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Autor Thema:   Bestimmung der plastischen Formzahl eines Rundstabes mit umlaufender Kerbe (277 mal gelesen)
tahm
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Beiträge: 2
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erstellt am: 03. Jun. 2019 15:56    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


BestimmungderplastischenFormzahl.pdf

 
Hallo Leute,

ich komme bei der Bestimmung der plastischen Formzahl, welche ich für den statischen Festigkeitsnachweis mit örtlichen Spannungen benötige, nicht weiter.

Um das ganze etwas besser zu verstehen und um später auf andere, komplexere Geometrien zu übertragen, bin ich vorerst von einem einfachen Beispiel ausgegangen. Einem Rundstab mit umlaufender Kerbe unter Zugbelastung.Im angehängten PDF könnt ihr meine grobe Vorgehensweise nachvollziehen.

Wie ihr vermutlich bereits wisst, setzt sich die plastische Formzahl aus der vollplastischen Traglast und der elastischen Grenzlast zusammen. Die Bestimmung der elastischen Grenzlast stellt für mich keine Probleme dar. Bei der Bestimmung der vollplastischen Traglast mit dem NX Nastran Solver106 für nichtlineares Materialverhalten stoße ich allerdings an meine Grenzen.

Die vollplastische Grenzlast, ist die Last die benötigt wird, bis das Bauteil über den Querschnitt vollständig plastifiziert. Um dies simulieren zu können benutzt man überlicherweise (Vorschlag der FKM-Richtlinie) elastisch-ideal-plastisches Materialverhalten. Die Bestimmung der plastischen Last geschieht über schrittweise Erhöhung der Last. Als Startwert bietet sich der zuvor berechnete elastische Grenzwert an. Die Last wird so lange erhöht, bis der Querschnitt vollkommen plastifiziert ist, dass bedeutet über den Querschnitt des Bauteils liegt eine Belastung in Höhe der Fließspannung vor.

Meine Fragen dazu wären:
- In mehreren Literaturquellen stand, dass das FEM-Programm die Simulation/Berechnung nach erreichen der vollplastischen Traglast aufgrund von Netzverzerrungen bzw Konvergenzfehlern abbricht. Diese Erfahrung habe ich mit NX leider nicht gemacht (Siehe ausführlich beschriebenes Beispiel PDF). Liegt das an NX bzw den NX-solvern selbst oder habe ich bei der Vorgehensweise einen Fehler gemacht ?
- Meinen Ergebnissen zur Folge wäre die Vollplastifizierung des Querschnittes bei der Kraft F5 = 60.000N erreicht. Das würde eine plastische Formzahl von ungefähr 4 bedeuten. Diesen Wert halte ich allerdings für zu hoch. Beispielaufgaben aus der Literatur zeigten meist Formzahlen im Bereich von 1,5-3. Darüberhinaus glaube ich nicht, dass die Stützwirkung in diesem Beispiel einen so großen Einfluss auf die Festigkeit des Bauteiles hat.

Ich würde mich freuen, wenn mir jemand etwas Klarheit verschaffen kann.

Grüße
Tahm

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MAXITE
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Registriert: 13.01.2019

erstellt am: 05. Jun. 2019 17:36    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 tahm 10 Unities + Antwort hilfreich

Moin,

ich habe den Rundstab auch mal mit sol106 berechnet (mit 2 mm TETRA10 Elementen) und dabei bricht der Solver die Berechnung wie erwartet ab. Der Abbruch tritt bei 73,125 kN auf. In der Kerbe entstehen allerdings sehr große Dehnungen, daher habe ich die Berechnung mit sol601 mit der Formulierung für große Dehnungen wiederholt. Der Abbruch erfolgt hier nun bei 62,5 kN. Ohne weitere Angaben kann ich damit auch nicht schlussfolgern, warum bei dir kein Abbruch erfolgt. Mir ist allerdings in der pdf aufgefallen, dass kein Materialwert für LIMIT1 angegeben ist, den sol106 von mir jedoch verlangt. Möglicherweise gibt es daher unbemerkte Unstimmigkeiten im Modell...

Damit komme ich auf eine plastische Formzahl von 4,14. Ich kann zu deinen Literaturquellen nichts sagen aber im Netz habe ich zwei Beispiele mit ähnlich hohen Formzahlen aufgetrieben. Sind denn die Quellen was Geometrie und Material angeht mit dem Rundstab vergleichbar?
Die statische Bauteilfestigkeit wird in der FKM ja mit der plastischen Stützzahl berechnet. Diese ist das Minimum von Dehnungskriterium und plastischer Formzahl, daher kommt die Formzahl bei niedrigerem Dehnungskriterium ohnehin nicht zum Tragen...

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tahm
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Beiträge: 2
Registriert: 03.06.2019

erstellt am: 06. Jun. 2019 12:52    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


Netzoptimierung.pdf

 
Moin MAXITE,

erst einmal Danke für deine Antwort.

Der Materialwert LIMIT1 ist bei mir (vermute ich zumindest) über die angegebene Feldfunktion+Tabelle definiert. Mich verwundert jedoch, warum dein Solver die Berechnung abbricht und bei mir mit utopisch angenommenen Belastungen klar kommt. Könntest du eventuell mal deine Eingabewerte für nichtlineares Material und deine Solvereinstellungen hochladen ?

Der Hinweis der Auswahl des Minimalwertes vom Dehnungskriterium und plastischer Formzahl ist zwar korrekt, jedoch ist in meinem Beispiel (Werkstoff 42CrMo4 mit Rp = 900 N/mm^2, Mehrachsigkeitsgrad von 0,511, eta_ref = A = 10%, eta_0 = 5%, eta_ertr = 0,06924) das Dehnungskriterium nach der Neuber-Hyperbel auch 4,02, also auch recht hoch.

Jedoch komme ich mittlerweile, durch die Verwendung feinerer Hexadervernetzung (Siehe PDF), auf kleinere vollplastische Traglasten (wobei diese wiederum nur optisch aufgewählt wurden, vollständige Errötung über den Querschnitt = plastische Traglast). Die daraus resultierende plastische Formzahl beträgt nun ca. 3,16. Nun weiß ich natürlich immer noch nicht, ob dieser Wert realistisch ist oder nicht. Wie kann man solche Ergebnisse nur auf Plausibilität prüfen ?

Die Beispielaufgaben aus der Literatur haben einen etwas anderen Charakter (z.B. Beispielaufgabe aus der FKM-Richtlinie Kapitel6.1). Dort werden Wellen mit einem Absatz unter einer Kombination aus Biege- Torsions- und Zugbelast belastet. Daher ist kein direkter Vergleich möglich.

Achja, die Solveroption "Große Dehnungen" verwirrt mich etwas. Was soll man denn Bitte darunter verstehen ? Ab wann spricht man von großen Dehnungen. Die Ergebnisse mit und ohne dieser Auswahl haben sich kaum unterschieden. Deswegen schließe ich darauf, dass diese Option für die Bestimmung der vollplastischen Traglast nicht relevant ist.

Grüße
tahm

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MAXITE
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Beiträge: 18
Registriert: 13.01.2019

erstellt am: 07. Jun. 2019 09:05    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 tahm 10 Unities + Antwort hilfreich


Material.png

 
Anbei die Eingabewerte für das Material. Ansonsten habe ich eine Kraft von 100000 N und in den Solvereinstellungen 10 Lastinkremente definiert. Wenn ich die restlichen Solvereinstellungen auf dem Standard lasse, tritt der Abbruch auch auf.

Ich kenne keine alternative Berechnungsmethode, also würden mir zur Überprüfung der Werte auch erstmal nur Vergleichsbeispiele einfallen. Vielleicht kann ja jemand anderes hier im Forum mit Erfahrungswerten dienen. Wenn das Dehnungskriterium ähnlich hoch ausfällt, sind die Werte aber vielleicht gar nicht so abwegig.

Es gibt alternativ zur Ingenieurdehnung auch die logarithmische Dehnung, die für große Dehnungen bei nichtlinearen Berechnungen genauere Ergebnisse liefert, da sie sich auf die verformte Struktur bezieht. Nach sol601-Handbuch ist dies ab 2% Dehnung der Fall. Sol106 ist laut Literatur bis 4% Dehnung geeignet...

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