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  Axialspannung bei Hohlrohr unter Innendruck

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Autor Thema:  Axialspannung bei Hohlrohr unter Innendruck (3897 mal gelesen)
stuzzi
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erstellt am: 24. Apr. 2007 16:00    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

Hallo zusammen,

mein Problem ist:

Ich muss ein Hohlrohr unter Innendruckbelastung berechnen.
Verwendet werden Schalenelemente.
Aufgrund der Symmetrie habe ich ein Viertel-Modell modelliert.

Jedoch schaffe ich es nicht, dass ich eine Axialspannung erzeuge, was daran liegt, dass mein Rohr am freien Ende keiner axialen Beschränkung unterliegt.

Ich habe schon versucht, einen Deckel mit großer Dicke und hohem E-Modul zu verwenden => hat nicht geklappt, d.h. ich habe nicht die analytisch berechneten Ergebnisse für die Axialspannung erhalten.

Als nächstes wollte ich auf das offene Ende eine "shell edge load" (berechnet aus meinem Innendruck) aufbringen, um die Axialkraft künstlich aufzubringen => leider habe ich dieses Mal gar keine Axialspannung bekommen.

Gibt es sonst noch irgendeine Möglichkeit, ein Hohlrohr zu  modellieren?

Vielen Dank schon mal!
stuzzi

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milasan
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erstellt am: 24. Apr. 2007 23:49    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 stuzzi 10 Unities + Antwort hilfreich

Da scheint etwas mit der Physik nicht zu stimmen. Wenn Dein Rohr keine axiale Beschränkung hat, kann es sich in dieser Richtung ungehindert deformieren und somit sollten auch keine Axialspannungen entstehen, oder?

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stuzzi
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erstellt am: 25. Apr. 2007 10:32    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

Ja genau, und da liegt auch mein Problem!

Aber wie schaffe ich es, dass mein Hohlrohr sich so verhält, wie ich es gerne hätte?

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Maccias
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??? Wie hättest Du es denn gerne? 
Möchtest Du Spannungen haben, wo es physikalisch gar keine geben darf, oder wie?

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stuzzi
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erstellt am: 25. Apr. 2007 16:47    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

Nein natürlich nicht!

Aber jedes Rohr in einem Rohrsystem erfährt nunmal eine axiale Beanspruchung.
Und bei meinem modellierten Hohlrohr weiß ich eben nicht, wie ich es ihm beibringen soll.

Ich könnte natürlich (wie anfangs erwähnt) die Kraft in axialer Richtung ausrechnen (ergibt sich aus dem Innendruck multipliziert mit der stirnseitigen Innenfläche [Pi*r_i^2]) und diese dann als Flächenlast in axialer Richtung aufbringen => aber das funktioniert bei meinen Schalen-Elementen irgendwie nicht.

Hat noch niemand ein Hohlrohr oder Ähnliches modelliert und berechnet?

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milasan
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erstellt am: 25. Apr. 2007 23:27    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 stuzzi 10 Unities + Antwort hilfreich

Bringst Du diese errechnete Axialkraft auf beiden (!) Stirnseiten Deines Rohrs auf, oder hast Du auf einer Seite Randbedingungen, z.B. Symmetrie?

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am Dazulernen...


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"Hallo zusammen,
mein Problem ist:

Ich muss ein Hohlrohr unter Innendruckbelastung berechnen."

Wie wird der hydrostatische Druck denn in das reale Rohr eingebracht? Bestimmt über irgendwelche Druckleitungen, die an beiden Enden des Rohrs angeflanscht oder durch Rohrgewinde oder sonstwie befestigt sind.
Wenn die Systemgrenze deines Modells an den Rohrenden liegt, dann müssen (entsprechend des Schnittprinzips) die von den Anschlusselementen übertragenen axialen Kräfte berücksichtigt werden. Die dürften sich aus dem Innendruck und dem (wirksamen) Rohrdurchmesser einfach berechnen lassen. Dann gibts auch Axialspannungen.
Es geht hier einfach ums richtige Freischneiden.

Mfg lmeh

------------------
Can do. Will do. God bless.

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Maccias
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Kann es sein, dass Deine Achse die 3er Richtung ist und Du S33 auswertest? Dann bekommst Du nämlich die Spannungen in Richtung der Schalennormalen angezeigt, die natürlich Null sind.....

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stuzzi
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erstellt am: 27. Apr. 2007 09:58    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

Ja das stimmt!

Meine Achse ist in der 3er-Richtung und ich möchte auch die Spannung in 33-Richtung auswerten.

Aber das ist meiner Meinung nach nicht die Richtung der Schalennormale, oder irre ich mich?

Wie kann ich mir dann die Spannung in axialer (3er) Richtung anzeigen lassen?

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Maccias
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erstellt am: 27. Apr. 2007 10:42    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 stuzzi 10 Unities + Antwort hilfreich

Unter
Result Options -> Transformation -> User Specified
ein neues KOS erzeugen und dann die Spannungen ansehen!

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Mustaine
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erstellt am: 27. Apr. 2007 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 Nur für stuzzi 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von stuzzi:
Ja das stimmt!

Meine Achse ist in der 3er-Richtung und ich möchte auch die Spannung in 33-Richtung auswerten.

Aber das ist meiner Meinung nach nicht die Richtung der Schalennormale, oder irre ich mich?

Wie kann ich mir dann die Spannung in axialer (3er) Richtung anzeigen lassen?


Einfach die Variable S33 anzeigen lassen. Wenn die globale 3-Richtung auch die axiale Richtung des Rohres ist, brauchst du kein neues Koordinatensystem zu erstellen um die Ergebnisse zu transformieren.

Generell zu deinem Problem:
Die Vorredner haben schon Recht. Ein Druck wirkt nunmal nur normal auf die Fläche. Wenn dann auch die Verschiebungen an den Stirnseiten nicht behindert sind, wird keine axiale Spannung entstehen. Woher auch?

Du solltest dich fragen woher die axialen Spannungen in den realen Rohren kommen. Thermische Ausdehnung und eingeschränkte Bewegung an den Stirnseiten zum Beispiel. Wenn du die Gründe weißt, kannst du überlegen ob diese Lasten und Randbedingungen mit einbaust und somit auch axiale Spannungen enstehen.

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stuzzi
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erstellt am: 27. Apr. 2007 12:23    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


shell.JPG


solid.JPG

 
Ok, hab ich gemacht.

Hab euch auch mal zwei Bilder gemacht.

Bei beiden hab ich auch ein transformiertes Koordinatensystem (in Zylinderkoordinaten) generiert.

Jedoch bekomme ich bei den Spannungen S11, S22, S33 beim Solid-Modell andere Werte als beim Shell-Modell.

Woran liegt das? Werden die Spannungen S11 usw. bei den Shell-Elementen anders definiert?

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milasan
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Wie Mustaine schon schrieb brauchst Du kein eigenes Koordinatensystem.

Deine Bilder sehen so ganz ok aus. Ich glaube, Dich verwirrt, daß Du bei Deinen Spannungen keine variierende Skala bekommst, sondern nur einen Wert.
Schau Dir mal die Hauptspannungskomponenten an, vielleicht hilft Dir das::

Result -> Field Output -> S -> Max. Principal
Plot -> Symbols -> On Deformed Shape
Options -> Symbol -> Tensor -> Selected Principal Component

Ebenso kannst Du Dir die andereren Principal Komponenten so anzeigen lassen.

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Maccias
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Nach den Bildern würde ich sagen, es darf gar keine axiale Spannung auftreten! Ich dachte, das Hohlrohr hätte auch einen Deckel!?!
Des weiteren wage ich immer noch zu behaupten, dass die Spannung S33 im Falle von Schalen nicht die globale 3er Richtung sondern die Normalenrichtung der Schalen auswertet (meine Tests jedenfalls zeigen das).

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stuzzi
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Zitat:
Original erstellt von Maccias:
Nach den Bildern würde ich sagen, es darf gar keine axiale Spannung auftreten! Ich dachte, das Hohlrohr hätte auch einen Deckel!?!

Und deshalb habe ich ja auch die in der Realität auftretende Axialspannung in eine Streckenlast (hier als shell edge load) umgerechnet und von Hand aufgebracht.

Zitat:
Des weiteren wage ich immer noch zu behaupten, dass die Spannung S33 im Falle von Schalen nicht die globale 3er Richtung sondern die Normalenrichtung der Schalen auswertet (meine Tests jedenfalls zeigen das).

Dazu habe ich im Manual nämlich noch keine Aussagen gefunden.
Ich möchte eigentlich nur wissen, wie ich bei meinem einfachen Fall herausfinde, was meine Spannungen S11, S22 und S33 für meine Schalen-Elemente bedeuten bzw. ob es da eine allgemein gültige Aussage gibt!?

Vor allem auch in Bezug auf die Komponenten im Zylinder-Koordinatensystem.

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Maccias
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erstellt am: 27. Apr. 2007 15:24    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 stuzzi 10 Unities + Antwort hilfreich

Hier steht was dazu:
4.2.1 im Analysis User's Manual

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Mustaine
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erstellt am: 27. Apr. 2007 15:38    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 Nur für stuzzi 10 Unities + Antwort hilfreich

Prinzipiell hat Maccias recht. Schalenelemente haben immer ein eigenes lokales Elementkoordinatensystem, in welchem die Spannungen auch per default angezeigt werden. Meine aussage bezog sich nur auf Volumenelemente.
Wie diese Orientierung für jedes Element generiert wird steht im Users Manual 1.2.2 Conventions im Unterkapitel Local directions on surfaces in space

Laut deinen Bildern hast du schon richtig angefangen. Du hast jeweils ein lokales Koordinatensystem erzeugt. Hast du dann auch die Ergebnisse transformiert? Result->Options->Transformation->User specified
Du musst dann natürlich auch eine andere Spannung als Mises wählen, weil Mises unabhängig von Richtung und Koordinatensystem ist. Wenn dich die axialen Werte interessieren, musst du dir dann S33 anzeigen lassen. Result->Field Output->S->Component=S33

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erstellt am: 27. Apr. 2007 21:24    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 stuzzi 10 Unities + Antwort hilfreich

FRAGE@stuzzi

du willst ein hohlrohr unter innendruck modellieren.
1. das kann man analytisch behandeln 

falls du dein problem mittels fem lösen willst:
1. du machst was schalen- und volumenelementen, wieso?
2. warum modellierst du das rohr nicht mit hilfe axialsymmetrischer elemente (CAX-Elemente)     

LG

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stuzzi
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erstellt am: 28. Apr. 2007 21:47    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 Mechanix:
FRAGE@stuzzi

du willst ein hohlrohr unter innendruck modellieren.
1. das kann man analytisch behandeln 


Das weiß ich, aber im Rahmen meiner Studienarbeit muss ich eine Parameterstudie mit einfachen Geometrien (u.a. auch ein Hohlrohr) mit ABAQUS durchführen.

Zitat:
falls du dein problem mittels fem lösen willst:
1. du machst was schalen- und volumenelementen, wieso?
2. warum modellierst du das rohr nicht mit hilfe axialsymmetrischer elemente (CAX-Elemente)     

LG


siehe meine erste Antwort auf deine Frage

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stuzzi
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erstellt am: 02. Mai. 2007 12:03    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 milasan:
Wie Mustaine schon schrieb brauchst Du kein eigenes Koordinatensystem.

Deine Bilder sehen so ganz ok aus. Ich glaube, Dich verwirrt, daß Du bei Deinen Spannungen keine variierende Skala bekommst, sondern nur einen Wert.
Schau Dir mal die Hauptspannungskomponenten an, vielleicht hilft Dir das::

Result -> Field Output -> S -> Max. Principal
Plot -> Symbols -> On Deformed Shape
Options -> Symbol -> Tensor -> Selected Principal Component

Ebenso kannst Du Dir die andereren Principal Komponenten so anzeigen lassen.


Ok, das hab ich jetzt auch mal probiert und es klappt! Danke.
Damit konnte ich auch kontrollieren, ob meine Hauptspannungen stimmen => sie tun´s ;-)

Trotzdem bin ich noch bissl verwirrt über die Spannungen S11,S22...
Aber das liegt wohl in der Konvention für Schalenelemente

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Maccias
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erstellt am: 02. Mai. 2007 15:26    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 stuzzi 10 Unities + Antwort hilfreich

Eigentlich ist es schon logisch: sobald Du mit Schalen arbeitest, triffst Du ja die Vereinfachung, dass Dich die Dickenrichtung nicht interessiert. Warum sollte sie dann per default ausgewertet werden? 

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Nicksen
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wissenschaftlicher Mitarbeiter


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Registriert: 04.05.2007

erstellt am: 07. Mai. 2007 13:07    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 stuzzi 10 Unities + Antwort hilfreich

@stuzzi:

Wenn in dieses gezeigte Modell noch eine axiale Last eingebracht werden soll (zB mit shell edge load) dann muss sie entweder auf beide Randabschnitte in jeweils entgegengesetzter Richtung appliziert werden oder aber ein Rand wird in der axialen Richtung noch festgehalten.
Mich wundert ohnehin, wenn ich das hier so lese und auch richtig verstanden habe, dass eine Rechnung mit einer shell-edge-load- RB und ohne weitere betreffenden RBs keine Fehlermeldung wegen Starrkoerper- bzw. Gesamtkoerperbewegungen liefert.

------------------
===========
==  Dingsen  ==
===========

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stuzzi
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erstellt am: 07. Mai. 2007 13:37    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

Das andere Ende ist mit Symmetrie-Randbedingungen "eingespannt" (hab ich wohl vergessen zu erwähnen)

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