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IMG_0101.JPG

Hallo zusammen,

ich versuche derzeit eine relativ einfache Berechnung durchzuführen um die auftretende Spannung einer Feder auszurechnen. Diese soll wie im Betreff erwähnt eine Überschlagsrechnung sein und muss deshalb nicht exakt mit meinen nicht-linearen Ansys Analysen übereinstimmen. Nun wollte ich fragen ob die Kenner bei meiner Berechnung irgendeinen Fehler sehen oder ob das so stimmen würde.

Um ein Vergleich anzubieten, Ansys gab mir folgende Werte aus:

Hub: 0,9 mm
Spannung: 188,87 N/mm^2

Ich würdem ich sehr auf eine Antwort freuen ;-)

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Guten Morgen,

sieht soweit alles gut aus, eine Frage habe ich trotzdem: Woher kommt deine Gleichung der Biegelinie (F*l³ / 12*E*I) ?

Außerdem würde mich interessieren wie du dein Modell in Ansys modelliert hast, speziell wie du die Verschraubung realisiert hast. Wo genau sind die Kräfte aufgebracht und wie sind die Lagerungen definiert. Vielleicht kannst du ein paar Screenshots aus Ansys hochladen, würde mich stark interessieren.

Gruß

[Diese Nachricht wurde von ehrenwirth am 16. Jun. 2010 editiert.]

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biegelinie.png rechteckfeder.png

Guten Morgen,

anbei die Formel und die ANSYS Einstellung.

*grummel* Ich frag mich immer noch ob diese Abweichung "akzeptabel" ist dafür, dass es eine Überschlagsrechnung ist.

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So, kannst Du mal das Netz zeigen und evtl. auch mal sagen welches Element du ausgewählt hast.
Weiterhin auch mal klären welchen E-Modul Du in Ansys verwendet hast.
Der Überschlag ist o.k., es kann dann höchstens sein das Dein Modell zu steif ist.

Gruß
Gerd

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Hallo nochmal,

jetzt hab ich die Formel auch noch im Dubbel gefunden, ist also abgenommen ;-). Der Modellaufbau sieht soweit auch vernünftig aus, aber:

Versuch doch mal nur dass Flacheisen zu simulieren und zwar ohne die Auflageflächen und ohne die Bohrungen. Feste Einspannung ist dann die linke Stirnseite und ob du auf der rechte Stirnseite a) die Kraft und b) die reibungsfreie Lagerung definieren kannst musst du mal ausprobieren.

Generell jedoch würde ich rechts keine reibungsfreie Lagerung ansetzen sondern eine Verschiebung, bei der die x- und z-Komponente eben Null ist.

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Hallo,
ich würde mal Anstelle der Kraft die analytisch berechnete Verschiebung aufbringen.
Einmal mit und einmal ohne die reibungsfreie Lagerung und die Reaktionskraft auswerten.
Die Analysen würde ich mit linearem Materialverhalten durchführen.

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Viele Grüße         
Achim              PS: Als Anerkennung für einen Beitrag freu' nicht nur ich mich über Unities

Was ist der Unterschied zwischen Theorie und Praxis?
Theorie ist, wenn man alles weiß und nichts funktioniert
Praxis ist, wenn alles funktioniert und keiner weiß warum (Autor nicht bekannt)

da war ich wohl zu spät

[Diese Nachricht wurde von Achim007 am 16. Jun. 2010 editiert.]

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Hi,

werde die Vorschläge morgen früh umsetzen, ANSYS gibts leider nur im Institut, dann berichte ich hier nochmal über meine Ergebnisse ;-)

@Gerd:
Hab keine Bilder gerade parat aber:
Als Material habe ich die 1.4310 genommen. Die Feder ist mit "Sweep" (3 Lagen), und "Verfeinerung" (x2) vernetzt. Ausserdem ist die Gewichtung für die 4 Auflager auf -100 und für die Feder bei +100.

Gruß,

M

[Diese Nachricht wurde von Marodex am 16. Jun. 2010 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Marodex am 16. Jun. 2010 editiert.]

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Hallo in die Runde...

ich habe auch mal eben gerechnet...

max. Mises 239,8
max. Haupt 269
max. Biege in Längsrichtung: 255
s= 1,152

...passt doch ganz gut...

einen Gruß aus dem Norden...

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Hi,

deine Werte sind ja viel besser bzw. näher dran als meine. Könntest du mir vielleicht kurz erklären welche Einstellungen du in ANSYS genommen hattest?

Gruß,

M

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Feder.png

Hallo, sorry ich habe nicht mit Ansys gerechnet... geht damit aber genauso gut... ich habe mit einfachen Schalenelementen...

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Hallo Marodex,

ich möchte hier anmerken, dass unabhängig davon, ob die Handrechnung (sie ist natürlich ungenau) die Schubverformung berücksichtigt oder nicht, man bei solchen dünnen und verspannten Platten schnell nichtlineare Probleme hat. Man kann etwa ab einer Durchbiegung von halber Plattendicke geometrisch nichtlinear ("starke Verformungen") rechnen. Das Ergebnis wäre bei einer linearen Rechnung zu hoch, man würde sozusagen "überdimensionieren".

Versuche bitte, das gleiche mit "großen Verformungen" (nichtlinear) zu rechnen.

Gruß Paul

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Dieses System reagiert definitiv geometrisch nichtlinear! Nach Theorie 1. Ordnung liegt die transversale Verschiebung bei ca. 1,3 x Dicke. Somit können geometrische Nichtlinearitäten nicht mehr vernachlässigt werden. Bereits nach dem ersten Inkrement bilden sich Membranspannungen aus, die die lineare Rechnung nicht "sehen" (Integration der Steifigkeitsmatrix über dem Referenzgebiet) kann.
@ToTacheles: Warum denkst du, dass der Schubeinfluss hier eine große Rolle spielt?

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Die Nichtlinearität spielt durch den Membraneffekt sicher eine Rolle, aber was mich stutzig macht - und im Moment kennen wir ja garnicht das Modell, die Elementierung, die Einstellung des Solvers etc - ist das Rechenergebnis. Eine andere Rechung hatte die Werte der Überschlagsrechnung bestätigt.
Vielleicht ist ja einfach linear gerechnet worden und dann ist es merkwürdig was das rauskommt, insbesondere die niedrige Spannung.
Ein paar mehr und detailliere Infos zum Rechenmodell wären jetzt sinnvoll, sonst spekulieren wir hier nur.

Gruß
Gerd

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Hallo vw-student,

ich habe mich (wie so oft  ) etwas ungeschickt ausgedrückt.
Mit der Schubverformung war gemeint, dass eine Handrechnung (Überschlagsrechnung) mit Balken (meist ja ohne Schub) nicht das gleiche Ergebnis bringen kann, wie die ggf. "realistischere" lineare FE-Rechnung, da die Schubverformung berücksichtigt wird. Ich hatte Abweichungen im linearen Fall bis zu 5%. Bei nichtlinearen auch mal 1000%  . Wir haben aus diesem Grund vor paar Jahren eine Diplomarbeit zu diesem Thema schreiben lassen.

Gruß Paul

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Hmmmm....so leicht grummelt mir der schon Magen, wenn ich so etwas lese wie: "... wie die ggf. "realistischere" lineare FE-Rechnung...". Ich denke wir sind uns einig, dass bei diesem System der Schub vernachlässigt werden kann. Insofern ist die Bernoulli Hypothese schon ganz gut. Die FE Lösung hingegen beinhaltet deutlich mehr Annahmen.
zum Thema: ich gebe Gerd Recht. Wir kennen nichts vom FE-Modell, daher ist es schwierig zu diagnostizieren, wo der Fehler liegt. Ich versteh allerdings nicht so ganz, warum der TE nicht nur die Biegefeder abgebildet hat. Wozu dienen gebohrten Platten? Sind diese für weitergehende Rechnungen nötig??

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Zitat:

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Original erstellt von vw-student:
... Die FE Lösung hingegen beinhaltet deutlich mehr Annahmen...

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Genau das ist ja das Problem. In Realität gibt es hier, bei diesem "einfachen" Beispiel der Biegefeder, dermaßen viele komplexe Umstände - z.B. ist das Problem geometrisch nichtlinear - aufgrund der Dünnwandigkeit, der Einspannungsart ist dieser Einfluss keineswegs zu vernachlässigen. Weiterhin gibt es in Realität keine feste Einspannung am Rand, wie das Bild am Anfang zeigt. Hier ist der Einfluss von dem nichtlinearen Kontakt von großer Bedeutung (Abwälzen am Rand) mit evtl. örtlicher Plastifizierung? Je nach dem, wie das Modell aufgebaut wird, hat das FE-Analogon tatsächlich mehr als zulässig Annahmen.

Ein Bernoullibalken, der im linearen Fall nur etwa 1-3% falsche Durchbiegung rechnet, ist hier nichtmal anwendbar, denke ich.

Gruß Paul

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Hallo,

Da steckt echt viel mehr Pfeffer drin als man zuerst denkt.

Deine händische Berechnung ist vom Ansatz her korrekt. FEM lohnt an dieser Stelle auch nicht.   
Allerdings ist die Grenzspannung und die Einspannung der eigentliche Kniff bei den Dingern; Ohne die richtigen Annahmen wirst du leider nicht Ansatzweise auf ein brauchbares Ergebnis kommen.

Hier ein paar Tipps:

- Elementtyp, Vernetzung, Kontakte und Solvereinstellung gründlich auf Eignung prüfen!

- Die Einspannung hat wesentlichen Einfluss und sollte mit Einbezogen werden.

- Handelt es sich um eine CFK- oder GFK-Feder ist der Laminataufbau mit einzubeziehen.

Weiterführende Literatur ( Auf keinen Fall kaufen. Lohnt nicht, da zu speziell, aber sollte über Fernleihe für Studenten problemlos beziehbar sein. ):

Götte T., Zur Gestaltung und Dimensionierung von Lkw-Blattfedern aus Glasfaserkunststoff, Düsseldorf: VDI-Verlag, 1989

Puck A., Festigkeitsanalyse von Faser-Matrix-Laminaten, München: Hanserverlag, 1996

Viel Spaß beim Rechnen,

Gollum

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Man findet immer dort besonders viel Chaos, wo man nach Ordnung sucht. Das Chaos besiegt die Ordnung, weil es besser organisiert ist.

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Das Material war schon geklärt : 1.4310 (X10CrNi18-8) mit E = 190000 N/mm2 sowie Rp0.2 > 250 N/mm2

Ich hoffe der Fragende rückt noch ein paar Infos raus.

Gruß
Gerd

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Hallo,

sorry dass ich heute nicht mit der Info ausrücken konnte, wir haben leider nicht soviele Lizensen und naja, mein Vorhaben hatte die niedrigere Priorität und so wurde mir der Zugang verwehrt ;-) Morgen früh kommen aber die fehlende Informationen auf alle fälle ;-)

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Zitat:

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Original erstellt von Ing. Gollum:
...

Deine händische Berechnung ist vom Ansatz her korrekt. FEM lohnt an dieser Stelle auch nicht.    
...

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Hi,

die Überschlagsrechnung (s.o.) liefert f=1,187mm
- meine (nicht sehr fein vernetzte) FE-Lösung LINEAR: f=1,17mm
- meine nichtlineare (hier nur geom. Nichtlin.) f=0,77mm

Wo ist hier der richtige Ansatz?

Gruß Paul

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Selbst mit geom. Nichtlinearität lohnt FE zunächst nicht. Die 0,77mm hab ich auch mit analytischen Mitteln ungefähr raus. Insofern ist der Bernoulli-Balken schon exakt. Es kommt halt drauf an, welche Theorie man verwendet.
Aber alles diskutieren hilft nicht, wenn wir nicht wissen, was der TE GENAU will!!!

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Guten Morgen...

wenn man so wie ich mit Schalenelementen S4R rechnet, ergibt sich kein wirklicher Unterschied ob NL on or of...

einen Gruß...

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Moin,

ich hab aus Faulheit mal die Machine genutzt und komme wenn ich die Länsgsverschiebung der Lager unterdrücke auch auf eine vert. Verschiebung von 0.767 mm.
Auch die Spannungen gehen runter auf 227 bzw. -176 N/mm2 mit einer Memebranspannung von 26 N/mm2.
Nun wissen wir nicht welche Spannung er ausgewertet hat, und ob dabei noch die Knotenspannungen mit den dicken Lagerstücken beteiligt waren.
Also für mich heißt das jetzt nach der Anregung von vw-student mal wieder in die Theorie schauen. Aber vielleicht postet er ja mal seinen Ansatz.

Wenn ich die längs Lagerung weglasse dann komme ich auf eine Verschiebung von 1.153 und eine gemittelte max. Biegespannung an den Rändern von 244 N/mm2.

Also ich denke der Fragende hat wirklich nichtlinear gerechnet. So, jetzt aber etwas Kritik und Didaktik.
Gerade bei solchen Rechnungen muß man sich über Randbedingungen im Klaren sein. Und in dem geposteten Bild muß man leider raten wie das Lager aussieht - nur vertikal fest oder/und auch längs gehalten. Wenn das so ein Plottnicht hergibt, dann bitte auch einige Kommentare dazu.
Mein Vorschlag für das Herangehen ist, erst den klaren und einfachen statischen Fall rechnen (hier ohne Längslagerung) den man dann mit der einfachen Überschlagsformel abdecken kann und dann die Randbedingungen erweitern, wo man dann vielleicht sein Aha-Erlebnis (me to!!) hat.

@Eastree - was ist denn das Element S4R?

Gruß
Gerd

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 18. Jun. 2010 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 18. Jun. 2010 editiert.]

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Moin...

Lineare Elemente...mit 4 Knoten

Hier der offizielle Text:

S4R:  A 4-node doubly curved thin or thick shell, reduced integration, hourglass control, finite membrane strains.

Soweit die Def.

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4.20.png

Hallo zusammen,

ich habe mal versucht die ganzen erwähnten Punkten hier soweit es geht aufzulisten:

* Linear Analyse Ergebnisse ANSYS mit mit F=12,5 N:

Verschiebungskomponente Y-Achse: 0,9mm (max)
Vergleichsspannung (von Mises): 188,87 MPa (max) (Y-Achse, also Verschiebungsrichtung)

* Linear Analyse Ergebnisse ANSYS mit Verschiebung 0,9 mm:

Vergleichsspannung (von Mises): 201,63 MPa (max) (Y-Achse, also Verschiebungsrichtung)

* Erläuterung zu den Bohrungen:

Dieser Entwurf war der erste Ansatz zu einer mittlerweile anderen Lösung, da es aber
einfacher von hand zu rechnen ist als eine Radiale-Blattfeder habe ich diese für meine
Frage genommen. Die Bohrungen dienen dazu das beide enden des Feders flächig angebracht
werden können. Sie sind also vonnöten aber für meine Berechnung eigentlich nicht
ausschlaggebend weil es wie auch vorhin schon erwähnt ja nur eine Überschlagsrechnung
sein sollte um einen groben Vergleich zu haben wie man theoretisch sowas auch von Hand
berechnen kann.

Hier nochmal alle Einstellungen:

Elementtyp: 1.4310 mit E-Modul 190 000 N/mm²
Vernetzung: Sweep-Methode (3 Einteilungen), Verfeinerung (1x), Bauteilrelevanz für die Feder +100, Bauteilrelevanz für die Scheiben -100
Kontakte: Siehe Bild in meinem 2. Beitrag
Solvereinstellung: <= Da bin ich überfragt, ich habe es bei standard Einstellungen belassen vermute ich mal
Lagerung: Ich habe lediglich "Fixierte Lagerung" genommen. Das bedeutet doch das diese Fläche unbeweglich ist oder?

Hab noch zusätzlich ein Bild des Netzes beigefügt. Ich muss leider auch gestehen, dass mittlerweile ein großteil des was hier geschrieben wird meinen Wissen übersteigt ;-)

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