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Autor Thema:   Spannung unter Schraubenkopf bewerten (1121 mal gelesen)
abax
Mitglied
Wiss. Mitarbeiter


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Beiträge: 19
Registriert: 20.01.2016

erstellt am: 14. Jun. 2019 15:41    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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Hallo Zusammen,

ich habe einige Forenbeiträge zu dem oben genannten Thema durchgelesen, bin mir aber trotzdem nicht so sicher, wie ich bei der Bewertung der Spannung unter Schraubenköpfen vorzugehen habe.

Bewertet werden soll ein Flansch mit Langlöchern. Der Flansch wird mit 4 M12 Schrauben befestigt. Die max. Betriebslast einer Schraube beträgt ca. 20 KN.

Bei einer normalen Bohrung waren die Spannung im zulässigen Bereich. Bei einem Langloch erhalte ich überhöhte Spannungen (s. Foto). Zwischen Schraubenkopf und Flansch ist Reibungskontakt definiert.

Wie kann ein Sicherheitsnachweis nach FKM für das Bauteil erbracht werden? Können die Spannungen am Flansch unter dem Schraubenkopf vernachlässigt werden?

Ich bedanke mich schon mal für eure Unterstützung!

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Aeterion
Mitglied
Berechnungsingenieur

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Beiträge: 6
Registriert: 26.04.2019

erstellt am: 17. Jun. 2019 11:53    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 abax 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo!

da würde ich gar nicht nach FKM gehen, sondern VDI 2230. Da findest du alles zu Schrauben. Du kennst die Lasten dann auch per Hand unter dem Schraubenkopf nachrechnen. Also sagen, die Spannungen in dem Bereich sind numerisch, aber die Steifigkeiten passen einigermaßen.

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Jens.Friedrich
Moderator
Dipl. -Ing.


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Beiträge: 1027
Registriert: 09.09.2005

ANSYS 19.2

erstellt am: 17. Jun. 2019 15:41    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 abax 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Abax,

möchtest du einen Nennspannungs- oder Strukturspannungsnachweiß führen? Klassischerweise würde man einfach die Verschraubung nach VDI2230 bewerten. Für deinen Fall kennst du die Vorspannkarft und die Auflagefläche. P= F / A darf die maximale Pressung nicht überschreiten. Dass ein Langloch weniger Auflagefläche als eine normale Bohrung hat ist ja klar. Damit wird die Spannung größer und der Nachweiß kritischer. Eventuell muss das Anzugsmoment verringert werden.

Grüße
Jens

------------------
Gruß
Jens

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abax
Mitglied
Wiss. Mitarbeiter


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Beiträge: 19
Registriert: 20.01.2016

erstellt am: 18. Jun. 2019 10:31    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,

vielen Dank für euren Hinweise auf die VDI 2230. Ich habe die Flächenpressung an der Stelle berechnet und festgestellt, dass die Spannung aufgrund des Langloches zu hoch ist. Mit einer entsprechenden U-Scheibe lässt sich das Problem lösen.

Danke

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abax
Mitglied
Wiss. Mitarbeiter


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Beiträge: 19
Registriert: 20.01.2016

erstellt am: 02. Dez. 2019 21:02    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

Hallo Zusammen,
ich habe noch eine Frage zu dem Problem. Ich hoffe Ihr könnt mir erneut weiter helfen.

Ich habe die Schraubenberechnung nach VDI durchgeführt. Wie bereits erwähnt ist die Flächenpressung mit einer Unterlegscheibe in Ordnung. Meine berechnete Schraubenkraft stimmt auch in etwa mit der Betriebskraft aus ANSYS überein.

Ich erhalte eine Spannung nach VDI im Bereich von 400 MPa unterhalb des Schraubenkopfes bzw. der Scheibe. In der FEM Simulation sind die Spannung ca. 2-3 mal höher. Auch im Bereich etwas unterhalb des Schraubenkopfes (siehe roter Bereich auf dem Bild aus dem ersten Post). Ich habe die Dicke des Flansches auch schon verdoppelt, es tut sich aber nichts. Der belastete Bereich und die Spannung bleiben gleich.

Wie ist mit der Spannung umzugehen? Kann man diese vernachlässigen, wenn es nach VDI in Ordnung ist?

Ich bedanke mich schon mal für die Unterstützung!

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Jürgen Niesner
Mitglied



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Beiträge: 503
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erstellt am: 08. Jan. 2020 08:05    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 abax 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Abax,

das liegt vermutlich daran dass Du bei der Rechnung nach VDI2230 mit Nennspannungen rechnest (Kraft / Fläche) und damit auf der gesamten Fläche eine konstante Spannung annimmst. In der der FEM Rechnung hast Du im Kontaktbereich Bereiche mit höheren und kleineren Spannungen weil sich Deine Bauteile lokal unterschiedlich verformen.

Jürgen

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abax
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Wiss. Mitarbeiter


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Beiträge: 19
Registriert: 20.01.2016

erstellt am: 15. Jan. 2020 13:31    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 Jürgen,

danke für deine Rückmeldung. Ich habe sowas auch vermutet.

Ist es dann legitim, die Stelle anhand der VDI 2230 über die Flächenpressung zu bewerten?

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Jürgen Niesner
Mitglied



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Beiträge: 503
Registriert: 26.11.2001

erstellt am: 15. Jan. 2020 14:55    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 abax 10 Unities + Antwort hilfreich

Was richtig ist kann ich Dir nicht sagen. Ich kann Dir nur sagen was man machen kann und warum es Sinn machen kann. Problem ist das Du die Flächenpressung im FEM-Model auswerten kannst. Du aber keinen Grenzwert hast gegen den Du dimensionierst. Wenn Du die zul. Flächenpressung aus der VDI2230 nimmst wirst Du sehr konservativ unterwegs sein. Grund: Die VDI verwendet wie schon gesagt Nennspannungen, aber auch in den Verschraubungen die mit VDI2230 ausgelegt werden, kommen in der Realität Verformungen vor und damit auch Bereiche mit höheren Spannungen. Genau das hast Du in Deinem Model das ja von der Steifigkeit her sehr näher an der Realität ist. Aber was machst Du Bereichen mit der hohen Spannung, wie bewertest Du diese? Vorschlag: Mach Dir eine Nennspannung daraus, in dem Du mittlere Spannung für die gesamte Kontaktfläche bestimmst und bewerte diese mit der zul. Flächenpressung aus der VDI2230. Ich würde mir dann auch noch anschauen wie weit die höchsten Spannungen über dem Mittelwert liegen und wie groß die Bereiche sind. Dann musst Du eine Entscheidung aus dem Bauch heraus fällen, bei der auch Deine Erfahrung mit der Baugruppe, ähnlichen Baugruppen, Belastungsfall, Anwendung, Sicherheitsanforderung, usw. eingeht.

Da Du aber im Bereich der Auflage der Schrauben bei Deinem Flansch recht gleichmäßige Spannungen haben wirst, denke ich dass Du mit Mittelwerten gegen die zul. Flächenpressung aus der VDI2230 gut leben kannst.

Jürgen

[Diese Nachricht wurde von Jürgen Niesner am 15. Jan. 2020 editiert.]

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Jens.Friedrich
Moderator
Dipl. -Ing.


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ANSYS 19.2

erstellt am: 16. Jan. 2020 12:55    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 abax 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Zusammen!

Natürlich ist es legitim die Flächenpressung nach VDI2230 mittels Nennspannungskonzept zu bewerten. Also P= F/A und fertig.
Strukturspannungen wertet in der industriellen Anwendung keiner aus.
Keep it stupid simple.

Gruß
Jens

------------------
Gruß
Jens

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abax
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Wiss. Mitarbeiter


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Beiträge: 19
Registriert: 20.01.2016

erstellt am: 20. Jan. 2020 18:35    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

@Jürgen
Danke für den Hinweis und die Erklärung. Ich habe deinen Vorschlag befolgt und die Mittelspannung ausgewertet. Die Mittelspannung ist nahezu identisch mit der nach VDI berechneten Spannung.

Deine Erklärung ist sowohl logisch als auch nachvollziehbar. Nur stellt sich mir die Frage, ob bei der Erstellung der VDI2230 der Fall bei ungleichmäßiger Verteilung der Pressung nicht berücksichtigt wurde?

@Jens
Danke für den Hinweis.

Da bei beiden Methoden die Spannungen fast identisch sind, kann ich  beruhigt sein 

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fbratschi
Mitglied
Entwicklungsingenieur


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Beiträge: 156
Registriert: 05.04.2005

erstellt am: 27. Jan. 2020 15:20    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 abax 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Abax

Pass auf, dass du auch harte Scheiben (HV200 oder härter) einsetzt, sonst bringt es nichts. Habe da mal Lehrgeld bezahlt...

Grues Frank

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