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Hallo zusammen,

Bin gerade dabei eine Schraubenverbindung mit Vorspannung in Mechanica WF2 zu untersuchen. Nachdem ich mich hier mal im Forum zu diesem Thema erkundigt habe bin ich jetzt soweit:
Ich benutze nicht die Schraubenverbindung von Mechanica sondern modelliere eine Schraube und arbeite dann mit verschiedenen Temperaturausdehnungskoeffizienten.

Was ich hier immer wieder lese: Schraube als Balken einbauen. ?? Was ist darunter zu verstehen. ?

Ich bin folgendermaßen vorgegangen. Ein einfaches Modell zum Testen: 2 runde Platten die aufeinander verschraubt werden sollen (Sackloch). Bohrung in der oberen Platte als Durchgangsbohrung --> Schraube liegt nur an der Kopfauflage auf. Bohrung in der unteren Platte --> Nenndurchmesser der Schraube.

Definition von Kontaktflächen zwischen den zwei Platten sowie zwischen Kopfauflage und oberer Platte. Durch die Eingabe eines Wertes für die thermische Ausdehnung bei dem Schraubenwerkstoff und die Aufbringung einer globalen Themperaturlast habe ich dann eine Spannung in der Schraube erzeugt.

Bin ich mit dieser Methode auf dem richtigen Weg, oder sollte man hier anderst vorgehen ?

Mit freundlichen Grüßen
Dominik

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Hallo Dominik,
http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum67/HTML/000830.shtml
(s. Dateien am Ende d. Beitrags).

=> zu dem Thema 3D-Schraubenvorspannung.

Gruss Paul

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Hallo Paul,

diese Modell hatte ich mir schon mal angeschaut. Dort verstehe ich allerdings eins nicht: Bohrung in beiden Ringsegmenten sind = Nenndurchmesser der Schraube. Dies würde doch bedeuten, dass die Schraube mit beiden Segmenten fest verbunden ist.

Oder hat der Schnitt der in der Baugruppe noch vorhanden ist, etwas zu bedeuten. Wenn ja.. was ?

Gruß
Dominik

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Hallo Dominik,

am besten nimmst Du die Variante mit thermischer Vorspannung.

In der Baugruppe ist 2mal der gleiche Ring eingebaut, wobei die 12-er Schraube nur im unteren Ring "haftet". Im oberen Ring (unter dem Schraubenkopf) erzeugt der BG-Schnitt die Durchgangsbohrungen 13mm.

Gruss Paul

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Vielen Dank für die Antwort.

Noch eine letzte Frage:

Ich würde gerne einen Flansch berechnen welcher mit 15 Schrauben befestigt wird.
Um die Berechnung zu verkürzen habe ich einen Teilschnitt erstellt welcher 3 Schrauben enthält. Wenn ich jetzt eine zyklische Symmetrie erstelle (also 5x72°) muss ich dann die Betriebskraft auch durch 5 teilen, oder muss die gesamte Betriebskraft aufgebracht werden ?

Gruß
Dominik

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Hallo Dominik,

ich gebe zu, diesen Typ RB noch nie benutzt zu haben. Allerdings bei der Spiegelsymmetrie gilt: Halbe Geometrie - halbe Last, also wahrscheinlich für 1/5 Geometrie entsprechend 1/5 der gesamten Last.
Das solltest Du einfach testen.

Gruss Paul

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Vielen Dank,

ich werde es mal ausprobieren!

Gruß
Dominik

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segment.jpg

Salute... jetzt hab ich noch ein weiteres Problem.

Beim Berechnen kommt die Meldung das noch Randbedingunen fehlen.

Zum Modell: beim Außenring sind 0.05mm Spalt wenn der innere Ring aufliegt.
Mein Ziel: Verhalten der Flächenpressungen (erst am Innenring.. bei größeren Kräften auch am Außenring) bei Vorspannung der Schrauben. (Vorspannung wird dann über Templast aufgebracht)

Meine Randbedingungen: Zyklische Symmetrie, Fläche vom unteren Teil fixiert in alle Richtungen,

Kontaktflächen: 1.Ring außen
                2.Ring innen
                3.Unter Schraubenkopf

Was für eine Randbeding bräuchte ich noch ? Habs mit den Seitenflächen des oberen Teils probiert. Dann rechnet er zwar, aber dann wird halt keine Verformung zugelassen.

Grüße...
Dominik

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habe das Modell jetzt übrigens in 15segmente unterteilt.. 15x24° damit die Berechnungen schneller gehen. :-)

Kann es sein, dass ich einfach nur eine Zentrierung der beiden Segmente aufeinander konstruieren muss um eine zusätzliche Bedingung zu erhalten ?
Im echten Modell liegt im Zwischenraum zwichen den beiden Segmenten auch ein Zentrierring, der am inneren Ring anliegt und so beide Häften zentriert.

Gruß
Dominik

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Hallo Dominik,

bei der zyklischen Symmetrie hat man wahrscheinlich keine "2 echten" Freiheitsgrade gesperrt, sondern nur TETTA für die beiden Schnittflächen. Aus dem Grund hat der obere Ring noch zu viele Freiheiten. Versuche, einen passenden Punkt am Oberteil festzuhalten oder evtl. eine "schwache" Feder zu Basis zu erzeugen. Für die Punkt-RB könnte man z. B. ein passendes Koordinatensystem erzeugen. Vielleicht kannst Du Dein Modell ins Forum stellen?

Gruss Paul

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flansch.rar

Servus Paul,
das mit dem Tetta hat mich auf ne Idee gebracht. Hab ein Zylinderkoordinatensystem eingeführt und die Tetta-Richtung für die beiden Seitenflächen des oberen Segments fixiert. Jetzt sieht die Berechnung eigentlich schon ganz gut aus.

Ich hab mein Testmodell mal angehängt. Siehst Du da irgendwelche Denkfehler ?

Ist es eigentlich richtig die Vorspannung der Schraube (Durch Temp.) und die Betriebskraft in einer Rechnung auszuführen, oder wäre hier eine Vorspannungsanalyse richtig. Hab das auch schon probiert. Aber es kommt immer die Meldung dass zuvor eine statische lineare Analyse durchgeführt werden muss. Diese hab ich zwar gemacht, aber sie wird nicht gefunden.
Aber ich denke alles in einer Rechnung kann auch nicht so verkehr sein.

Gruß und nen schönen Abend

Dominik

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Hallo Dominik,

zuerst wird natürlich nur die Vorspannung (mittels Temperaturdifferenz) eingebracht und die Kontaktkraft unter dem Schraubenkopf gemessen / eingestellt. Du solltest evtl. zusätzliche Messgrößen für die Kontaktfläche (erscheint automatisch) und den durchschnittlichen Druck einführen, um die gemessenen Kontaktkräfte "händisch" zu kontrollieren. Die Abweichung darf nicht zu gross sein.

[An dieser Stelle verwenden die meisten einen Balken anstatt der Schraube oder das entsprechende Verbindungselement von MECHANICA, da hier die Vorspannung oder die Temperaturdifferenz ohne Kontakt (folglich linear) schnell gerechnet werden kann, und weil vor allem am Balken die resultierende Reaktionskraft abgelesen werden kann.]

Deine zweite eigentliche Analyse nutzt die errechnete Temperaturlast / Vorspannung als eine separate Last.

Leider ist bei der Methode keine Vorspannungsanalyse möglich, da diese keine vorgeschaltete Kontaktanalyse nutzen darf. Das bedeutet, dass die erste Analyse keine Kontaktanalyse sein dürfte, sondern ohne Kontakt, dennoch mit der "richtigen" Temperaturdifferenz. Dann funktionierte auch die Vorspannungsanalyse ganz passabel.

In manchen Fällen funktioniert das Vorgehen wohl nicht (habe ich so gehört). Dann muss die Vorspannung mittels einer Kontaktanalyse mit anfänglicher Durchdringung gerechnet werden.

Insgesamt gibt es in MECHANICA 4-5 unterschiedliche Möglichkeiten, Schrauben vorzuspannen.

Gruss Paul

PS: Dein Modell sehe ich mir morgen an

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Guten Morgen,

also nochmal zu meinem Vorgehen. Ich habe zuerst iterativ die Temperaturdifferenz ermittelt um eine definierte Schraubenvorspannkraft zu erhalten.
Dann habe ich in einer zweiten Berechnung die Betriebskraft hinzugefügt.
Allerdings werden dann in der zweitern Rechnung durch die Temp.differenz eingeprägte Kraft und Betriebskraft gleichzeitig aufgebracht. Verfälscht dies dann die Ergebnisse ?

Gruß
Dominik

PS: kennst Du hier im Forum ein Modell wo ein Balken eingebaut ist ? Bekomme das leider nicht hin.

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Hi,

wenn die Vorspannkraft und die Betriebskraft gleichzeitig aufgebracht werden, besteht NUR dann die Gefahr, wenn ein Kontaktspalt vorhanden ist. Ansonsten gehen wir von statischen Annahmen aus: Zeit spielt keine Rolle.

Gruss Paul

PS: Möchtest Du ein Beispiel mit einem vorgespannten Balken haben?

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Servus,

dann hätte ich ja wahrscheinlich ein Problem. Habe ja bei meinem äußeren Ring einen Spalt von 0.05mm wenn der innerer Ring schon aufliegt, oder ?

Ein Balkenbeispiel wäre echt super.

Grüße
Dominik

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Hallo Dominik,

nein, gemeint hier ist der Spalt zwischen dem schrumfpfenden Teil (übrigens, die Schraube in meinem Beispiel schrumpft nur in einer Richtung, nicht im Durchmesser!) und der Auflagefläche.

Ist das ein definierter Spalt am Außenring 0,05mm?

Ich suche noch Beispiele für Dich zusammen.

Gruss Paul

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Hallo,

der Spalt am Ausenring beträgt ohne Vorspannung der Verbindung 0.05mm. Damit soll sichergestellt werden, dass die Flächenpressung am Innenring (welcher eine Dichtfunktion hat)hoch wird. Ab einer gewissen Vorspannung tragen dann durch die Verformung bedingt aber beide Ringe.

Wie kann ich die Schrumpfung nur axial zulassen ?

PS: Was bringen eigentlich die Unities? Geb Dir gerne viele.. Du hilft mir gerade echt viel weiter.

Gruß
dominik

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vorsp_vorschlag.zip

Hallo Dominik,

anbei mein Vorschlag für die Vorspannung (habe versucht, möglichst zu vereinfachen). Die thermische Ausdehnung gibt es nur bei entsprechenden Ausdehnungskoeffizienten. Bei anisotropen (orthotropen) Materialeigenschaften hast Du die Möglichkeit, die Kennwerte in drei Raumrichtungen zu definieren. Wenn z. B. nur ein Ausdehnungskoeffizient in Richtung X vorhanden ist, dann gibt es die Ausdehnung nur in der Richtung X.

Gruss Paul

PS: Was genau die Unities bringen, kann ich Dir nicht sagen, habe noch nie welche für mich verbraucht.

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vorsp_balken.zip

Hi,

anbei nun das Balken-Beispiel, so in etwa. Diese Vorspannung ist natürlich nicht sehr genau, aber superschnell.

Gruss Paul

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Servus Paul,

vielen Dank für die Modelle,

also ich hab jetzt die Methode mit der Schraube und Feder als zusätzliche Randbedingung nochmal an einem anderen Modell probiert. Funktioniert echt gut.

Allerdings gibt es eine Besonderheit: Durch das Einfügen der vier Volumenbereiche an den Klemmflächen entstehen ja seitlich auch vier neue Flächenbereiche. Wenn ich diese Flächen jetzt bei der Zyklischen-Symmetrie auch mit auswähle (so wie das bei Deinem Modell ist) kommt beim Rechnen ein Fehler und er bricht ab. Ich glaube aber nicht das ich sie mit auszuwählen brauche um richtige Ergebnisse zu bekommen. Werde es mal bei Deinem Modell probieren ob es einen Unterschied gibt.

Kann es sein dass auch die Reihenfolge wie man Kontaktbereiche, Randbedingungen, Kräfte, Federn usw. im Modell zufügt manchmal Probleme machen können ? Hatte zuerst Probleme, aber nachdem ich ein parmal porbiert habe hat es geklappt.

Wenn ich lokal noch Netzverfeinerungen einbringen will (von Volumen- und Flächenbereichen abgesehen) welche Möglichkeiten
gibt es dann ?  Über zufügen von Punkten, oder ?

Vielen Dank nochmal,
Ich denke jetzt hab ichs bald geschafft mit dem Modell.

Gruß
Dominik

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vorsp_fein.zip ring_oben.jpg

Hallo Dominik,

anbei ein (einfacher) Vorschlag für die Netzverfeinerung, auch hier gibt es mindestens 4-5 gute Möglichkeiten wie Volumenbereiche, Punkte, Element-Grenzwerte, AutoGEM-Steuerungen, "Handvernetzen" usw.

Die hinzugefügten Volumenbereiche müssen natürlich auch die zyklischen RB's erhalten. Die Netzverfeinerung ist leider notwendig, wenn Du den Kontaktdruck auswerten möchtest (Bild anbei, für ca. 4,6 kN Schraubenvorspannung). Prüfe dabei immer, ob die die Ergebnisse "oben" und "unten" einigermaßen übereinstimmen.

Gruss Paul

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Hallo Paul,

nochmal kurz zu den Volumenbereichen.
Wie gesagt bricht meine Rechnung ab wenn ich die 4 zusätzlichen Flächenbereiche ,die durch die Volumenbereiche seitlich entstehen, mit in die Symm.Randbedingung mit hineinnehme.
Ist es relevant wie diese Volumenbereiche erstellt werden ?
(Drehen, Profil, usw)

Kannst Du mir sagen wie man nachträglich Volumen- oder Flächenbereiche ändern kann ?

Gruß
DominiK

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Hallo Dominik,

die Volumenbereiche gehören immer zum Part, dort im Modellbaum könnte man diese ansprechen. Wenn Du Probleme mit irgendwelchen Objekten in Mechanica hast, könntest Du das Modell "neustarten" mit "Datei=>Neues Simulationsmodell", dabei wird das Mechanica-Modell von allem bereinigt. Ansonsten zuerst die Volumenbereiche erzeugen, dann die RB setzen.

Gruss Paul

PS: Ganz zum Schluss Kontakte definieren

[Diese Nachricht wurde von ToTacheles am 15. Feb. 2008 editiert.]

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Guten Morgen,

dürfen sich Volumenbereiche gegenseitig durchdringen, oder kann man Flächenbereiche auf einen Volumenbereich setzen ?

Bei mir wär es nötig die Ringflächen durch zwei Flächenbereiche nochmal zusätzlich zu unterteilen, um bei der Auswertung einen Graphe auf der so entsteheneden Linie anzuzeigen. Bzw. eigentlich könnte ich auch die Kante am Rand des Segments wählen da die Werte ja über den Durchmesser (Tetta) ziemlich konstant sind.

zum Thema Netzverfeinerung: Habe gemerkt wenn ich es zu stark verfeinere.. z.B "oben" und "unten" jeweils 2 Volumenbereiche und Flächenbereich am Kontakt dann schafft er nicht das Netz über die Zyklische Symmetrie aufzubauen.
Das teilweise konstruierte Netz sieht dann auch nicht wirklich symmetrisch aus.

Werde erst am Montag wieder weiterprobieren.

Ich wünsche ein schönes Wochenende

Gruß
Dominik

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Hallo Dominik,

erfahrungsgemäß solltest Du innerhalb der Kontaktfläche keinesfalls mit Volumenbereichen unterteilen, denn Dein Ziel soll sein: so wenig Kontaktflächen wie möglich. Prinzipiell kannst Du natürlich beliebig Volumenbereiche innerhalb anderer Volumenbereiche erzeugen, wie in meinem letzten Beispiel zur Netzverfeinerung.

Die Farbplots zeigen nahezu rotationssymmetrische Ergebnisse, was wohl daran liegen dürfte, dass insgesamt sehr viele (15) Schrauben verbaut werden. Gerechtfertigt wäre also die Annahme, 2D-Achsensymmetrie zu rechnen. Dort hast Du die Möglichkeit, besonders schöne graphische Ergebnisse mit einem überschaubaren Aufwand zu erhalten:
http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum67/HTML/000589.shtml

=> siehe Dateien am Ende des Beitrags

Gruss Paul

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flansch_neu.rar

Hallo Paul,

also jetzt bin ich bald am verzweilfeln. Ich bekomme es einfach nicht hin.
Ich hab nochmal mein aktuelles Modell angehängt. Irgendwie will er aber nicht.

Wenn Du bei der Zyklischen-Symmetrie die kleinen Flächen an der Seite der Volumenbereiche mit auswählt kann er kein Netz aufbauen ("kann kein Zyklisches Netz erzeugen" oder so ähnlich)

Wenn ich sie nicht mit auswähle bricht er aber auch bei der Rechnung ab.
Entweder Schwerwiegender Fehler, oder nicht ausreichend eingespannt.

Vielleicht könntes Du mal kurz übers Modell schauen ob Dir was auffällt.

Mit freundlichen Grüßen

Dominik

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Hallo nochmal,

uff.. also hab das Modell eigentlich nur nochmal neu aufgebaut und ein par Radien entfernt. Jetzt habe ichs wohl hinbekommen.
Sieht echt gut aus.

Würdest Du das ganze in Einschritt- oder Mehrschrittkonvergenz berechnen ?

schönen Abend
Dominik

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Hallo Dominik,

es ist wichtig, dass Du viel selbst ausprobierst, so lernst Du am besten.

Ich versuche immer, wenn möglich, abschließend mit Mehrfachkonvergenz zu rechnen.
Diese Analyseart ist definitiv zu bevorzugen, sofern die Zeit und die Hardware ausreichen.

Gruss Paul

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