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naht_oben.jpg naht_unten.jpg

hallo zusammen,

bei der schweißnahtberechnung habe ich mir bisher immer als graph die spannung in der kante (also der schnittstelle beider zu verschweißender bauteile) ausgeben lassen.

wenn die bleche annähernd gleich stark sind, sollte das ja auch ok sein.

wenn es aber deutliche dickenunterschiede gibt (siehe bild: naht_unten) wird die spannung in der kante stark abgemindert. ich kann mir nicht vorstellen, dass das ergebnis dann noch die spannung der schweißnaht wiedergibt.

denn schaut man sich die spannung im dünneren blech kurz über der kante an (siehe bild: naht_oben) hat man höhere spannungswerte.

diese höheren spannungswerte sollten doch auch für die berechnung/auslegung der schweißnaht herangezogen werden, oder etwa nicht?

danke und grüße
nico

[Diese Nachricht wurde von Nico Laufer am 06. Jul. 2007 editiert.]

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Hallo Nico,

Du verwendest anscheinend ein gemischtes Modell aus Schalen und Volumen. In diesem Fall sind die Spannungen direkt in der Stoßkante nicht auswertbar, da dort die Link-Elemente sitzen, die  die Rotationsfreiheitsgrade der Schalen auf die Volumen umleiten. Auch bei reinen Schalenmodellen kann es bei großen Dickenunterschieden Probleme geben, da die Spannungen immer extrapoliert und gemittelt werden. Generell werden bei der FEM die Spannungen ausschließlich in den Integrationspunkten berechnet und zur Auswertung im Postprozessor auf die Knoten extrapoliert und dort mit den Werten der benachbarten Elemente gemittelt. Sind extreme Unterschiede in den benachbarten Elementen vorhanden, führt die Mittelung zu dem von Dir angesprochenen Fehler. Der Weg, den Du gegangen bist, also eine separate Schale für die Schweissnaht einzubauen ist genau richtig. Wenn Du jetzt die Spannungen an der obere Linie auswertest, sollte es richtig sein, vorausgesetzt, der Spannungsgradient ist nicht so gewaltig, bzw. die Höhe der Schweissnaht nicht zu gross.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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frage_schweissnaht.jpg

Hallo zusammen, ich hätte da noch eine Frage um mich näher an das Thema heran zu tasten:
- was bedeutet es zusätzlich eine Schale extra für die Schweißnaht einzufügen? --> füge ich sozusagen die Außenberandung der Schweißnaht ein und werte die Spannungen dann z.B. in der Mitte der Schale aus?
Oder werte ich die Spannungen wieder im Eckbereich aus?(Aber hier wäre doch wieder das Problem mit den Lokalspannungen, oder?)

Und last but not least - warum wertet man bei Schalenmodellen Nennspannungen und bei Volumenmodellen Kerbspannungen aus?

Vielen Dank für die Hilfe!

Gruß
Fiz

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hallo zusammen,

@ christian
ist schon ein beruhigendes gefühl nochmal bestätigt zu bekommen auf dem richtigen weg zu sein. hatte mich vorher (ausgenommen studium - aber ganz viel wieder vergessen  ) nie mit schweißnahtberechnung auseinandergesetzt.

@ fiz
was bedeutet es zusätzlich eine Schale extra für die Schweißnaht einzufügen?
ich habe einen flächenbereich auf der senkrecht stehenden schale erzeugt, so dass man eine auswertbare kante/linie erhält. die spannung entlang dieser linie kann man sich dann in einem diagramm ausgeben lassen. du musst halt, wie christian schon sagte, nur aufpassen, dass du den flächenbereich nicht zu hoch machst, da du sonst zu niedrige spannungen auswertest.

warum wertet man bei Schalenmodellen Nennspannungen und bei Volumenmodellen Kerbspannungen aus?
schweißnähte werden nicht mit volumenmodellen ausgewertet.
du berechnest die schweißnaht mit schalenelementen und vergleichst die berechnete spannung mit den zulässigen spannungen für schweißnähte z.b. nach ds 95201

schöne grüße
nico

ps:
nur noch bis freitag, dann ist urlaub... die laune steigt 

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Hallo Nico,

danke für deine Antwort. Es geht also nur darum, das die Spannungen in der Ecke nicht ausgewertet werden können und man sich daher die Spannungen in "einiger" Entfernung ansieht?

Was ich nur nicht verstehe: - Wenn ich ein Bauteil habe, z.B. ein L-Profil, dessen waagerechter Schenkel auf Biegung beansprucht wird. Dann sind die Kerbspannungen in der Ecke abhängig z.B. vom Radius in diesem Bereich. Mit einem Volumenmodell kann ich nun ja den Radius modellieren und kann die Kerbspannungen auswerten.
Bei einem Schalenmodell fehlen nun die Radiusdaten. Die Spannungen in der Ecke konvergieren folglich nicht.
1.) Woher weiß ich nun ob nicht evtl. doch größere Kerbspannungen mein Bauteil beanspruchen als ich nun auswerte?
2.) Und zum Thema Schweißnaht - warum kann ich an einem Schalenmodell Nennspannungen auswerten die ich nun mit Sollwerten vergleichen kann und an einem Volumenmodell nicht? (warum werte ich hier die Kerbspannungen aus?)

Gruß
Fiz

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Hi,

ein L-Profil mit dem Radius in der Ecke kann nicht zufriedenstellend mit Schalen abgebildet werden. Im Fall einer Schweißkonstruktion fehlen aber theoretische Grundlagen für die FE-Modellierung und vor allem die Auswertung der Spannungen. Offensichtlich wurde hier nicht genügend geforscht, kein kommerzielles Interesse? Wie auch immer, es ist verständlich, da bis vor kurzem noch kaum vorstellbar war, einen Stahlbau als FE-Volumenmodell aufzubauen. Darüberhinaus noch unmöglicher ist (war) es, einen automatischen H-Vernetzer dafür einzusetzen. Ganz anders bei unseren P-Elementen. Wir haben hier den Vorteil, dass dies durchaus möglich und praktikabel wäre. Nur was und womit vergleichen? Mit einem unserer Kunden haben wir mal z. B. vereinbart (bzw. vorgegeben bekommen), dass der Stahlbau als Volumenmodell ohne Modellierung von Schweßnähten aufgebaut werden darf, aber die Spannungen im Blechabstand (vom dünneren Blech) abgelesen werden durften. Dann nach 15018 ausgewertet, also jede Schweißnaht und jedes Blech (und für mehere Lastfälle!), wobei glücklicherweise zuvor die Vergleichsspannung nach v. Mises als Filter benutzt wurde. Diesen Aufwand kann sich wohl kaum jemand leisten.

Gruss Paul

[Diese Nachricht wurde von ToTacheles am 11. Jul. 2007 editiert.]

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Zitat:

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Original erstellt von Fizik:

Bei einem Schalenmodell fehlen nun die Radiusdaten. Die Spannungen in der Ecke konvergieren folglich nicht.

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Da würde mich aber mal interessieren, weshalb die folglich nicht konvergieren sollen.

Zitat:

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Original erstellt von Fizik:

Und zum Thema Schweißnaht - warum kann ich an einem Schalenmodell Nennspannungen auswerten die ich nun mit Sollwerten vergleichen kann und an einem Volumenmodell nicht? (warum werte ich hier die Kerbspannungen aus?)

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Weil Du einen unendlich kleinen Radius Modellierst wertest Du Kerbspannungen aus. Bei Schalenmodellen macht die Kante nichts aus, da Du hier in der Theorie nicht zwangsläufig Singularitäten an einem Knick hast. Versuche Dir das Mal an einem Winkelträger aus Balken klar zu machen (z.B. ein Galgen). Hier hast Du in der Ecke auch keine Singularitäten.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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Hallo, danke für die Antwort!

habs nochmal ausprobiert - jetzt weiß ich was ich falsch gemacht habe. Aber warum ist das so??????

Bin jetzt leider nicht das Mathe-Genie. Warum führt die Ecke bei einem Volumenmodell zu nicht konvergierenden Spannungen und bei einem Schalenmodell nicht?

Und das heißt doch im Umkehrschluss das die Modellierung mit Schalenelementen keine Rückschlüsse auf Kerbspannungen ermöglicht?!! Was sind das denn dann für Spannungen die ich auswerte?

Ohje - da gibts viel zu tun......... aber für ne Hilfe wäre ich trotzdem dankbar!

Gruß
Sascha

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Hallo Sascha,

in der Schalentheorie werden die Schnittmomente betrachte, Die sind am Übergang der Kante  aber immer endlich. Daraus werden die Spannungen entsprechend der Schalendicke berechnet. Sind die Momente endlich, sind auch die Spannungen endlich. Am besten kannst Du Dir das anhand der Balkentheorie klar machen. Ein Balken ist genauso eine Idealisierung wie eine Schale. Wenn Du die Ecke mit Volumenelementen ausmodellierst, berechnest Du direkt den Spannungszustand in der Ecke, d.h Du löst ein vollständig anderes Randwertproblem, bei dem die elastizitätstheoretische Lösung in der Kante unendlich ist. In den praktischen Niederungen der Numerik kann man aber "unendlich" nicht exakt ausrechnen, sondern nur annähern. Je besser die Annäherung, destobesser kann man "unendlich" annähern. Das bedeutet, dass die Spannungen mit feinerer Elementierung und höherem Polynomgrad immer besser "unendlich" annähern, also immer grösser werden. Die Spannung die Du ausrechnest hängt also von der Elementierung ab. Solche Stellen nennt man auch singuläre Stellen.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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Danke für die Hilfe!

Ich werde mich dann mal weiter bemühen das Thema zu verstehen und werde mich erst wieder melden wenn ich einigermassen mitreden kann.....

.......dann bis in hundert Jahren!

Vielen Dank
Gruß
Sascha

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