPa) geändert sowie die Last drastisch erhöht!

Mit erhöhen der Last ergibt sich eine schöne Ellipse im Bereich zwischen Kugel und Aussenring.

Bilder hier:
100N

1000N

2000N

Falls diesbezüglich noch Fragen wären, stehe ich gerne zur Verfügung.
Das Problem ist einfach, dass man so gut wie nichts zu diesem Anwendungsfall im Internet findet.
Und wenn man dann doch was findet, gibt das Dokument so gut wie nichts her.

Hier mal Links zu nützlichen Dokumenten:

http://repository.tudelft.nl/assets/uuid:e3728796-78b6  -4c61-b95e-f55b4e30762c/EM_11_020_-_Jayashankar_-_MSc_-_Report.pdf

http://waset.org/publications/13615/contact-stress-analysis-of-spur-gear-teeth-pair

http://www.academia.edu/5409353/3.3_Stress_concentrati  on_due_to_elliptic_holes_101_ANSYS_Utility_Menu_PlotCtrls_Symbols_

Gruss,

Detox   

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[Diese Nachricht wurde von Detox am 02. Jan. 2015 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Detox am 03. Jan. 2015 editiert.]

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Hallo,

im ersten Fall war das Netz einfach zu grob. Im Vergleich wozu? Im Vergleich zur sich einstellenden Kontaktzone. Es müssen einige Elemente im Kontaktbereich eine Chance haben, den Kontakt abzubilden. Je mehr, desto "smoother" der Kontaktdruck (und desto realistischer die Steifigkeit des Lagers, die sich aus der Kontaktzone ergibt).
Das Netz könnte man also global gröber und in der Kontaktzone VIEL feiner machen (Einflussbereich).
Noch was zur Modellbildung: Meines Wissens sind die Radien der Kugel und Laufflächen nicht gleich, so dass sich am Anfang (ohne Last) nur eine Punktberührung ergibt. Durch Übermaß (größerer Durchmesser des Wälzkörpers im Vergleich zur "offenen Lücke" zwischen Innen- und Außenring) ergibt sich dann eine flächige Berührung.
Eine Linienberührung von Anfang an, so wie hier gezeigt, habe ich bisher noch nicht gesehen. Aus welcher Quelle kommen denn die Angaben für dieses Modell?

Viele Grüße
CG

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Christof Gebhardt

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

[Diese Nachricht wurde von cgebhardt am 02. Jan. 2015 editiert.]

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Hallo Christof,

danke für deine Anmerkungen.

Das Netz ist auch bei den anderen Beispielen noch viel zu grob. Aber das war der beste Kompromiss zwischen Rechenzeit und gewünschtem Ergebnis. Ich wollte erst einmal diesen charakteristischen elliptischen Verlauf erhalten.

Das mit dem (Einflussbereich) habe ich schon gemacht, daher der feinere Bereich unten an der Kugel. Allerdings schaffe ich es nicht in die "Tiefe" zu meshen. Hast du da einen Tip parat?

Danke für den Tip mit der Modellbildung. Ich habe einfach mal ein Modell im CAD erstellt und aus meinem ganzen Kugellager, welches ich bereits simuliert habe mir einen Teil herausgeschnitten um diesen für meine Untersuchung im Bereich der Hertzschen Kontaktmechanik zu untersuchen.

Die Linienberührung welche du meinst rührt vielleicht daher, dass ich einen 2-Step Versuch gefahren habe. Sprich im ersten Step wird eine Verschiebung von -0,0035mm aufgebracht, damit der Kontakt geschlossen ist. Im zweiten Schritt bringe ich dann die Bolzenlast auf den Innenring auf.

Hoffe, ich konnte hier etwas aufklären. Falls du noch Fragen hast oder ich etwas von deiner Seite aus missverstanden habe kannst du gerne bescheid sagen.

Ich will, dass daraus ein Thread wird der auch anderen Leuten bei dem Problem mit den Hertzschen Kontakten hilft.

Leute mit Problemen beim Hertzschen Kontakt >> Nützliche Threads 

DetoX

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Hallo Detox,
nochmal zur Geometrie: Wenn die selbst erstellt ist (nach eigenen Vorstellungen/Messungen per Schieblehre oder so), würde ich mich nochmal an anderer Stelle informieren, wie die Radien aussehen. Woher kommen die für dieses Modell? Wie gesagt (ich weiß, ich wiederhole mich, aber das ist essenziell), meines Wissens nach sind die Radien nicht gleich um eine lokale Kontaktzone zu generieren. Das Verhältnis der Radien und der Vorspannung bestimmt die Kontaktzone und damit die Steifigkeit. Um diese Kontaktzone dreht sich eigentlich alles, deshalb muss man da ja so einen Detailgrad hinlegen.

Zum Netz: Was den Übergang von lokalem Netz ins globale angeht, kann man im Allgemeinen mit der Growth rate bei den Advanced sizing functions = fixed ganz gut kontrollieren, wie schnell oder langsam der Übergang stattfindet. Für Hertz'sche Pressungen, wo das Maximum unter der Oberfläche liegt, gibts aber noch Alternativen: Inflation Layer, wobei ich die selbst bei Wälzkörpern noch nicht benutzt habe, weil es die damals noch nicht gab. Ich hattee Tet mapped mesh in einer abgespaltenen Zone (geprägte Fläche) benutzt und für ein größeres Lager mit vielen Wälzkörpern ein hexaedervernetzbares Teilvolumen in den Kontaktzonen definiert, aber da ist halt die Frage, ob der Modellierungsaufwand den Rechenzeitgewinn rechtfertigt. Bei einer einzelnen Kugel vermutlich nicht, bei einem größeren Lager schon, um die Rechenzeit in den Griff zu bekommen. Aber dann kommen dann noch andere Dinge wie der Käfig oder die Belastung dazu, wo man sich eh ein paar mehr Gedanken machen wird.

Viele Grüße
CG

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Christof Gebhardt

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Hallo Christof,

die Maße für dieses Modell sind (für den Aussen- und Innenring) frei erfunden. Ich habe ein beliebiges Maß für eine Kugel im Internet gesucht und diese dann modelliert. Eher dilettantisch, ich weiss 
Ergo: Die Modellbildung ist nicht wirklich richtig. Aber ich glaube, dass macht bei dem vergleich von Analytik-Numerik nichts aus, da dort ja die Radien dann mit hineinspielen und sich für gleiche Radien ein Sonderfall ergeben sollte (glaube ich zumindest, müsste ich nochmal nachschauen!)

Besten Dank für den Tip mit dem Mesh. Werde das mal versuchen. Aber wie du schon gesagt hast ist das für den Druckverlauf sowieso unwichtig. Pitting wird hier erst einmal nicht betrachtet.

Beste Grüße,

DetoX 

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Nachtrag|
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Das mit dem gleichen Radius funktioniert nicht! Sowohl in der Realität nicht als auch analytisch nicht.
Eine Kugel und ein Aussenring bilden einen konvex-konvex Kontakt welcher in der analytischen Formel einen sogenannten Ersatzradius vorsieht.

Dieser lautet: R=(1/R1+1/R2)^-1

Wenn nun beide Radien gleich sind und man berücksichtigt, dass ein konvexer Partner der Kugel negativ hineingerechnet wird kommt für den Ersatzradius 0 heraus und man bekommt dafür keine Lösung.

Summa summarum lässt sich also sagen: Immer schön Radius des Aussenringes größer machen als den der Kugel!   

Guter Anhaltspunkt bei der Modellbildung ist Durchmesser der Kugel durch 0.52 teilen, dann hat man den Durchmesser des Aussenringes.

Viele Grüße,

DetoX   

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[Diese Nachricht wurde von Detox am 06. Jan. 2015 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Detox am 07. Jan. 2015 editiert.]

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Danke für das Update.
CG

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Christof Gebhardt

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Die Zauberzahl 0.52 nennt man Schmiegung. Das geben die Hersteller fast nie an, aber die Zahl schwankt zwischen 0.52 und 0.54.

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Viele Grüße
Alexandru Dadalau

MESHPARTS GmbH
Tuning Your Simulation
www.meshparts.de

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Besten Dank MESHPARTS für den Hinweis! 

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