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Hallo,
ich möchte eine linear-statische Rechnung eines Bauteils unter Druck machen. Nun weiß ich nicht, welche Werkstoffkennwerte ich annehmen soll.

1) Normalerweise wird der E-Modul unter Zug ermittelt. Unter Druck ist er aber anders. Nur leider finde ich weder im Stahlschlüssel noch auf den Seiten von Herstellern und Händlern Infos über den E-Modul bei Druck.

2) Der Stahl ist gehärtet, wodurch er an Elastizität verliert. Demnach wird auch die Querkontraktionszahl kleiner. Aber auch hier finde ich keine Angaben in Datenblättern etc.

Hat einer von Euch einen Tipp, was in diesem Fall sinnvolle Annahmen bzw. Kennwerte sind?

Danke für die Hilfe im Voraus!

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Ich würde gern mal grob wissen was du genau rechnen willst? Was ist denn der Versagensfall, den du ausschließen möchtest?
In der Regel wird doch eine Vergleichsspannung gebildet, oder eine zulässige Verformung definiert.

Der E-Modul hat keinen strengen Bezug zur Härte des Materials (Wiki)

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[Diese Nachricht wurde von capirex65 am 14. Okt. 2009 editiert.]

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Druckverteilung.jpg

Ein paar Details zu meiner Berechnung:
Ich möchte die Größe der Kontaktzone und die Druckverteilung innerhalb eines Radialgelenklagers ermitteln.
Stell dir zwei Stahlringe mit einer sphärischen Kontaktfläche vor [URL=http://www.skf.com/images/RADIAL-SPHER-PLAIN-BRG.jpg][/URL]. Der innere Ring hat eine konvexe, der äußere Ring eine konkave Wölbung. Je nach Belastung, Passungen an Welle und Gehäuse, Temperaturdifferenz etc. bekommt man eine kleinere oder größere Kontaktzone.
Im Anhang siehst du ein Schema, wie sich z.B. das radiale Spiel im Lager auf die Druckverteilung auswirkt. Und genau die Größe der Kontaktzone, die maximale Kontaktspannung etc. möchte ich mit verschiedenen Programmen (ProMechanica WF2 und ANSYS) berechnen. Die Reibung zwischen den Ringen oder auch die elastische Einfederung haben einen sehr großen Einfluß auf die Druckverteilung. Wie groß, das soll durch genau diese Rechnung bestimmt werden.

Die Ringe sind aus 100Cr6 und gehärtet. Da sie sich unter Belastung rein elastisch verformen, benötige ich E-Modul und Querkontraktionszahl des gehärteten Materials, nicht des unbehandelten Stahls (was man in den Datenblättern findet).

Vielen Dank für die Unterstützung im Voraus!

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Hallo,

hast Du auch einen Namen? Ich antworte ungerne nur auf Nick-Namen. Aber dennoch, es ändert sich nichts an den elastischen Konstanten durch die Härtung.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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Zitat:

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Original erstellt von DerSimulant:
Hallo,
ich möchte eine linear-statische Rechnung eines Bauteils unter Druck machen. Nun weiß ich nicht, welche Werkstoffkennwerte ich annehmen soll.

1) Normalerweise wird der E-Modul unter Zug ermittelt. Unter Druck ist er aber anders. Nur leider finde ich weder im Stahlschlüssel noch auf den Seiten von Herstellern und Händlern Infos über den E-Modul bei Druck.

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1) Dieser Effekt ist eigentlich nur bei inhomogenen Gußwerkstoffen wirklich  relevant. Will man bei Stahl so genau rechnen, dann muß man sicherstellen,
1a) dass man anisotrope (ggf. nichtlineare) Materialien rechnen kann,
1b) dass man diese Kennwerte messen kann.

Es wurde (z.B. im Waagenbau) vermutet, dass der E-Modul (räumlich) inhomogen ist, und der Ausrichtung von Karbidzellen folge...

Da der Stahlschlüssel die Richtungen der (Haupt-)Umformung nicht kennen kann, kann der Stahlschlüssel dazu auch keine Aussagen machen....

Zitat:

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2) Der Stahl ist gehärtet, wodurch er an Elastizität verliert. Demnach wird auch die Querkontraktionszahl kleiner. Aber auch hier finde ich keine Angaben in Datenblättern etc.

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Es ist eine Frage, wie "Elastizität" von Dir definiert wird.

Mit dem Härtung bzw. Vergütung von Stahl steigt die Elastizitätsgrenze und damit die Fähigkeit, Energie zu speichern. Nach den beiden üblichen Spezifikationen von "Elastizität" steigt mit Härtung bzw. Vergütung die Elastizität, sie sinkt nicht!

Warum sollte die Querkontraktionszahl (wesentlich) kleiner werden?

Zitat:

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Hat einer von Euch einen Tipp, was in diesem Fall sinnvolle Annahmen bzw. Kennwerte sind?

Danke für die Hilfe im Voraus!

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Messen. Da ggf. nichtlinear, müssen die Kenngrößen bei jeweils gegebener Vorlast bestimmt werden.

mfg Hans Adams, der sich über den "Entwicklungsingenieur" etwas wundert .....

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http://www.format.mwn.de/Werkstoffe/werkMechanischDetails.do;jsessionid=33B029E2EE57860EA46F0FB1BE4CC149?werkid=2508

Also hier steht für 100 Cr6 ein E-Modul von 212000 MPa. Ich sage mal mit 210GPa hättest du einen vernachlässigbar kleinen Fehler gemacht. Man kann die ganze Sache doch analytisch nach Hertz berechnen? Aus meiner Erfahrung heraus behaupte ich mal, dass du erst mal ein Kontaktmodell aufbauen solltest eh du dir über die Werkstoffkennwerte in diesen Dimensionen Gedanken machst.

Ich habe vor kurzem ein ähnliches Kontaktproblem modelliert und das war "lediglich" ein EDZ. Wenn du das alles gemeistert hast, kannst du auch noch etwas am Werkstoff spielen. Aber auf die entstehenden Spannungen wird das keinen Einfluss haben.

Und warum Ansys und Mechanica vergleichen? Das es da Unterschiede geben wird ist doch fast klar. Kontaktprobleme sind im übrigen nichts für Anfänger (Aussage von PTC). Aber es klingt mir wieder typisch nach UNI. War bei mir auch so frei nach dem Motto "mach mal es gibt doch Bücher". 

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Leider gibt es hier oft mehr Kritik als richtige Hilfe (Ja auch von mir)!

Aber ich denke das hier wird dir weiterhelfen.

Dr.-Ing. Roland Jakel (PTC) Kontaktmodell in Mechanica WF 4.0 mit Reibung

 

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[Diese Nachricht wurde von capirex65 am 15. Okt. 2009 editiert.]

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Vielen Dank für die Antworten! Ich werd mir vor allem den letzten Link zur TU-Chemnitz mal eingehend ansehen. Das sind ein paar super Beispiele dabei.

- Analytisch kann mein Problem leider nicht gerechnet werden, da Hertz'sche Pressung nur für 'kleine Kontaktzonen' gilt, die in unserem Fall aber nicht mehr gelten. Es gibt zwar einen analytischen Ansatz nach Palmgren aus den 60er Jahren, allerdings werden hierfür Werkstoffkennwerte bzw. -konstanten benötigt, die sich nur mit sehr großen Unsicherheiten ermitteln lassen (Verformungskurve im Druckversuch ermitteln und dann aus Bereichen gleicher Krümmung ein Wert ablesen). Insofern ist sie nicht praktikabel.

- Von der Logik her denke ich schon, dass ein gehärteter Werkstoff eine geringere Querkontraktionszahl hat, die ich in meiner Rechnung auch berücksichtigen muß. Der gehärtete Stahl verhält sich spröder als der ungehärtete, weswegen man von einer höheren Streckgrenze und Querkontraktionszahl ausgehen kann.
Ein anschauliches Modell ist vielleicht ein Toastbrot, das vor dem Toasten weich und duktil ist, nach dem Toasten aber spöd und hart (zumindest am Rand). Wenn ich nun was schweres auf mein Brot lege, z.B. eine Essiggurke, wird sich das weiche Brot sicher mehr in die Breite verformen als das getoastete. Also hat sich durch's Toasten die Querkontraktionszahl geändert.

- Warum mit Ansys und ProMechanica rechnen? Ich will herausfinden, mit welcher Kanone ich auf welchen Spatz schießen kann/muß. Ich hab verschieden Tools zur Berechnung zur Verfügung, kenne aber nicht deren Anwendungsgrenzen. Durch eine einfache Parameterstudie sollen die Ergebnisse dieser beiden Programme mit Messungen sowie den Rechenergebnissen zweier weiterer Programme (firmeninterne Software)verglichen werden.

Gruß
Albrecht

PS:
@adamsh: Dein Kommentar mit dem "der sich über den Entwicklungsingenieur wundert" versteh' ich nicht.

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Hallo Albrecht,

ich habe bei uns in der Werkstoff Abteilung nachgefragt, wenn die sagen, dass sich die elastischen Konstanten nicht ändern, dann glaube ich denen. Genauso wie die mir glauben, wenn es um FEM geht.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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Zitat:

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Original erstellt von DerSimulant:
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- Warum mit Ansys und ProMechanica rechnen? Ich will herausfinden, mit welcher Kanone ich auf welchen Spatz schießen kann/muß
...

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Hallo Albrecht,

das war das Thema meiner Diplomarbeit (vor etwa 10 Jahren):
Meine Schlussfolgerung von damals: sollte der Anwender nicht permanent mit FEM arbeiten, ist ANSYS für ihn tabu. MECHANICA hingegen verlangt deutlich weniger Expertenwissen (in FEM), somit für Gelegenheitsanwender (mind. 1x mtl.) geeignet.

Für Dein Kontaktproblem (vorausgesetzt 2D Ebener Dehnungszustand) ist die "kleinere Kanone" MECHANICA (Advanced) sehr gut geeignet, ein Beispiel dazu hatte ich vor kurzem unter http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum67/HTML/001431.shtml
hochgeladen.

Gruß Paul

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Pro/MECHANICA® verstehen lernen

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Zitat:

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Original erstellt von ToTacheles:
MECHANICA hingegen verlangt deutlich weniger Expertenwissen (in FEM), somit für Gelegenheitsanwender (mind. 1x mtl.) geeignet.
[/B]

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Hallo Paul,

da muss ich Dir leider widersprechen, das Expertenwissen ist nicht nur für die Bedienung erforderlich. Das rein programmtechnische Aufbauen eines Modells bedarf in Mechanica in der Tat etwas weniger Übung und Fachwissen, aber für die Entscheidung über die Modellierung eines Mechanischen Problems sowie die Interpretation der Ergebnisse und eventuelle Fehlersuche ist ein fundiertes Wissen unerlässlich. Sonst ist auch bei einfachster Programmbedienung das Ergebnis der Berechnung nicht mehr als eine Hausnummer. Dann kann man die bunten Bilder auch gleich mit Designer erstellen.

Zum Thema Vergleich zwischen Ansys und Mechanica kann ich nur sagen, dass ich die Vergleicherei zwischen den einzelnen FE Programmen vor 10 Jahren aufgegeben habe. Marc und Mechanica liefern bei gleicher Modellierung und entsprechend feiner Vernetzung in Marc die gleichen Ergebnisse. Das sollte bei Ansys nicht anders sein.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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Hallo Christian,

Du hast natürlich recht, wenn es um den Modellaufbau oder die Interpretation der Ergebnisse etc. geht. Mit dem FEM-Expertenwissen meinte ich vor allem die Netze. Man hat in MECHANICA einfach nicht diese breite Elementauswahl.

Bei einem Volumenmodell habe ich Tetraeder, kann evtl. Keile und Würfel dazuschalten und schon bin ich mit meinen Möglichkeiten am Ende. Das funktioniert bei ANSYS nicht, es ist dort durchaus möglich, zwischen 6-7 Elementarten zu einem Problem zu wählen, Ergebnisse sind unterschiedlich und das Programm sagt natürlich nicht, was der richtige Elementtyp ist. Hier hat ein Gelegenheitsanwender keine Chance.

Gruß Paul

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