Hallo zusammen,
ich beschäftige mich gerade mit folgender Fragestellung: in einem Ölbehälter tritt Unterdruck auf. Hält er einem Unterdruck von 10,5 mbar stand? Bei welchem Unterdruck versagt der Behälter?
Wegen der Dünnwandigkeit des Behälters gehe ich davon aus, dass dieser durch Beulen versagen wird. Außerdem ist davon auszugehen, dass er einem absoluten Vakuum nicht standhalten wird, sondern wesentlich früher versagt. Bei meinem Vorgehen habe ich mich an folgendem Tutorial von Christof Gebhardt orientiert: https://www.youtube.com/watch?v=s8C69M3qmjE
Die Rechnungen laufen ohne Probleme durch. Jedoch weiß ich nicht so recht, wie ich die Ergebnisse interpretieren soll.
Ich beginne mal von vorne. Bilder befinden sich in der pfd im Anhang.
Der Behälter hat ein Nennvolumen von 200 Liter und besteht aus S235JR. Nur der Reinigungsdeckel besteht aus AlCuMg1. Alle Kontakte sind bonded.
Da ein Unterdruck im Behälter ja einfach nur bedeutet, dass der äußere Druck um diesen Betrag größer ist, bringe ich auf alle Außenflächen einen Druck von 10,5 mbar auf. Einer der beiden Füße bekommt einen Fixed Support und der andere einen Frictionless Support. Alternativ könnte man auch beide Füße fest befestigen. Sollte keinen großen Unterschied machen.
Die statische Strukturanalyse zeigt, dass die maximale Verformung am Unterboden stattfindet. Sie beträgt etwa 0,4 mm. Aufbauend darauf habe ich eine Eigenwertbeulanalyse durchgeführt. Der kleinste Lastmultiplikator beträgt 417 und bezieht sich auf das Beulen des Unterbodens. Es ergibt sich also, dass der Unterboden zuerst anfängt zu beulen. Multipliziert man 10,5 mbar mit diesem Faktor, ergibt sich ein Druck von 4,368 bar. Demnach müsste der Behälter sogar locker einem absoluten Vakuum standhalten. Das zweifle ich natürlich an. Wie aber auch schon im Tutorial gesagt, liefert diese Art Analyse meistens zu optimistische Ergebnisse.
Daher habe ich anschließend eine nichtlineare Analyse durchgeführt. Ich lasse mir, wie im Tutorial, Zwischenschritte anzeigen. Large Deflection schalte ich ein. Als Druck wähle ich nun den Ausgangsdruck mal Lastmultiplikator. Das ergibt einen Wert von 4,38 bar. Anders als im Tutorial kann ich bei mir keine Reaktionskraft auswerten. Daher verwende ich die Deformation des Bodenblechs in positiver Y-Richtung als Beobachtungswert. Ich erwarte, dass sich der Zeitpunkt des Beulens durch eine Unregelmäßigkeit in der Kurve zeigt.
Schaut man sich die Ergebnisse an, ergibt sich aber eine sehr gleichmäßig verlaufende Kurve. Die Auswertung der Spannung zeigt aber, dass bei diesen 4 bar die Streckgrenze schon lange überschritten ist.
Ich habe die nichtlineare Simulation im Anschluss auch noch mit geringerem Druck laufen lassen. Die Gestalt der Kurve für die directional Deformation ändert sich nicht. Es ist also ein gleichmäßiger Anstieg der Verformung zu erkennen.
Wenn ich davon ausgehe, dass Ansys richtig rechnet, was der Fall sein sollte und auch meine Herangehensweise korrekt ist, dann lässt das für mich nur folgenden Schluss zu: Bei sinkendem Druck im Innern des Tanks versagt der Behälter irgendwann durch plastische Verformung, weil an bestimmten Stellen das Material seine Streckgrenze überschreitet. Spontanes Beulen des Behälters ist nicht zu erwarten.
Kann das sein? Oder habe ich irgendetwas vergessen oder nicht beachtet?
[Diese Nachricht wurde von FabianBecker am 27. Feb. 2020 editiert.]
[Diese Nachricht wurde von FabianBecker am 27. Feb. 2020 editiert.]
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