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quertraeger.zip

Hallo miteinander,

bei der Untersuchung eines relativ einfachen geschweißten Trägers aus Stahl S690QL habe ich Probleme, das Ergebnis zu deuten. Der Querträger (siehe Zeichnung) wird an den Rohren mittels Hebegurten bzw. Seilen angehoben (Winkel etwa 30° zur Vertikalen), die Last (in diesem Fall das Eigengewicht = 430000 N) wird über ein Tellerfederpaket auf eine kreisringförmige Fläche eingeleitet. Die Simulation mit Schalen liefert mir an mehreren Übergängen stark erhöhte Spannungen (je nach Vernetzung über 2000 N/mm²). Eine einfache Vergleichsrechnung des Rohres mit einem Balken liefert mir eine VonMises Spannung von etwa 90 N/mm². Allgemein erscheint mir das Spannungsniveau mit den Schalen sehr hoch im Vergleich zur Balkenrechnung.

Frage: sind im Schalenmodell alle diese Stellen trotz Schalen singulär weil scharfkantig?
Wie ist das zu beurteilen? Wie müsste das Modell aufgebaut sein, diese Stellen auswerten zu können (für eine folgende Schweißnahtberechnung)?

Anbei Skizzen, Ergebnis und Modelle (WF4).

Für Anregungen bin ich sehr dankbar.
Grüße
Gerhard

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traeger_vorschlag.zip

Hallo Gerhard,

in einem Schalenmodell werden bei Randbedingungen nur jeweils eine Kante (egal ob rote oder gelbe Seite der Schale) angeklickt, die dann auf die Mittenfläche projiziert wird. Warum benutzt Du keine fertige Symmetrie-RB?

Bevor man ein Schalenmodell rechnet, sollte unbedingt das Komprimieren als "Schalen und Volumen" durchgeführt werden, um die Kompatibilität der Vernetzung zu prüfen.

Anbei habe ich einen Vorschlag, der aber ganz anders aussieht 

Gruß Paul

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Pro/MECHANICA® verstehen lernen

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Hallo Gerhard,

Dein Modell ist tatsächlich an der Stelle, wo sich die beiden Bleche treffen singulär, allerdings ist das gesamte Bauteil auf für STE690 sehr hoch belastet. Hast Du in die Last auch einen Hubfaktor mit eingesetzt? Die Auswertung an solchen Stellen ist etwas schwierig. Ich schaue mir meistens die Umgebung mit an und entscheide dann, ob ich die werte zualsse oder nicht. In Deinem Fall würde ich die Werte nicht zulassen, da die Zulässige Spannung von 410 N/mm² (DAST 011, K-Naht, statisch) großflächig um die Naht herum überschritten wird. Dein Modell ist darüberhinaus etwas seltsam aufgebaut, wie Paul gerade eben auch bemerkte.

Die Verfeinerung des Netzes bringt Dir an dieser Stelle wenig, da an einer singulären Stelle die elastizitätstheoretische Lösung eine  unendlich große Spannung ist. Je feiner Du vernetzt, um so besser näherst Du diesen Wert an  . Die berechnete Spannung ist also vom Netz und vom Polynomgrad abhängig und somit nicht auswertbar ( nur an dem singulären Punkt).

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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Danke erstmal für die Antworten.

@Paul: Die Symmetrierandbedingung hatte ich auch schon mal drinnen, war mir dann aber nicht ganz sicher, ob ich die Kanten richtig ausgewählt hatte. Deswegen hab ich die dann nicht verwendet.

Ich denke, dass du mir in deiner Lösung die Kerbspannungsmethode modelliert hast. Da werden die Spannungen nach der FKM-Richtlinie ausgelegt, oder? Leider hab ich die FKM-Richtlinie (noch) nicht zur Hand. Wären also auch mit deiner Modellierung die Kerbspannungen im unzulässigen Bereich?

@Christian: Die Last war bisher rein das (aufgerundete) Gewicht ohne irgendwelche Hubfaktoren. Mein Problem war prinzipiell schon mal die Tatsache, dass die Spannungen gleich um so vieles größer als die eines Balkens sind.
Der Querträger ist so wie dargestellt auch schon seit längerer Zeit gebaut worden, wobei bisher nie ein Problem aufgetreten ist und ich das nun auch rechnerisch nachweisen sollte.

lg
Gerhard

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Vergleich.jpg

Hallo Paul,

Dein Modell ist für eine Bewertung der Schweißnähte leider nicht wirklich geeignet. Die Berechnung mit Volumenelementen liefert Dir Kerbspannungen in der Schweißnaht, aber mir ist keine Norm bekannt, die für solche Kerbspannungen Grenzwerte angibt. Von Radaj gab es für den Growian eine Veröffentlichung, bei der er Grenzwerte für einen Kerbradius von 1mm im Schweißnahtauslauf angibt, aber das hat nicht den Status einer Norm. Die singuläre Stelle hast Du auch mit den Volumenelementen bei Deiner Modellierung.  Die Grenzspannungen aach der DIN 15018 sind für Nennspannungen, die man nur mit einem Schalenmodell berechnen kann. Anbei ein Vergleich zwischen einem korrigierten Schalenmodell und Deinem Modell.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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Hallo Gerhard,

die Tatsache, das ein Bauteil im Betrieb hält und in der Rechnung versagt habe ich schon häufiger erlebt. Gerade bei mir in der Hüttentechnik sind die Lastannahmen teilweise sehr unscharf. Dazu kommt noch, daß die in den Normen genannten Festigkeitswerte Mindestanforderungen sind.  Woher weist Du, ob der Lieferant Dir nicht STE890 oder etwas ähnliches geliefert hat. Weiterhin gibt es Sicherheiten in den Normen. Es bleibt einfach  die Tatsache, daß der rechnerische Festigkeitsnachweis nicht geführt werden kann. Übrigens kann man Schweißnähte nicht mit der FKM Richtlinie nachweisen. Dazu gibt es den Eurocode3 oder die 15018.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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Hallo Christian,

vom gelieferten Material sind wir uns relativ sicher, da wir üblicherweise für diese Bauteile Materialzeugnisse, 3.1B-Zeugnisse etc. verlangen.
Hätte ich kein FE-Programm zur Verfügung, müsste ich mir jetzt auch nicht den Kopf über dies zerbrechen 

Zum Berechnen von Schweißnähten ist mir seitens der Uni die von dir angesprochene Norm sowie die der deutschen Bundesbahnen DS 952 01 Vorschrift für das Schweißen metallischer Werkstoffe bekannt.

Bei der FKM-Richtlinie hab ich meine Infos bisher aus dem Inet bzw. aus dem Forum bzw. auch von folgendem Link
http://www.ti.bfh.ch/fileadmin/img/Maschinen/Aktuell/Feierabend_Academy_Teil2_Schweissen.pdf

Ist der Nachweis nach dem Strukturspannungs- bzw. dem Kerbspannungskonzept nicht anerkannt?

Grüße
Gerhard

P.S. U´s sind natürlich schon unterwegs

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Zitat:

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Original erstellt von Christian_imiela:
...
Die Berechnung mit Volumenelementen liefert Dir Kerbspannungen in der Schweißnaht, aber mir ist keine Norm bekannt, die für solche Kerbspannungen Grenzwerte angibt...
...DIN 15018 sind für Nennspannungen, die man nur mit einem Schalenmodell berechnen kann...

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Hallo Christian,

Du hast recht, fehlende Normenwerke für eine Volumenmodellierung im Stahlbau sind ein Problem. Nach DIN 15018 musste ich vor einigen Jahren auswerten, da es um einen Betriebsfestigkeitsnachweis ging. Die Krannorm (heißt diese noch so?) setzt die Schalenmodellierung voraus.

Bei meinem Vorschlag habe ich beispielhaft nur eine Schweißnahtstelle ausmodelliert. Darüber gab's einen Artikel im Infoplaner 1/2008, Seiten 32-35 von CADFEM.

Gruß Paul

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Pro/MECHANICA® verstehen lernen

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Zitat:

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Original erstellt von GerhardK:
...
Der Querträger ist so wie dargestellt auch schon seit längerer Zeit gebaut worden, wobei bisher nie ein Problem aufgetreten ist und ich das nun auch rechnerisch nachweisen sollte.
...

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Hallo Gerhard,

ist in der Praxis der Lastfall so wie modelliert aufgetreten?
D. h. Hub 43 Tonnen, Seil ganz außen am Rohrende?

Wie sieht es mit DMS-Messung aus?

Gruß Paul

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Pro/MECHANICA® verstehen lernen

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Servus Paul,

soweit ich bisher in Erfahrung bringen konnte, mit dem Seil ganz außen noch nicht. Mit dem Gewicht schon. Ist also schon ziemlich ein Worst Case, was ich angenommen habe, mit dem Seil ganz außen, da auch das Seil relativ dick ist. DMS-Messungen wurden bisher noch nicht unternommen, da bisher diese Belastung unterschätzt wurde.

Ich werde aber in den nächsten Wochen mich dem Thema genauer annehmen und vermutlich intern Messungen durchführen lassen. Ich berichte dann über weitere Ergebnisse.

lg und danke für die Hilfe
Gerhard

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