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Hallo Leute,

Ich befasse mich zurzeit mit Spannungsberechnungen in ANSYS.

Mit den Ergebnissen die mir die Vergelichsspannung nach Van Mises presentiert kann ich aber irgendwie nicht leben. Ich erhalte lokale Spannungsspitzen die über die zulässige Spannung (Streckgrenze) hinausschießen. Zur Plastischen Verformung habe ich leider keine zulässigen Werte gefunden, da in meine Berechnung neben den Lasten auch Temperaturen mit einfließen. Und zur örtlichen Plastifizierung finde ich leider auch keine Angaben.

Habe mal irgendwo gelesen/gehört das ich Bauteile auch nach Sekundärspannungen, in meinem Fall eine vektorielle Addition der Membran- und Biegespannungen, auslegen kann. In diesem Fall würde das Bauteil halten.
Ich habe nun das Problem das ich mir nicht sicher bin ob das auch so seine Richtigkeit hat. Bin noch nicht lange im Geschäft und daher noch unsicher was die Ergebnisbewertung angeht. Wäre schön wenn mir jemand einen Tip geben könnte.

DANKE!!!

Grüße Indi

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Irgendwie ist mir nicht ganz klar, wie Deine Frage lautet. Was willst Du genau wissen? Was die Von-Mises-Spannung generell ist? Oder ob die Ergebnisse Deiner Rechnung glaubhaft sind? Oder wie Du deren Bewertung vornimmst?

Wenn 1) dann bitte im Dubbel oder in entsprechender Literatur über Höhere Festigkeitslehre nachschlagen.

Wenn 2) dann benötigen wir hier viel mehr Informationen über Deinen Berechnungsfall.

Wenn 3) benötigen wir ebenfalls noch eine Menge Informationen mehr: Was für ein Teil, welcher Werkstoff, was für Werkstoffdaten sind vorhanden, welche Art der Belastung, gegen welche Art von Versagen soll ausgelegt bzw. berechnet werden und so weiter und so weiter...

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Pics.zip

Hallo JPietsch,

die Van Mises ist mir bekannt. Da kann mir auch der Dubbel leider nix neues zu erzählen.
Die Ergebnisse sind soweit glaubhaft. Die Spannungsspitzen treten mehr oder weniger ausgeprägt an allen Rotoren auf.

Mein Berechnungsfall ist ein Rotor, der mit Temperatur und Eigengewicht belastet ist. Da sich der Rotor mit n~0,5/min bewegt (Durchmesser 11m) kann ich die Sache annähernd statisch betrachten.

Die Radialwände , die an den Rotorenkern anschließen weisen diese lokalen Spannungsspitzen auf. Das ist genau der Punkt wo die Radialwand an die Kernringwand anschließt.

Bei der Berechnung selbst geht es darum dass ich wissen muss ist wie hoch muss der Rotor bei vorgegebener Zusatzbelastung mindestens sein.

An Werkstoff habe ich den P355GH (Alt 19Mn6). Die Werstoffdaten sind soweit vollständig vorhanden. Habe die Daten aus dem FDBR-Handbuch.

Hatte eigentlich vorgehabt gegen die Streckgrenze zu gehen um ganz sicher zu sein. Aber, das liebe Geld, damit würde der Rotor einfach zu teuer und zu schwer. Also muss ich örtliche
Plastifizierungen zulassen. Finde dazu aber keinerlei Anhaltspunkte bezüglich zulässigen Spannungen. Die 0,2%Dehngrenze beträgt für P355GH 267n/mm² aber wie du siehst, liege ich in diesem kleinen Bereich darüber.

Wie in den Bildern zu sehen, habe ich nur am Übergang Kern/Radialwand diese überhöhte Spannung. Ich weiss mit Sicherheit das sich das Material dort Plastifiziert. Aber ich weiss nicht, ob dort die Spannungen so hoch sind das es bricht.

Hoffe das ist verständlicher.

Grüße
PS: ich hoffe das Bilder anhängen hat geklappt...

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Hallo Indi,

zur bestimmung einer grenzlast muss der zusammenhang zwischen der äusseren belastung und dem betrag an plastischer dehnung an der höchstbeanspruchten stelle bekannt sein, sprich die fliesskurve des bauteils, die am besten über experimente ermittelt wird.

stichwort "makrostützwirkung", nachgewiesen wird gegen einen angemessenen betrag an plastischen dehnungen...

der tragfähigkeitsgewinn durch plastizieren kann mit der bauteilfliesskurve dann durch die sog. stützziffer berücksichtigt werden:

n=belastung mit plastizieren/belastung bei fliessbeginn

Eine näherung für die stützziffer kann mit

n=1/Rp02*sqrt(Rp02*E*epsV)

angegeben werden (epsV entspr. der festzulegenden gesamtdehnung, was unter umständen schwierig ohne experimentelle daten angegeben werden kann...).

GROSSES FRAGEZEICHEN: ist eine plastische wechseldeformation am rotor überhaupt akzeptabel in bezug auf werkstoffschädigung???

Gruss,
Meijer

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Hallo Meijer,
Ersteinmal danke für deine Hilfe, komme ich denke ich mal mit weiter.
Zu deinem Fragezeichen:
ich habe keine wechseldeformation. die Belastung des Rotors hat immer die gleiche Richtung. Nach aufbringen der Zusatzlasten hab ich ersteinmal statische Durchbiegung. Im Betriebszustand kommt die Temperatur hinzu. Ich habe also im eingefahrenen Zustand der Anlage immer die gleiche Belastung durch Temperatur und Gewicht. Wenn sich der Werkstoff ersteinmal plastifiziert hat, bleibt es so. Kannst du dir im Prinzip vorstellen wie eine Kreisplatte die in der Mitte gelagert ist und auf die Temperatur und Flächenlasten wirken, wobei sich an der Richtung der Flächenlasten über der Zeit nichts ändert, ebensowenig wie an den Temperaturen.

ghrüße

PS: Wenn du mir jetzt auch noch verräts was epsV ist wäre ich dir sehr dankbar... Theoretisch sollte ich das wahrscheinlich wissen, aber so sehr ich auch grübel fällt mir nix ein...

[Diese Nachricht wurde von Indi am 25. Nov. 2005 editiert.]

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Hallo,
epsV ist mitlerweile identifiziert. Mir ist aber noch eingefallen das ich die Fließkurven im Zusammenhang mit der Temperatur brauche.(wenn ich nicht komplett daneben liege). Weiter ergibt sich das Problem das, wenn ich nicht total daneben bin, bei Temperaturbelastung im Zugversuch die Streckgrenze Re fehlt, sondern nach dem Rp0,2 gegangen wird. da ist also gar nit mehr soviel bis zum Bruch...
Dann überlege ich die ganze Zeit, ob ich das epsV nicht erreechnen kann....
Kann doch die theoretische Verformung des Bauteils an der Stelle der größten Spannung bestimmen. Wenn ich diesen Wert als Gesamtdehnung festlege, müßte ich doch die Stützzahl bestimmen können.

Bitte Bitte sagt mir ob ich jetzt total daneben bin...

Danke
Grüße

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Hallo Indi,
wenn deine Maschine öfters in Betrieb genommen wird, dann hast du durchaus eine temperaturbedingte Wechselbelastung, die zur Bauteilermüdung beiträgt.

Wie hoch ist denn die Betriebstemperatur?

Gruß
Gunni

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Hallo Gunni

Eigentlich sollte die Maschine nur einmal in Betrieb genommen werden und dann laufen bis zum Sankt-Nimmerleinstag. Im schlechtesten Fall wird ca einmal Jährlich neu angefahren. Das ist aber das maximum.
Temperaturen liegen im  oberen Bereich des Rotors bei min.160°C und im unteren bei max.35°C.

Du siehst, ich hab nicht nur probleme mit der Temperatur sondern auch mit der Temperaturdifferenz.
Hab auch schon jede menge Infos über plastifizieren gefunden, nur alle bei Raumtemperatur (20°C). Weiß nicht ganz wie ich die jetzt auf mein Temperaturproblem übertragen kann.

Grüße und Danke

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Ein solch hochkomplexes Thema gehört sehr viel mehr in die Werkstofftechnologie als in den Bereich der numerischen Berechnung.

Just my 0,02 $.

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Danke für den Tip!
Versuche es mal bei den Werkstofftechnikern
Grüße

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Hi,

bei Betrachtung deiner Lösung fällt mir sofort auf, daß das Eigengewicht des Rotors anscheinend die Beanspruchung dominiert.
Bei Betrachtung der Hauptspannungen oder Radialspannungen müßten demnach reine Druckspannungen überwiegen. Nun sind Druckspannungen hinsichtlich der Festigkeit eines Bauteils eher harmlos, da es zu keiner Rißöffnung kommen kann.
Gruß, Stabbels

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Allgemein: Sparsamkeit ist gut. Aber wenn deswegen Rotorquerschnitt  Gefahr laeuft unterdimensioniert zu versagen (Sicherheiten, Extremkonditionen in Ueberlegungen einbeziehen) muss man das Kostenmodel definitiv ueberdenken - das sagen auch die Schwaben.

kann man das Model mal anhaengen, so kann man sich das mal hinsichtlich Modelqualitaet ansehen. Ggf ist dann die Frage nach Notwendigkeit Ausnutzung Stuetzeffekt schon erledigt.

Stuetzziffer (Dehngrenzenverhältnis) ergibt sich ueber Formdehngrenzspannung, damit aus konkretem Spannungs/Dehnungsverlauf ueber konkretem Querschnitt(form).

Solange Temperatur weit unter 1/2 Schmelztemperatur konkreter Wkst liegt, ist die Auslegung 'Standard'. Wenn man Werkstoffdaten= f(T) benutzen muss, wird die Sache hinsichtlich Beschaffung dieser Daten schwieriger (falls man keine kostenpflichtigen Datenquellen verfuegbar hat - aber auch dann nicht immer). Zu beachten, entweder man variiert alle relevanten Werkstoffwerte mit T oder ggf besser keine, da diese teils gegenlaeufigen Variationen=f(T) unterliegen, was sich im Effekt kompensierend/abschwaechend aber auch akkumulierten/verstaerkend hinsichtlich Ergebnissvariation auswirken kann.

Es sind je nach Anforderung an Ergebniss (bunte Bilder mit/ohne viel Text - oder 'Hard' Simulation: durchdachte ausgereifte Analyse wesentlicher Aspekte, mit notwendiger Tiefe, in konkretem Kontext Bauteile industrieller Fertigung oder Forschung) ggf auch thermische Lasten und variierende therm. Eigenschaften Stoffwerte, deren Einfluss auf mech. Beanspruchung zu beachten.

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Gruesse,
Frank Exius

IFE Deutschland
Mo-Fr 9:00-18:00 Uhr durchgaengig
Dienstleistung in ANSYS www.ife-ansys.de
Simulation Berechnung FEM Digital Prototyping

Identifikation bei Fragen im ANSYS Forum erwuenscht - Name, Firma/Bildungsstaette. Identifikation im Beitrag oder im persoenlichen Profil, oder in eMail an Moderator IFE - in letzterem Fall bitte Thema Beitrag als Referenzpunkt angeben. Danke.

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Hallo Frank,
Modell anhängen darf ich nicht. Aber ich kann dir einige Angaben so geben. Elementanzahl 190000 Davon >0,1% mit Warnmeldung.(mehr schafft mein Rechner nicht. Also gehe ich eher davon aus, dass meine Ergebnisse zu klein sind) Elementtyp SHELL63. Eher standard, aber damit sind schon Vorherige Berechnungen vom Kollegen (kann ich nicht fragen, der sitzt 200km weit weg und ist am Telefon recht kurz angebunden) gemacht worden. (Thema vergleichbarkeit der Ergebnisse.) Das Modell ist soweit ich sagen kann io. Habe keine losgelösten Flächen.
Ich habe alle Daten von der Temperatur abhängig, abgesehen von der Dichte. Also E-Modul, Poissonzahl ect. (VDI-Wärmeatlas)

Zitat:

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Es sind je nach Anforderung an Ergebniss (bunte Bilder mit/ohne viel Text - oder 'Hard' Simulation: durchdachte ausgereifte Analyse wesentlicher Aspekte, mit notwendiger Tiefe, in konkretem Kontext Bauteile industrieller Fertigung oder Forschung) ggf auch thermische Lasten und variierende therm. Eigenschaften Stoffwerte, deren Einfluss auf mech. Beanspruchung zu beachten.

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[/QUOTE]

Durch diesen Abschnitt steige ich noch nicht ganz durch.... Sorry.
Könntest mir den bitte mal näher erläutern
(komme mir jetzt irgendwie ganz schön blöd vor... Aber bevor ich das Schlucke und nicht verstehe, bin ich lieber blöd...)
Danke
Grüße

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wenn's sich hier (Skizze, Gesamtbild) um einen aus mehreren Rotorblaettern bestehenden 'Propeller' handelt, Typ Windkraft Energieerzeugung - dann sollte mit SOLIDxx Elementen bspw ein 3D-Segment (1x Rotorblatt inkl. Nabe, Segment= 360Grad/AnzahlRotorblaetter) mit entsprechenden Symmetrie-Randbedingungen gerechnet werden.

Zitat zitiert .......Einfluss auf mech. Beanspruchung zu beachten:

Temperaturvariation kann, neben Variation mech. Eigenschaften wie E-Modul,
therm. Dehnung/Schrumpfung erzeugen, welche wiederum durch Einspannungen oder
unterschiedliche T-Bereiche im Bauteil bedingt, mech. Spannung erzeugen.

Dies wird bspw ueber MP,ALPX und BFE,,TEMP in mech. Analyse beruecksichtigt.

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Gruesse,
Frank Exius

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