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Autor Thema:   Grenzzugkraft Schrauben (243 mal gelesen)
Maxi3004
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erstellt am: 09. Okt. 2019 09:08    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,
ich bin gerade an einem Stirnplattenstoß dran. Den Schrauben (M30 10.9) wurde ein bilineares Materialverhalten mit einer heruntergesetzten Streckgrenze von 649N/mm^2 implementiert. (Schraube wurde mit dem Schaftdurchmesser modelliert) Das Tangentenmodul für die Verfestigung wurde auf 210 Mpa gesetzt. Somit erwarte ich mir bei einer voll belasteten Schrauben eine Schraubenkraft von ca 450kN. Im ersten Schritt werden die Schrauben mit 50kN vorgespannt und dann mit einer äußeren Kraft belastet. Bei der Auswertung der Schrauben über das Bolt tool (Working load) musste ich feststellen dass die Schraubenkraft bei 510kN liegt. Warum werden die Schraubenkräfte nicht auf 450kN begrenzt ?

Lg Max

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arnd13
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erstellt am: 09. Okt. 2019 12:13    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 Maxi3004 10 Unities + Antwort hilfreich

Hi Max,

Wieso sollte die Schraubenkraft auf 450kN begrenzt sein?

Ich gehe davon aus, dass Du mit den 500kN Vorspannkraft die Schraube um 80% ihrer Streckgrenze auslastest (VDI Richtlinie). Die äußere Kraft ist vermutlich keine Druckkraft. Damit muss die Schraubenkraft steigen, wenn nicht noch thermische Lasten dazukommen, von denen Du aber nichts erwähnt hast.

------------------
Gruß, A.

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Maxi3004
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erstellt am: 09. Okt. 2019 12:44    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 Arnd,

ich habe die Streckgrenze der Schraube 10.9 fyb=900N/mm^2 um das Verhältnis von Spannungsquerschnitt zu Schaftquerschnitt abgemindert.(plus gamma0 abgemindert) Damit bekomme ich eine abgeminderte Streckgrenze von 649N/mm^2.Ich habe die Schraube mit dem Schaftquerschnitt modelliert. Somit wäre meine Rechnung für die Grenzzugkraft der Schraube 649N/mm^2*707mm^2=459kN. Somit wäre meine Schraube mit den 459kN zu 100% ausgenutzt ? 

Als äußere Kraft bring ich nur eine Moment auf den Stahlträger auf und ich spanne die Schrauben mit 50kN vor.

lg Max

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arnd13
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Beiträge: 707
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erstellt am: 09. Okt. 2019 13:00    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 Maxi3004 10 Unities + Antwort hilfreich

Davon abgesehen, dass es technisch nicht sinnvoll ist, eine Schraube bereits mit der Vorspannkraft über den ganzen Querschnitt in den plastischen Bereich zu treiben, können die Spannungen natürlich höher als die Streckgrenze sein. Die Obergrenze ist die Zugfestigkeit. Wenn diese überschritten ist, kommt es zum Versagen. Bei Belastungen oberhalb der Streckgrenze aber unterhalb der Zugfestigkeit treten plastische Verformungen auf. Die Schraube wird dies einige Belastungszyklen mitmachen, bevor sie dann durch Ermüdung reißt.
Denke auch daran, dass die Spannungsverteilung im Querschnitt in den seltensten Fällen ganz homogen ist. In der Realität werden lokale Spannungsspitzen entstehen, die das Risiko eines Anrisses bereits bei der ersten Belastung erhöhen.

------------------
Gruß, A.

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Maxi3004
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Hallo arnd,

ich glaube du hast mich falsch verstanden. Ich spanne die Schrauben mit 50kN vor nicht mit 500kN !!!

Nachdem ich die 50kN aufgebracht habe steigere ich mein Moment. Nach der statischen Berechnung erhalte ich über das Bold tool eine workingload von 510kN in der Schraube. Ich mache nur eine statische Berechnung es müssen keine Ermüdungsnachweis geführt werden.

lg Max

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Maxi3004
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Bezüglich der Zugfestigkeit. Ich habe ein bilinears Materialgesetz mit einem Tagentenmodul von 210Mpa der Schrauben hinterlegt. Somit wäre meiner Ansicht die Streckgrenze auch gleich die Zugfestigkeit der Schraube. ?

[Diese Nachricht wurde von Maxi3004 am 09. Okt. 2019 editiert.]

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arnd13
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erstellt am: 09. Okt. 2019 13:23    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 Maxi3004 10 Unities + Antwort hilfreich

Ah ok. Wer lesen kann, ist klar im Vorteil :-). Es handelt sich also um eine sehr große äußere Last.

Trotzdem ist die Obergrenze der Belastung die Zugfestigkeit. Die Schraube kann bei hoher Last plastifizieren. Einmalig oder einige wenige Zyklen wird die Schraube das aushalten. Nach einer solchen Belastung sollte die Schraube aber ausgetauscht werden.

Vom Tangentenmodul verstehe ich nichts, weiß also nicht, wie groß die Zugfestigkeit in Deinem Modell ist. Falls Zugfestigkeit tatsächlich gleich der Streckgrenze ist, versagt die Schraube.
Bei einer 10.9er Schraube ist die Streckgrenze aber 900MPa und die Zugfestigkeit 1000MPa.

------------------
Gruß, A.

[Diese Nachricht wurde von arnd13 am 09. Okt. 2019 editiert.]

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Duke711
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erstellt am: 09. Okt. 2019 15:14    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 Maxi3004 10 Unities + Antwort hilfreich

Warum sollte die Kraft auf 450 kN begrenzt sein, hast Du Verbotsschilder für den Solver aufegestellt, mit halt nicht weiter oder Lebensgefahr oder so ähnlich?

Da beim Tangentenmodul wahre Spannungen angegeben werden, ist das weiterhin eine stetig ansteigende Gerade. Mehr Dehnung = mehr Kraft.
Wenn dann müste das Tangentenmodul eine Gerade ohne Steigung sein, dann würde der Solver ohne Abruchkriterium wegen unendliches fließen aus dem Gleichgewicht geraten und den Dienst quittieren. Kann man mit einen Multilinearen Modell machen, da rechnet der Solver nur bis zum letzten Datenstützpunkt der Dehnungskurve, danach konvergiert er wegem unendlichen fließen nicht mehr.

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Maxi3004
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erstellt am: 09. Okt. 2019 15:39    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 Duke,

du hast schon recht. Aus diesem Grund habe ich ein sehr geringes Tangentenmodul gewählt --> mit 210MPa ist die Verfestigung doch sehr gering. Ich erwarte mir schon eine größere Kraft als die 450kN Grenzzugkraft der Schraube aber doch nicht eine Steigerung um 50 kN ? 

Also sollte ich ein multilineares Materialverhalten der Schraube zuweisen als ein bilineares ? Ich will eigentlich dass jede Schraube nur bis zur Grenzzugkraft belastet werden kann und das sich die Kräfte bei weiterer Belastung auf die anderen Schrauben umlagern.

lg Max

[Diese Nachricht wurde von Maxi3004 am 09. Okt. 2019 editiert.]

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Duke711
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Würde also in der Realität bedeuten das bei weiterer Belastung die Schraube 1 brechen soll, wird sowas tatsächlich angestrebt?
Wenn ja einfach eine Verbundkontakt im Schraubenschaft einfügen und diesen in einen weiteren Lastschritt deaktivieren. Oder der Schraubenschaft 1 wird entsprechend dünner ausgelegt so das ein gewünschte plastische Mindestdehnung für die Schraubenkraftverlagerung erreicht werden kann, viele Wege führen nach Rom.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 09. Okt. 2019 editiert.]

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Maxi3004
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Hat eig mit der Realität nichts zu tun. Will den Stirnplattenstoß auf die volle Traglast brechnen und das Verhalten der Umlagerung der Schrauben analysieren.  Ich habe in der gesamten Stirnplatte 13 Schrauben. Wenn 2 Schrauben plastizieren dann ist für den gesamten Stirnplattenstoß die Traglast noch ausgeschöpft. Aus diesem Grund kann ich nicht einfach einen weiteren Lastschritt hinzufügen und dann den Verbundkontakt deaktivieren.
Das gewünschte plastische Verhalten der Schraube zu simulieren wollte ich über das bilineare Materialverhalten erzielen. !!

lg Max

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AndreasHanke
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Registriert: 15.02.2019

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erstellt am: 10. Okt. 2019 10:50    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 Maxi3004 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Maxi3004,

eine plastische Dehnung von 1/3% führt bei einem Tangentenmodul von 210 MPa zu einer Zusatzspannung von 70 MPa entsprechend 50 kN. Ich würde die plastische Dehnung in der Schraube prüfen, da diese wahrscheinlich zu einer Verfestigung (Tangentenmodul nicht gleich 0) und damit zu den erhöhten Schraubenkräften führt.

Persönlich würde ich für die Ermittlung der Grenztragfähigkeit einen Tangentenmodul von 0 wählen. Und prüfen, ob der freie Gewindeteil der Schrauben die auftretenden Plastisizierungen erträgt.

Schönen Gruß
Andreas

------------------
Andreas Hanke
www.ing-hanke.de

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