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Autor Thema:   Berechnung Festigkeit eines Edelstahlrohres mit G1/4 (474 mal gelesen)
Hardy61
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RohrmitGewinde.PNG

 
Hallo Leute,

habe ein kleines Problem und komme leider nicht weiter. Folgendes: Im Zuge einer Geometrieänderung eines unserer Edelstahlrohre mit G1/4" Gewinde, wurde der Freistich direkt unter dem Gewinde von 11,5 mm auf 11 mm abgeändert. Nun soll ich diesen Sachverhalt bewerten, am besten mit einer kleinen Rechnung. Da ich leider ein totaler Anfänger in Sachen technische Mechanik bin, weiß ich nicht was genau ich bewerten soll. Erste Überlegungen waren unteranderem: Festigkeit (Ja Festigkeit und weiter? -.-), dann max. Zugspannungen bei einer Torsion (Sprich ich habe ein max. zul. Anzugsmoment (Bsp. mit etwa 350Nm)bei G1/4", welche Spannung tritt auf), Wiederstandsmoment?! (Ja aber in der Formel für den Widerstandsmoment taucht überhaupt kein Bezug zum Material auf :O !!!) ....

Das was ich bis jz recherchiert habe ist unteranderem das Widerstandsmoment...aber laut Formel beruht es ja darauf das eine externe Kraft F vertikel auf eine Rohrstange wirkt. Bei mir ist dies ja nicht wirklich der Fall oder?

Anbei habe ich ein Bild eigefügt und hoffe ihr könntet mir dabei behilflich sein. Vielen Dank.

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Roggefeller
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Hallo Hardy,

ich denke es würde mehr Sinn machen sich von null an in die technische Mechanik einzulesen als zu Versuchen Dir über Aussagen etwas bezüglich Deiner Problematik vermitteln zu wollen.

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DanMer
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erstellt am: 17. Okt. 2018 11:39    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 Nur für Hardy61 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von Hardy61:

Da ich leider ein totaler Anfänger in Sachen technische Mechanik bin, weiß ich nicht was genau ich bewerten soll.

Hi,
es geht im Grunde darum, dass Du die vorhandenen Spannungen an der geänderten Stelle ermittelst und diese mit den Festigkeitskennwerten abgleichst. Die Spannungen entstehen durch die auf das Teil wirkenden Kräfte wie Zug, Druck, Biegung und Torsion.

Du musst Dir im Prinzip klarmachen, welche Kräfte an der Stelle wirken (könnten)und diese dann in Spannungen umrechnen. Dazu gibt es verschiedene Methoden. Du kannst das berechnen oder auch mit FEM simulieren.

Ich weiß nicht, ob Dein Bild so komplett ist, aber mir fehlt da ein Radius am Freistich. Wegen der Kerbwirkungen, Kraftverlauf usw.

Bis dann,
Daniel

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[Diese Nachricht wurde von DanMer am 17. Okt. 2018 editiert.]

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Hardy61
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Hallo Leute,

vielen Dank für die Anmerkung und den Hinweis.

@DanMer:
Beim Freistich sind es die Da_neu=11 mm (sry für das unklare Bild :S). Leider ist dieser "Freistich" nicht genormt (Zeichnung vom Lieferanten).

ich habe nun etwas recherchiert:
Ist der Weg über den Verdrehwinkel der richtige? Ich meine über eine Torsion bis x N an Kraft, werde ich doch wahrscheinlich hier einen Verdrehwinkel bekommen?

Ich habe mir ebenfalls Videos zur FEM Analyse in Solidworks angeschaut, bekomme zwar Bunte Bildchen raus, kann aber die Werte nicht wirklich deuten. Um diese Werte zu verstehen, wollte ich die formel die im Hintergrund läuft, erst begreifen.

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Rechenschieber
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Also:

soll-querschnitt: PI*(RA^2-RI^2)=53.6 mm^2
ist-querschnitt:                            44.76 mm^2

also öbbe 20% weniger Querschnitt => bei Zugbelastung öbbe 20% höhere Spannung

Nun ist zu zeigen, dass die 20% erhöhte Spannung toleriebar ist.

ZB dadurch dass die Sicherheit im Originalteil 20% höher als die geforderte Sicherheit ist.

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Rechenschieber
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bzw:

der gefertigte Freistich ist weniger tief als der geforderte? richtig => na, Dein Bauteil ist sogar höher belastbar als nach Zeichnung (Vorausgesetzt es ergibt sich keine Funktionseinschränkung )

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DanMer
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Ds ganze Thema ist recht komplex. Falls Du damit noch keinerlei Erfahrungen hast, solltest Du ganz Vorne anfangen, weil alles ineinander greift. Oder die Berechnung extern vergeben.

Hier mal ein grober Überblick über die Festigkeitslehre:

https://www.schweizer-fn.de/festigkeit/allg_festigkeit/allg_festigkeit_start.php

Mit dem Radius für die Kerbspannungen ist der 90°-Winkel zwischen Da und dem großen Außendurchmesser gemeint. Da Du das (eine Grundlage) anscheinend nicht kennst, bin ich mir nicht sicher, ob Du eine Festigkeitsberechnung durchführen solltest. 

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erstellt am: 17. Okt. 2018 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

Vielen Dank leute für die Antworten!

@DanMer: Werde mich in diesem Thema definitiv weiterbilden. Vielen Dank für deine Anmerkung und für den Link.
@Rechenschieber: finde deinen Ansatz ziemlich nachvollziehbar, ist auch ziemlich einleuchtend, da die einzigen Variablen ja meine Geometrien sind. 

@DanMer: Rein aus Interesse, wie würde so ungefähr die Lösung in SW aussehen? Kannst mir da Tipps geben, wie ich die Werte zu lesen hab.

Bzw.: Welcher Wert ist dann tatsächlich nach einer Simulation wirklich von Bedeutung. Ich meine, OK rot bedeutet wahrscheinlich schlecht und grün im "grünen Bereich" wie könnte ich mit solchen "bunten Bildchen arbeiten"?

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DanMer
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erstellt am: 18. Okt. 2018 07:20    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 Hardy61 10 Unities + Antwort hilfreich

Guten Morgen,

wie die FEM-Simulation von SW funktioniert, weiß ich nicht. Ich arbeite mit Creo.
Grundsätzlich geht es mit FEM ziemlich tief in die Mathematik, Festigkeit und Materialgeometrien. Das macht man nicht mal eben so.

Wenn die Farben anhand der Materialkennwerte wie (Streckgenze, Dehngrenze, Zugfestigkeit)definiert sind, sollte ein erstes Ergebnis an den Farben abzulesen sein. Eventuell auftretende Singularitäten muss Du separat bewerten.

Ich kann die Farben bei FEM so definieren, wie ich das möchte. Dann sehen alle nur grün, obwohl das Teil komplett auseinanderbrechen würde. Wir schreiben mittlerweile zu den FAM-Analysen seitenweise Berichte, wo die ganzen Annahmen und Vorraussetzungen hinterlegt werden. Es ist toll ein buntes Bild zu erstellen. Das hat alleine aber keine ingenieurswissenschaftliche Aussage. Wir haben schon tagelang über richtige Ansätze diskutiert, weil man mit jedem Ansatz ein anderes Ergebnis bekommt. Wir möchten ja alle gerne eine realistische Aussage zum Spannungsverlauf. Das ist oft nicht einfach.

SW bietet doch sicherlich Kurse zu an, wie man das FEM-Modul verwendet. Im Internet gibt es bestimmmt auch etwas zu FEM finden. Da kannst Du einen ersten Eindruck gewinnen. Ohne Hintergrundwissen das FEM-Modul zu verwenden, sollte man vergessen. Das geht in die Hose.

Einen schönen Tag noch!

Daniel

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Duke711
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Tolle Zeichnung, könnte man meinen man möchte den Rohraußendurchmesser bei einem G1/4" Außengewinde von 11,5 auf 11 mm abändern, wie das funktionieren soll, würde mich brennend interessieren. Also den Freistich sollte man schon zeichnerisch darstellen. Aber es hieß ja unter dem Gewinde...
Ansonsten wüsste ich nicht was man hier bewerten möchte. Das Lastenheft sollte schon bekannt sein, sonst wird das nichts. Auch wüsste ich nicht was SWX so alles für bunte Bildchen anzeigt. Mehr wie Verschiebungen, Spannungen und Vergleichsspannungshypothesen werden bei einer linearen statischen Rechnung sowie so nicht angezeigt.
Wenn es da schon happert, wie möchte man denn die Formel, die angeblich im Hintergrund läuft, verstehen? Mal davon abgesehen das hier im Hintergrund keine Formel läuft, sondern eine Matrix die aus mehreren Matrizen besteht wie z.B. dem Spannungstensor:

https://de.wikipedia.org/wiki/Spannungstensor
https://www.sharcnet.ca/Software/Ansys/16.2.3/en-us/help/ans_thry/thy_str.html

Mal davon abgesehen das für einen Gewindenachweis eine statische FEM etwas zu wenig wäre, das wäre nur ein Teil nach der VDI 2230 Richtlinie.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 18. Okt. 2018 editiert.]

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erstellt am: 18. Okt. 2018 15:52    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 Hardy61 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Hardy
Wenn ich mir das Teil so anschaue, stellt sich die prinzipielle Frage: Wieso den Gewindefreistich überhaupt ändern? Eine Änderung des Aussendurchmessers macht doch höchstens für die rechte Seite Sinn. Der Freistich ist doch bloss zur Herstellung des Gewindes da, also lass doch den wie er ist. Vielleicht paar Eckenradien noch. Oder seh' ich das jetzt komplett falsch?

Gruss!

Werner

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Hardy61
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erstellt am: 19. Okt. 2018 08:17    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 Werner,

vielen Dank für deinen Beitrag.

Folgendes Problem tritt hierbei auf. Da ich einen Freistichdurchmesser von 11,5 mm habe, kann der Lieferant, dieses Teil nicht mit einem Lehrring (G1/4") bis zum Anschlag überprüfen. Der Kerndurchmesser bei einem G1/4" Lehrring beträgt etwa 11,3-11,45. Dadurch würde das bei 11,5 mm nicht mehr funktionieren.

Deswegen kam nun der Lösungsvorschlag vom Lieferanten, dass wir den Freistichdurchmesser auf 11 (0/+0,25) mm bemaßen könnten.

@Duke711: Danke auch für deine Antwort. Mittlerweile weiss ich ja schon, dass ich mir viele Grundlagen aneignen muss (Buch zu diesem Thema bereits bestellt ^^). Dennoch würde mich eine wissenschaftliche Darstellung zu diesem Thema sehr interessieren.

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Hardy61
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erstellt am: 19. Okt. 2018 08:20    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

Mod Edit: gelöscht wg. Doppelposting.

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