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Autor Thema:   Singularität bei Passfederverbindung (725 mal gelesen)
JonasFl
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erstellt am: 06. Feb. 2020 20:36    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


gemittelteSpannungenNut.png


ungemittelteSpannungenNut.png


Problemstellung.JPG

 
Hallo zusammen,

im Rahmen meiner Abschlussarbeit muss ich eine rundstirnige Passfederverbindung mithilfe der finiten Elemente analysieren und den maximalen Vergleichsspannungswert an der Welle ermitteln. Zur Vereinfachung wird nur der relevante Teil der Welle betrachtet. Die Nabe wird mit einem Torsionsmoment beaufschlagt und auf die Welle wirkt ein Biegemoment. Die Welle ist an beiden Stirnseiten fixiert und zusätzlich an den Wellenenden zylindrisch gelagert. Die Nabe ist auch an der Mantelfläche zylindrisch gelagert. (siehe Screenshot "Problemstellung")

Die Kontakte Welle/Passfeder und Passfeder/Nabe sind beide als reibungsbehaftet nach Augmented-Lagrange-Verfahren und aktualisierender Kontaktsteifigkeit nach jeder Iteration definiert. Bei der Vernetzung bin ich global von einem relativ groben Netz ausgegangen und habe lokal die Kontaktoberflächen der drei Bauteile mit einem strukturierten Netz mit Elementgröße 0,1mm verfeinert. Die Ergebnisse der gemittelten sowie ungemittelten Ergebnisse sind in den restlichen Screenshots dargestellt.
Der gemittelte und ungemittelte Maximalwert unterscheiden sich dabei signifikant. Außerdem strebt der Maximalwert bei immer feiner werdendem Netz keinem endlichen Wert entgegen.

Jetzt zu meiner Frage:
Kann es sich dabei um eine Singularität handeln? Wenn ja, wie kann ich diese eliminieren? Bzw welchen Wert in unmittelbarer Umgebung kann ich stattdessen als Maximalwert ansehen? Ich habe sämtliche Kanten abgerundet und alle Lasten und Lagerungen wirken nicht punktförmig, sondern auf Flächen.

Ich schlage mich schon lange mit diesem Problem rum und bin über jede Hilfe dankbar.

Schöne Grüße
Jonas

[Diese Nachricht wurde von JonasFl am 06. Feb. 2020 editiert.]

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JonasFl
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erstellt am: 06. Feb. 2020 20:38    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


gemittelteSpannungenimSchnitt.png

 
Noch ein weiter Screenshot im Schnitt...

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MAXITE
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erstellt am: 11. Feb. 2020 09:02    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 JonasFl 10 Unities + Antwort hilfreich

Ist auf der Schnittansicht das Modell mit dem feinsten Netz zu sehen?
Wenn gemittelte und ungemittelte Spannungen weit auseinanderliegen, ist dies ein Hinweis auf ein zu grobes Netz.
Ich würde dazu raten, noch ein Modell mit einem Netz zu erstellen, das in den Bereichen mit hohen Kontaktspannungen noch feiner ist (so dass die Kontaktfläche durch mehrere Elemente abgebildet wird).
Eine Singularität kann man daran erkennen, dass die Spannungen mit steigender Netzfeinheit nicht auf einen Wert konvergieren. Vielleicht kannst du hierfür ein Diagramm Spannung vs. Netzfeinheit hochladen?
Da ich auf deinen Bildern keine unendlich scharfen Kanten erkennen kann, vermute ich erstmal, dass es am groben Netz liegt.

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Jens.Friedrich
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erstellt am: 11. Feb. 2020 09:57    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 JonasFl 10 Unities + Antwort hilfreich

Hi Jonas,

was erwartest du?
Solch eine Verbindung wird natürlich lokal plastisch weil es in Realität zu einer Linien und Punktanlage kommt (dies ist natürlich singulär). Sobald dies passiert plastifiziert der Werkstoff und es kommt zu einer größeren Anlage welche zu einer Verringerung der lokalen Pressungen führt. Dies passiert solang bis der komplette Querschnitt plastisch wird und keine Lasterhöhung mehr ertragen kann.
In Realität gibts noch Toleranzen und Ungenauigkeiten. Also kannst du das sowieso nie 100%ig korrekt abbilden.

Mein Vorschlag wäre also eine elasto-plastische Materialmodell zu nutzen und dann langsam die Last zu steigern. Du wirst sehen dass sich die  Passfeder sich in der Nut anlegt. Dann steigert man die Last bis die Querschnitte vollplastisch werden. Das ist dann deine vollplastische Versagenslast. Auf die muss ne Sicherheit drauf und fertig die Laube.
Schau dir parallel die analytische Auslegung an. Hierbei wird vereinfacht das komplette Abscheren gerechnet. Ich verstehe nicht ganz wofür man sowas mittels FEM rechnet und würde mich freuen wenn du uns da aufklärst.
Bist dahin


------------------
Gruß
Jens

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JonasFl
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Hallo zusammen,

erstmal vielen Dank für eure Hilfe.

Ziel der Arbeit ist es, die maximale Vergleichsspannung mittels FEM im Bereich der Passfedernut der Welle zu ermitteln, und damit dann den Festigkeitsnachweis nach FKM-Richtlinie durchzuführen.

Ich habe bereits einige Versuche mit einem elastisch-plastischem Modell (mit bilinearer kinematischer Verfestigung) versucht, aber noch keine gescheite Lösung erhalten. Den Vorschlag von Jens werde ich auch die Tage umsetzen.

Sehe ich das richtig, dass mit einem rein elastischen Modell in diesem Fall nicht gerechnet werden kann?

Schöne Grüße
Jonas

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galerkin
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Hallo Zusammen,

auf die Frage ob mit einem rein elastischen Modell in diesem Fall nicht gerechnet werden kann. Die FKM-Richtlinie setzt ein linear elastisches Materialmodell voraus und erlaubt nicht elastisch plastische Spannungen zu bewerten. Hierzu müsste die FKM-Richtlinie Nichtlinear herangezogen werden. Mit der klassischen FKM-Richtlinie ist es möglich durch ein nichtlineares Materialmodell die plastische Formzahl Kp zu bestimmen aber nicht die zu bewertenden Spannungen.

Ehrlich gesagt verstehe auch ich wie Jens nicht warum du eine FEM Berechnung machen möchtest. Gibt es für die Auslegung nicht analytische Lösungen?
Der Vorschlag von Jens erlaubt meiner Meinung ein realistischeres Betrachten der Verbindung aber keinen Normnachweis.
Möchte hier anmerken das ich Ahnung von der FKM-Richtlinie habe aber nicht besonders in deinem Themengebiet vertieft bin und somit wenig Erfahrung mit Verbindungen wie Passfederelmeenten mit zugehörigen Normen und Regelwerken habe. Folglich bin ich mir auch unsicher ob die FKM-Richtlinie besonders geeignet für deine Festigkeitsbewertung ist oder ob es eine andere besser geeignetere Norm gibt.

Grüße
Martin

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FM2293
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Registriert: 02.01.2019

Creo Parametric 3.0 M130

erstellt am: 20. Feb. 2020 13:41    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 JonasFl 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von JonasFl:
Noch ein weiter Screenshot im Schnitt...

... fein aufgelöster 2D ebener Dehnungszustand wäre praktikabel ...

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