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Autor Thema:   Problem mit Kontaktanalyse eines Pressverbandes (3376 mal gelesen)
Sonic2002
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erstellt am: 04. Dez. 2006 11:22    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


ProE_2_.pdf

 
Hallo Zusammen!

Bislang habe ich das Forum für meine Recherchen benutzt und bin immer auf akzeptable Ergebnisse oder Lösungen gestoßen, diesmal leider nicht.
Es handelt sich bei meinem Problem um eine Kontaktanalyse eines Pressverbandes.
Im Forum existieren viele Beiträge dazu, jedoch leider keiner, der zu einem annehmbaren Ergebnis geführt hat.

Ziel meiner Untersuchungen soll sein, eine Welle-Nabe Verbindung zu untersuchen.
Dafür habe ich eine glatte Welle mit d=30mm gewählt. Länge = 300mm.
Eine Nabe mit di=30mm, da=50mm Länge = 40mm.

Diese Nabe soll als Presspassung H7 u8 aufgeschrumpft werden und die Spannungen aus dieser Pressung ermittelt werden. Interessant ist nur die maximale Spannung die Auftritt bei der Pressung im ungünstigsten Fall (Nabe di=30mm, Welle d=30,081mm) Die Nabe sitzt mittig auf der Welle.

Soweit habe ich beide Elemente konstruiert.
Da nach ersten Erkenntnissen Durchdringungen nicht möglich sind, habe ich beide Teile auf genau Null konstruiert. Der Welle einen Werkstoff ohne Wärmeausdehnungskoeffizient zugewiesen, der Nabe den Werkstoff Fe60. Kontaktbereiche definiert und FEM Kontaktanalyse gestartet.
Laut Handrechnung sollte durch schrumpfen um ca. 220°C die Nabe dann so klein werden, dass meine maximale Durchdringung auftritt.
Dieser Versuch klappte soweit, jedoch lassen die Ergebnisse zu wünschen übrig.
Es treten Kontaktdrücke und Spannungen auf, die nicht der Realität entsprechen.
(Kontaktdruck zu hoch, Spannungen ebenfalls und keine überhöhten Spannungen am Kerbgrund der Nabe)

Einzeln kann jedes Element simuliert werden und es klappt, aber als Baugruppe leider nicht.
(Habe es einzeln versucht, nur die Welle und eine umlaufende Lagerlast an der stelle der Nabe simuliert, das Ergebnis entspricht in etwa der Realität, nur die Spannungswerte passen nicht)

Nach Rücksprache mit PTC sollte es möglich sein, die beiden Teile durchdringen zu lassen und analysieren zu lassen, das habe ich ebenfalls versucht.
Also die Welle mit d=30,081mm und die Nabe mit d=30mm konstruiert.
Das ganze Vernetzt, die Welle eingespannt und eine Dummylast direkt ins Lager eingeleitet (1N). So war die Anleitung von PTC. Kontaktbereiche definiert und siehe da, ProE rechnet und schließt den Rechenlauf trotz Durchdringungen ab, jedoch wieder ohne den realen Spannungsverlauf anzuzeigen.
Leider mit dem gleichen Ergebnis, keine Spannungserhöhung im Kerbgrund der Nabe.

In einem weiteren Versuch habe ich im unabhängigen Modus von Mechanica gearbeitet. Dazu das gleiche Modell genommen. Im unabhängigen Modus habe ich die Verbindung der Teile aufgehoben und die Bauteile auseinandergezogen und jedes einzeln vernetzt. Danach wieder zusammengeschoben und Kontakte definiert. Laut PTC sollte diese Lösung zum Ziel führen. Leider ebenfalls mit sehr merkwürdigen Ergebnissen.


Hat von euch noch jemand eine plausible Idee, wie man die realen Spannungen mit Spannungsüberhöhungen im Kerbgrund mit FEM analysieren könnte?

Ich habe schon überlegt, da Kontaktrechnungen ja nicht so einfach sind, das ganze Modell als Schnitt zu konstruieren und mit Symmetrien zu rechnen, aber selbst das hat noch nicht zu vernünftigen Ergebnissen geführt.

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adamsh
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Halbwegs Systemadministration und -entwurf....

erstellt am: 04. Dez. 2006 12:07    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 Sonic2002 10 Unities + Antwort hilfreich

1) Die fehlende Symmetrie weist auf ein strukturelles Problem entweder der Formulierung, oder des Loesers hin.

2) Beantworte uns doch die ueblichen Fragen: Welche Elemente, welches Werkstoffgesetz...

3) Vielleicht solltest Du Dir ein anderes, aber aequivalentes Modell bauen, indem Du Lasten durch kinematische/geometrische Zwangsbedingungen ersetzt.

3A) Zuerst koenntes Du entlang der Symmetrieebene schneiden. Dort muessten alle Verschiebungen senkrecht zur Symmetrieebene zu Null gesetzt werden.

3B) unter Annahme eines rotationssymmetrischen ERgebnisses koennte man dann z.B. nur 90 Grad des Zylinders untersuchen. In den / entlang der  beiden Schnittebenen waeren Spannungen oder Dehnungen (!) gleichzusetzen........ Verschiebungen senkrecht zu diesen Schnittebenen waeren wie grosz?

Dann solltes Du einmal --- alle drei --- Ergebnisse vergleichen....

mfg Hans Adams

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Sonic2002
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erstellt am: 04. Dez. 2006 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

Zitat:
Original erstellt von adamsh:
1) Die fehlende Symmetrie weist auf ein [b] strukturelles Problem entweder der Formulierung, oder des Loesers hin.

Was wollen Sie mir damit sagen? Diese Frage verstehe ich nicht so wirklich.
Ich habe das gleiche Modell einmal mit Ansys durchgerechnet, dort werden plausible Ergebnisse geliefert.

Ziel meiner Aufgabe ist es jedoch, die Presspassung per ProE zu berechnen und die Auswirkungen verschiedener Nabenformen auf die entstehenden Spannungen zu untersuchen.
Die Theorie besagt, dass Naben mit Fasen oder Entlastungskerben niedrigere Spannungen hervorrufen. Dies soll in meinen Untersuchungen nachgewiesen werden.
Problem  an der ganzen Sache ist wie erwähnt, dass nicht einmal einfache Nabenformen ohne Entlastungskerben usw. schon keine realen Ergebnisse liefern.

2) Beantworte uns doch die ueblichen Fragen: Welche Elemente, welches Werkstoffgesetz...

Die Elemente sind
eine Welle d=30,081mm, L=200
eine Nabe di=30,00mm da=50,00mm, l=40mm

Um die Berechnung zu vereinfachen wurde beide Bauteile als starr angesehen, keine plastische Änderung, keine Reibung

Einziger Unterschied der Materialien ist, dass die Welle den Wärmeausdehnungskoeffizient 0 hat, während die Nabe den realen Wert von FE annimmt.
Von Außen greifen keine Lasten an, lediglich die Spannung (Radialspannung auf die Welle und auf die Nabe) die durch die Pressung (Durchdringung um 0,081mm) auftritt soll berechnet werden.

3) Vielleicht solltest Du Dir ein anderes, aber aequivalentes Modell bauen, indem Du Lasten durch kinematische/geometrische Zwangsbedingungen ersetzt.

Das habe ich versucht. Die Ergebnisse waren ähnlich. Sie grenzen an die realen Ergebnisse, da die Nabe dann die besagten Spannungsanstiege am Kerbgrund (Endkanten der Nabe) aufweist.
Für die Welle wurde sowohl ein Vollprofil und auch ein Symmetriemodell mit 90° konstruiert und getestet.

Die Nabe wurde mit einer innen umlaufenden Drucklast beaufschlagt, welche in etwa der Druckkraft der Welle entspricht. Das führte zu den angegebenen Ergebnissen im pdf, also annehmbar.

Für die Welle wurde eine Umfangslast (Lagerlast von allen seiten gleiche Kraft ) auf die Welle aufgebracht, wieder entsprechend der Umlaufenden Kräfte die per Handrechnung ermittelt wurden. Ergebnisse waren nicht ok, da eine gleichmäßige Druckspannung rund um den Wellendurchmesser ausgegeben wurde, also keiner Erhöhung am Druckrand der fiktiven Nabe.

Das waren die beiden gleichwertigen Modelle die ich anstatt der Baugruppe untersucht hatte.

3A) Zuerst koenntes Du entlang der Symmetrieebene schneiden. Dort muessten alle Verschiebungen senkrecht zur Symmetrieebene zu Null gesetzt werden.

Die Berechnungen über ein halbes oder ein viertel Element (90°) habe ich schon probiert. Leider mit dem gleichen Ergebnis. Spannungen bleiben über die gesamte Breite der Nabe konstant.
Die Verschiebungen wurden dabei berücksichtigt.

3B) unter Annahme eines rotationssymmetrischen ERgebnisses koennte man dann z.B. nur 90 Grad des Zylinders untersuchen. In den / entlang der  beiden Schnittebenen waeren Spannungen oder Dehnungen (!) gleichzusetzen........ Verschiebungen senkrecht zu diesen Schnittebenen waeren wie grosz?


Siehe 3a. Verschiebungen sollen ja nicht auftreten, da die Spannungen gemessen werden sollen. Bei dem Versuch eine Temperaturlast aufzubringen, die die benötigte radiale Druckspannung erzeugt (Welle Wärmeausdehnungskoeffizient = 0, Nabe hat den von FE) kann sich die Welle nicht verschieben da auf beiden Seiten fest eingespannt (Festlager) Die Nabe zieht sich um den Betrag 0,081mm im Innendurchmesser wie gewollt zusammen (wird ja um delte T abgekühlt).
Längsausdehnung der Nabe wurde erstmal so hingenommen, da die radialen Spannungen ausschlaggebend für meine Untersuchungen sind.

Dann solltes Du einmal --- alle drei --- Ergebnisse vergleichen....

Da bin ich dann jetzt grade mal dabei...

mfg Hans Adams

[/B]


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adamsh
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Halbwegs Systemadministration und -entwurf....

erstellt am: 05. Dez. 2006 10:34    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 Sonic2002 10 Unities + Antwort hilfreich

Alles haendisch uebertragen und formatiert, da die Antwortfunktion wiedereinmal nicht geht ....

Zitat:

1) Die fehlende Symmetrie weist auf ein strukturelles  Problem entweder der Formulierung, oder des Loesers hin.

Was wollen Sie mir damit sagen? Diese Frage verstehe ich nicht so wirklich.
Ich habe das gleiche Modell einmal mit Ansys durchgerechnet, dort werden plausible Ergebnisse geliefert.


Ich will genau das sagen, was ich geschrieben habe. o.g. Loeser erhaelt wesentliche, strukturelle Eigenschaften nicht, hier eine Symmetrie.

Da es mit Ansys funktioniert, halte ich das FE-Programm, insbesondere die Teile, die Gleichungen aufstellen und nachher leosen sollen, fuer die "Schuldigen"....

Zitat:

Um die Berechnung zu vereinfachen wurde beide Bauteile als starr angesehen, keine plastische Änderung, keine Reibung

Einziger Unterschied der Materialien ist, dass die Welle den Wärmeausdehnungskoeffizient 0 hat, während die Nabe den realen Wert von FE annimmt.


Also linear elastisch. Keine Reibung bedingt natuerlich, dass die Schubspannungen im Pressverband an den Raendern identisch Null sind. HAben Sie das kontrolliert?


Zitat:

3A) Zuerst koenntes Du entlang der Symmetrieebene schneiden. Dort muessten alle Verschiebungen senkrecht zur Symmetrieebene zu Null gesetzt werden.

Die Berechnungen über ein halbes oder ein viertel Element (90°) habe ich schon probiert. Leider mit dem gleichen Ergebnis. Spannungen bleiben über die gesamte Breite der Nabe konstant.
Die Verschiebungen wurden dabei berücksichtigt.


Ich dachte natuerlich als erstes an die Symmetrieebene SENKRECHT zu der Zylinderhauptachse....

Scheint insgesamt sehr kritisch bzw. unausgegoren zu sein....

mfg HA

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Maccias
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erstellt am: 15. Aug. 2007 10:08    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 Nur für Sonic2002 10 Unities + Antwort hilfreich

Ist zwar schon ein bißchen her, hier aber trotzdem noch ein kleiner Tipp:
Die Vernetzung im Kontaktbereich ist definitiv zu grob! Außerdem sollte die Rechnung als Multi Pass Analyse gegen die Kontaktmessgrößen konvergieren. Und ich würde mal vermuten, dass sie das im vorliegenden Fall nicht tut.....

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