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Hallo, ich bin Student und befasse mich seit kurzem mit Solidworks bzw. mit der FEM. Mein Ziel: ich möchte einen modifizierten Hauptbremszylinder (HBZ) mittels FEM simulieren (Spannungen, Verschiebungen, Sicherheiten). Nun meine erste Frage: simuliere ich die Bauteile (Gehäusedeckel, Gehäuse, Kolben) einzeln oder simuliere ich das Gesamtsystem? Ich habe mal das Gehäuse alleine simuliert bzw. probiert, aber ich komme mit den Randbedingungen nicht klar. Der Gehäusedeckel ist mit dem Gehäuse verschraubt - nun habe ich dies über „Verbindungen“ dem Programm klar gemacht. Wenn ich nun den Gehäusedeckel fixiere, kann sich das Gehäuse immer noch drehen, obwohl die Verschraubungen als Verbindungen deklariert sind?! Weiß jemand, was ich falsch mache? Wie geht man hier richtig vor?

Bin für jede Hilfe dankbar. Bin noch Anfänger also bitte um Nachsicht :-)

LG Vidovic

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Hallo , willkommen bei CAD.de. Du hast hier dreimal auf speichern gedrückt, deswegen habe ich zweimal davon geschlossen.
Mit dem Einzelteil ( Part ) anzufangen ist schon mal die richtige Vorgehensweise.
SolidWorks Simulation kann viel, aber alles auf einmal gibt Probleme.
Ich vermute Du hast hier Starrkörper Bewegung. Das Gehäuse muß mit den Einspannungen in jede karthesische Richtung mit mindestens einem Punkt fixiert sein. Besser sind aber ganze Flächen.
Ich mache das immer mit vorgegebener Verschiebung = Null
Da ein Zylinder rund ist erleichtert das die Rechnung schon wesentlich. Es reicht dann aus
einen Kreisausschnitt ( Kreissektor ) zu berechnen. Also ein Viertel oder Achtel des runden Zylinders. An den Spiegelflächen die Verformung in der entpsrechenden Richtung auf Null setzen.
Damit wäre dann auch gleich die Fixierung in 2 Richtungen auch erledigt. Dann mußt du nur noch axial eine Fläche fixieren.
Wenn die Verschraubung Probleme macht, dann erst mal weglassen und eine entsprechende Kraft oder Druck eingeben.

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Klaus

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FEMGehaeusedeckel.pdf

Hallo Klaus, erstmal danke für die rasche Antwort. Ja, sorry, ich habe anscheinend mehrmals auf "Speichern" geklickt - war schon spät.

Ja, die FEM meines Hauptbremszylinders stellt eine Starrkörperbewegung dar ( HBZ besteht hauptsächlich aus einer Aluminium-Legierung).
Ich habe probiert, den Gehäusedeckel zu simulieren. Mein Ergebnis ist im Anhang. Ich bin mir nicht sicher, ob das Ergebnis plausibel ist, weil ich eben keine Erfahrung habe. Was mir komisch scheint, ist:

1. bei der von-Mises-Spannung: beim Übergang des mittleren auf den größten Zylinder wurde kein Rundungsradius erzeugt -> müsste hier nicht eine Singularität vorliegen (hohe bzw. höchste Spannung)? Die höchste Spannung in meiner FEM liegt an der Auflagefläche des Schraubenkopfes. Bilder sind im PDF-Anhang.

2. Sicherheit: warum ist bei der kleinen Nase vorne - wo die Hydraulik mit 113 bar drückt - die Sicherheit am höchsten? Ergibt für mich nicht viel Sinn!? Wenn ich jedoch die max. Sicherheit in den Diagrammoptionen auf den Wert 30 begrenze, dann sieht es schon plausibler aus (Bilder sind ebenfalls im Anhang gezeigt).

Danke und freundliche Grüße,
Vidovic

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Hallo, rechne in der FEM nicht mit bar, sondern mit MPa = N/mm² .
Du kommst da leicht ins Schleudern. 10 bar = 1 MPa.
Den Deckel kannst Du aber tatsächlich noch vierteln , dann siehst Du gleich was innen passiert.
Das Ergebnis ist schon plausibel, Du hast hier aber einen hohen Anteil
axialer Druckbelastung. Von der Bohrung für den Anschluss bis zum Zapfen für die Krafteinleitung. Das ergibt wenig Biegeverformung aber viel Schubverformung. Da mußt Du Dir das verwendete Element genauer anschauen.
Quadratische Tetraederelemente sind bei Schubervormung nicht optimal.
Dann lößt sich auch das Problem mit den zu niedrigen Spannungen in den Ecken.
Die Radien mußt Du manuell im Part modellieren, aber möglichst groß.
Sonst übergeht die Vernetzung die Ecken .
Wie SWX Simulation den Sicherheitsfaktor berchnet wieß ich im Moment auch nicht.
Bei Druckbelastung ist die Sicherheit das kleinste Problem. 
Bei Zugspannung ist das schon wichtiger und kantige Ecken sind da sehr riskant.

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Klaus

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Hallo,

ja, ich rechne auch mit N/mm² in der FEM (bar gibt es dort auch nicht).
Was die Schubspannungen betrifft: ich habe mir nach der Simulation alle Spannungswerte in einer Liste anzeigen lassen - die Maxima der Normalspannungen sind größer als jene der Schubspannungen --> Maxima der Schubspannung im Kontenpunkt 69220 ~ 57 N/mm²; Maxima der Normalspannung im Kontenpunkt 69220 ~ 84 N/mm². Ich habe an den Übergängen/Kanten das Netz feiner gemacht (feiner geht vom Programm nicht) und das Ergebnis schaut nahezu ident aus --> die maximale Spannung ist jetzt nicht mehr 156 N/mm², sondern nur mehr 116 N/mm², liegt aber trotzdem an der Kante, wo der Schraubenkopf gesenkt ist. Das "bunte" Farbmuster bzgl. der Sicherheit vorne an der Nase (wo die Hydraulik den Druck ausübt) ist nicht mehr "bunt". Allerdings kann ich keine anderen Elemente einstellen (z. B. von Tetraeder auf Hexader) - das ist von Solidworks anscheinend nicht verstellbar.

Was deine Behauptung zu den dominierenden Schubspannungen betrifft: dass neben Biegung auch immer Schub auftritt ist klar, aber ich hätte gedacht, dass Biegung hier den Schub dominiert? Außen bei den Schrauben habe ich eine "feste, axiale Einspannung" und in der Mitte vom Gehäusedeckel drückt die Hydraulik auf das Gehäuse - somit hat man idealisiert einen "Träger auf 2 Stützen, bei dem in der Mitte eine Flächenlast (= Druck) wirkt", oder nicht?

Eine andere Frage noch: wenn ich das Gesamtsystem dann simuliere, muss ich zwischen allen Komponenten einen Kontakt / eine Verbindung  (in Solidworks 2025 als "Interaktion" bezeichnet) vorgeben. Betrachten wir als Beispiel die Interaktion zwischen Gehäusedeckel und Gehäuse: nehme ich hier an der Kontaktstelle zwischen Gehäuse und Gehäusedeckel die Randbedingung "Verschiebung null" oder wie? Weil eigentlich kann sich der Gehäusedeckel gegen das Gehäuse drücken (oder auch umgekehrt) und somit sowohl eine Spannung als auch eine Verschiebung verursachen, oder habe ich hier einen Denkfehler?

Vielen Dank für die Zeit und Mühe! 

[Diese Nachricht wurde von Vidovic am 23. Jan. 2026 editiert.]

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Meistens werden reale Teile fast nur auf Biegung beansprucht. Die Schubverformung ist dann vernachlässigbar. Um die dominierende Schubspannung geht es gar nicht, es reicht wenn der Anteil etwas größer ist.
Schon das erste Lernprogramm aus den Lehrbüchern von SWX Simulation macht an genau so einer Ecke Blödsinn. ( Ich stelle später noch ein Bild rein ) Da helfen nur lineare Elemente die SWX Simulation nicht kennt. Habe das schon vor langer Zeit mit Ansys durchexerziert.
Das mit dem Träger auf 2 Stüzen ist schon richtig.
Nur ist das für mich eine dicke Platte rundherum eingspannt, da ist schon etwas mehr Schubverformung.

Bei den Kontakten in Baugruppen ist wichtig die die globalen Kontakte alle rauszulöschen und die Kontakte alle einzeln festzulegen.
Die Kontaktflächen eventuell mit Trennlinie verkleinern.
Ich Stelle dazu später noch ein Beispiel ein.

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Klaus

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SWX_Zylinder_Deckel.ZIP SWX_Sim_Zyl_Deckel.PNG SWX_Sim_Spannungsspitze.PNG

Im Anhang ein paar Bilder.
Das erste ist das Beispiel aus dem Simulation Lehrbuch mit den Spanungspitzen in der Ecke. Da ist nur die Richtung der Krafteinleitung verändert.
Das zweite Bild sind die Spannungspitzen am Deckel , mit großen Radien sind die auch plausibel.
Die Beispiel Datei stammt aus einer älteren Version. die Verbindung funktioniert nur über Stifte.

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Klaus

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Also sollten deiner Meinung nach die Schubspannungen größer sein als die Normalspannungen? Der Teil von der dünnen Nase bis zur großen Fläche ist 12 mm dick, der große Zylinder 7,5 mm und das Prisma zur Anbindung an die Karosserie 15mm.

Macht für dich die maximale Spannung an der Kante wo der Schraubenkopf gesenkt wird wenig Sinn? Wo würdest du behaupten, dass die Spannung maximal sein sollte (von-Mises-Spannung, Normalspannung, Schubspannung)?

Das mit den lokalen Interaktionen ist schon klar, ich meinte aber vielmehr welche Flächen ich hierbei bzgl. den RB anwählen soll: nehme ich z. B. als Randbedingung für den Gehäusedeckel, dass die Kontaktfläche zwischen Gehäusedeckel und Gehäuse überall eine Verschiebung von null hat? Irgendwie muss ich die RB setzen, sonst "fliegt" mir das Teil weg.

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Die Schubspannungen sind doch nur ein Problem bei dem Finiten Elemnet von SWX Simulation.
Es geht doch um einen Zylinder mit Innendruck und da interessiert erst einmal die Verformung.  Die maximale Spannung ist nur wichtig damit
nichts bricht oder plastisch verformt.
Bei scharfen Ecken zeigt da SWX Simulation zu niedrige Werte an.
Da hat auch jedes andere Programm Probleme. Das ist das Problem.
Meinst Du mit RB Randbedingung ?
Es gibt in der FEM einspannungen( Fixierungen ) , Lasten und bei Baugruppen auch noch Kontakte ( Verbindungen )
Ich fixierte den Zylinder am Boden unten. Kontakt zwischen Deckel und Zylinder und dann natürlich den Deckel auf den Zylinder drücken sonst hebt er ab.  Das ging bei mir nur mit Stiftverbindung.

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Klaus

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max.Spannung.pdf RB.pdf

Ich habe als Aufgabe sowohl die Spannungen (Bricht das Bauteil oder nicht?) als auch die Verformungen (maximal zulässige Verformung beträgt 0,1mm/1000N) zu analysieren. Was mir ein wenig komisch vorkommt, ist die Tatsache, dass die max. Spannung genau an der Kante, wo der Schraubenkopf anliegt, auftritt und nicht bei dem Übergang zum großen Zylinder (siehe letzter Punkt im Anhang "max. Spannung").

Was die RB betrifft: ich tue mir ein bisschen schwer diese "richtig" zu wählen. Im Anhang "RB" habe ich den Gehäusedeckel als Beispiel genommen. Die Planflächen vom Gehäusedeckel und vom Gehäuse (= jene Flächen, die sich gegenseitig berühren), habe ich als "Kontaktinteraktion" deklariert (Bild im 1. Punkt im PDF "RB"). Die Bohrungen im Gehäuse und die Bohrungen im Gehäusedeckel habe ich als "Verbindungsinteraktion" deklariert (Bild im 1. Punkt im PDF "RB"). Demnach bräuchte ich eigentlich für das Gehäuse keine Einspannungen  oder ähnliches festlegen --> durch die Verbindungsinteraktion ist die Bewegung vom Gehäuse eindeutig (Verbindungsinteraktion heißt doch: Teil A ist mit Teil B verbunden und wenn Teil A "fest" ist, dann ist Teil B nicht frei beweglich im Raum --> Verschiebungen in Teil B sind aber zufolge Spannungen möglich). Trotzdem muss ich aber auch eine Einspannung/Verschiebung für das Gehäuse vorgeben, weil sich das Gehäuse um dessen eigene Achse drehen kann, deshalb habe ich im PDF "RB" (Bilder im 3. Punkt) die Verschiebungen der Gehäusebohrungen auf null setzen müssen. Das kann ich nicht nachvollziehen: wenn ich schon eine "Verbindungsinteraktion" deklariere, warum kann sich das Gehäuse dann trotzdem im Raum frei drehen??

Bezüglich den RB am Gehäusedeckel: Wie würdest du die Einspannungen/Verschiebungen/etc. wählen, und auf welchen Flächen?

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" und nicht bei dem Übergang zum großen Zylinder "
Ich fürchte Du hast Deckel und Gehäuse fest verbunden und dann rechnet
Simulation das als ein fest verschweißtes Einzelteil. Das passierte mir auch. Da muß ein Luftspalt entstehen können ( Kontakt mit keine Penetration ). Sonst treten an der runden Scheibe des Deckel fast nur noch Schubspannungen auf.
Wie ich schon mehrfach erzählte, sind die Spannungen an scharfen Ecken und Kanten Zufallsprodukte und meistens zu niedrig.  Druckspannungen sind aber harmlos. Das Netz vrfeinern bringt da nicht viel.
Wie ich auch schon postete ist die Baugruppe zweifach symmetrisch.
Es reicht also vollkommen aus nur ein Viertel zu rechnen und zweimal Spiegelflächen zu definieren. Dann ist die Einspannung auch fast erledigt . Auch eine Verdrehung ist dann erledigt.
Dann fehlt nur noch die Einspannung und Belastung axial in einer Richtung. 
In meinem Bild ist doch gezeigt wie ich den Deckel einspanne und belaste.

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Klaus

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Hallo, ich habe das Gehäuse und den Deckel nicht verbunden, das war das Problem. Ich habe irrtümlicherweise den Deckel mit sich selbst verschraubt (falsche Fläche ausgewählt). Bei der Simulation vom Deckel habe ich außerdem das Gehäuse fixiert und als starr angenommen, da ich an den Spannungen und Verformungen vom Deckel interessiert bin. Die Auswahl „keine Penetration“ finde ich in Solidworks 2025 nicht 

Im Grunde sieht die Simulation nun plausibel (oder zumindest plausibler) aus.

Danke für die Unterstützung :-)

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SWX_Sim_Zyl_Kontakt.PNG

Im Anhnag die Kontaktdefinition. Die Funktionierte aber nicht.
Damals ging das noch eindeutig.

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Klaus

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