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Hallo liebe FEler,

ich bin gerade dabei folgendes Problem zu modellieren:

Ein etwas komplex geformter Stahlbolzen wird mit einer Vergussmasse (Wärmeausdehnungskoeffizient geringer als der des Stahls) umgossen.
Die Vergussmasse wird dann bei einer bestimmten Temperatur ausgehärtet. Bis zum Abschluss des Aushärtens hat die Masse quasi keine Festigkeit und ist auch fast die ganze Zeit flüssig, kann sich also gut plastisch verformen und die Stahloberfläche benetzen.

Anschließend kühlt beides auf Raumtemperatur ab, wobei sich ein Spalt zwischen Bolzen und Vergussmasse bildet. Das ist so gewollt.

Analytisch ist das näherungsweise eine einfache Handrechnung, das habe ich auch schon gemacht.
Da die Bolzenform variiert und die Vergussmasse Zuschläge bekommen soll, muss jetzt ein FE-Modell für Parameterstudien her.
Mein Vorgehen zur Modellierung des Vorgangs in Abaqus (2020) ist folgendes:

Materialeigenschaften:
  Vergussmasse ausgehärtet: Elastische Eigenschaften und Wärmeausdehnungskoeffizient aus Messung
  Vergussmasse nicht ausgehärtet: Sehr geringer E-Modul (0.05 MPa) und Querkontraktionszahl 0.3, Wärmeausdehnungskoeffizient aus Messung
  Stahl: Temperaturabhängige elastische Kennwerte und Wärmeausdehnungskoeffizienten
Modellaufbau:
  Der Bolzen ist ein rotationssymmetrischer Solid und die Vergussmasse ebenso.
  Zwischen beiden ist ein einfacher harter Kontakt definiert.
  Passende Randbedingungen für beide Parts sind natürlich da.
Step 1:
  Beides zusammen wird auf Aushärtetemperatur gebracht.
  Die Vergussmasse liegt am Bolzen an.
  Der Bolzen dehnt sich thermisch aus, die Vergussmasse ebenso.
  Die Vergussmasse hat dabei die Eigenschaften des noch nicht ausgehärteten Zustands.
Step 2:
  Die Vergussmasse härtet aus und ändert Ihre Eigenschaften über das Umschalten mittels Feldvariablen.
Step 3:
  Der Bolzen und die Vergussmasse kühlen ab, wobei sich dann ein Spalt einstellen sollte.

Die Rechnungen laufen problemlos durch, ohne irgendwelche Fehlermeldungen, oder sonstige Auffälligkeiten.
Aktuelle habe ich aber noch stellenweise leichte Durchdringungen der Kontaktflächen, die teils Größenordnungen der aus Versuchen bekannten Spalthöhen erreichen.

Macht es aus Eurer Sicht Sinn den Vorgang so zu modellieren? Oder würdet Ihr etwas grundlegend anders machen?

Viele Grüße und vielen Dank für Eure Antworten

Charlotte

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Solltest Du einfach linearelastisch rechnen, dann dürften im Schritt 2 die Spannungen im Modell sprunghaft ansteigen, was nicht realistisch ist. Besser erscheint es mir, nur den Abkühlvorgang zu rechnen, also spannungsfrei ab dem Punkt der Solidifizierung.
(Unsinnige) Alternative: Thermische Dehnungen im Verguss nach Step1 durch eine Art Weichglühen ( Stichwort *ANNEAL) versuchen zu eliminieren.

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Pam

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Hallo Pam,

danke für die Antwort .
Das ist tatsächlich der Fall, das hab ich am Freitag übersehen, dass das passiert wenn ich linearelastisch rechne.

Für das was ich aktuell brauche ist es einfacher nur den Abkühlvorgang zu rechnen.
Das mit dem Anneal behalte ich mal für die Zukunft im Hinterkopf.
Vielen Dank für den Hinweis.

Viele Grüße
Charlotte

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Bzgl. der Durchdringungen im Kontakt:
Evtl. ist die Penalty-Steifigkeit nicht ausreichend. Diese ggf. mal etwas hochskalieren und schauen was passiert.

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