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Autor Thema:   Stabilität bis bestimmten Kraft (566 mal gelesen)
Joint Smoker
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Platmacher


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Unbenannt.JPG

 
MOIN MOIN  ,

ich bin ganz ganz neu in FEM-Welt und habe nur eine kurze Frage, die eigentlich um Topologieoptimierung geht, und Zwar:

Angenommen ich habe ein Bauteil z.B. ein Rohr aus Titan und dieses Rohr soll 20 KN Zug aushalten können!
Wie ist die Vorgehensweise in FEM? Ist das ein Buckling Problematik? Wie kann ich für FEM definieren dass es soll 20 KN aushalten muss und wie kann herausfinden dass der Bauteil versagt hat!

ich bedanke mich voraus

------------------
Ich schlaffe, also
existiere

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N.Lesch
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WF 4

erstellt am: 22. Feb. 2019 21:58    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Joint Smoker 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo, das ist kein Problem der FEM sondern der Festigkeitslehre.
Für FEM ist das viel zu einfach. Weil das Problem rotationssymmetrisch ist,
ist es 2-dimensional lösbar.
Löse bitte zuerst die Übungsaufgaben zu Deinem FEM Programm. 
Bei Zugbelastung gibt es kein Knicken und Beulen. 
Ohne die Grundlagen hat FEM wenig Sinn, sondern produziert nur bunte Bildchen.

------------------
Klaus

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Joint Smoker
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Platmacher


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erstellt am: 22. Feb. 2019 23:26    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Vielen Dank für die Antwort. Aber meiner Frage war etwas anderes 
Ich würde wissen ob es ein Buckling ist oder Static! wenn ja die die Vorgehensweise ist!

------------------
Ich schlaffe, also
existiere

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N.Lesch
Ehrenmitglied V.I.P. h.c.
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Beiträge: 4746
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WF 4

erstellt am: 23. Feb. 2019 07:32    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Joint Smoker 10 Unities + Antwort hilfreich

Natürlich ist es eine statische Rechnung, weil es bei Zugbelastung kein Knicken und Beulen gibt.
Bei Druckbelastung müstest Du zweimal rechnen.  Einmal statisch und einmal auf Knicken und Beulen.

------------------
Klaus

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Duke711
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Wieso beschäftigen sich dauernd Menschen mit FEM, wenn noch nicht mal grundlegendes Wissen über Mechanik/Statik und Festigkeitslehre vorhanden ist?

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Joint Smoker
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Platmacher


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Beiträge: 16
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@ Duke711:
Es tut uns Leid! Es war uns nicht klar dass FEM ein Erbstuck von Ihre Familie ist!  

------------------
Ich schlaffe, also
existiere

[Diese Nachricht wurde von Joint Smoker am 23. Feb. 2019 editiert.]

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smittytomcat
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Naval Architect / Dipl.-Ing. Schiffbau, selbstständig


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erstellt am: 24. Feb. 2019 09:16    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Joint Smoker 10 Unities + Antwort hilfreich

also ich kann Duke nur zustimmen.

------------------
Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

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Ed93
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erstellt am: 25. Feb. 2019 10:03    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Joint Smoker 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von Joint Smoker:

Angenommen ich habe ein Bauteil z.B. ein Rohr aus Titan und dieses Rohr soll 20 KN Zug aushalten können!
Wie ist die Vorgehensweise in FEM? Ist das ein Buckling Problematik? Wie kann ich für FEM definieren dass es soll 20 KN aushalten muss und wie kann herausfinden dass der Bauteil versagt hat!

ich bedanke mich voraus


[/B]


Wenn du das Rohr mit Hilfe von FEM nachrechnen möchtest, dann musst du zunächst wichtige Entscheidungen treffen:

-Welche Elemente nutzt Du? Volumen-, Schalen-, Balkenelemente?
Das entscheidest du Anhand der Wandstärke. Für dünne Rohre empfehle ich Schalenelemente.

-Welches Modell wählst Du für die Schalen?
Ich würde beispielsweise für diesen Fall zu unterintegrierten Belytschko-Tsay-Elemente (1 Integrationspunkt) greifen, oder einem voll integrierten Modell (4 Integrationspunkte)

- Wie groß sollen die Elemente sein?
Normalerwese macht man dazu eine Konvergenzstudie, die manchmal zur Divergenz führen kann (z.B. an unendlichen scharfen Kanten). Wie groß die Elemente sein müssen, liegt letztlich an der Geometrie und an deinem Vorhaben. Vergleichst du z.B. Schalenmodelle, solltest du jeweils eine Studie durchführen!

- Welches Materialmodell sollte gewählt werden?
Da hast du sehr viel Auswahl. Im einfachsten Fall ist elastisch (nur linear). Das nächst enifachere ist ein bilinieares Modell, bei dem du z.B. das Tangentialmodul vorgeben kannst. Man kann auch Versagensmodelle integrieren.

Eigentlich solltest du dir auch das Integrationsschema ansehen und und und... allerdings ist bei den meisten Solvern sehr viel voreingestellt und die Einstellungen funktionieren ganz gut.

Wenn du wissen willst, ob dein Bauteil versagt, dann schaust du dir deine Ergebnisse an (Spannung und Dehnung) und vergleichst sie mit deinem Material. Vielleicht hast du eine Spannungs-Dehnungskurve, oder auch ein Datenblatt wo sowas steht wie die Dehngrenze, Streckgrenze, Bruchdehnung...

Allerdings würde ich zum Anstieg doch etwas mehr in die Theorie schauen, dann wüsstest du, dass Buckling nicht eintreten kann. Wenn du es auf Druck belastet wird es nämlich deutlich komplizierter! Von Euler-Knicken, über die Faltenbildung (Symmetrisch oder eckig) bis hin zum Stauchen kann einiges geschehen und sehr tückisch beim modellieren sein.

Es ist nun doch mehr, als auf einen Knopf dücken und dann spuckt der Rechner einem alles aus, was man braucht. Lies dich etwas ein, dann kann das richtig Spaß machen!

Viel Erfolg!

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JointSmoker
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erstellt am: 27. Feb. 2019 20:02    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Joint Smoker 10 Unities + Antwort hilfreich

@ED93
Ich bedanke mich sehr sehr sehr für deine ausführliche Antwort. wirklich toll!

Also Folgendes:
Meine Rohrdicke ist 2 mm.
Das Rohr soll (15G) also 15*9.8 m/s^2 zusätzlich in X-Y-Z-Richtungen auch aushalten.
Material ist Titan!
Nun meine Frage ist, wie soll ich diese 15G für meine Bauteil als Kraft definieren! Soll ich diese 15G auf die Kräfte addieren???
 

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N.Lesch
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WF 4

erstellt am: 27. Feb. 2019 21:15    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Joint Smoker 10 Unities + Antwort hilfreich

Es ist wirklich mühsam dir die Grundlagen der Technik zu erkären.
G = Giga , das ist ein Faktor ich glaube 10^9 .
g = Erdbeschleunigung, das sind die 9,8 m/s^2.

Eine Beschleunigung allein verursacht noch keine Materialbeanspruchung.
Da kann man auch nichts mit FEM rechnen.
Vermutlich meinst Du mit 15 g Schock- oder Vebrationsbeansprung.
Dann mußt Du aber erst das genau definieren. Also wie das Rohr eingespannt werden soll und wie geschüttelt werden soll.
Titan ist in der FEM keine Materialangabe. In der statischen Rechnung ist der E-Modul entscheidend und dann vielleicht noch die Querkontraktion ny .
Für die Auswertung und Interpretation ist auch die die Streckgrenze Rp und
die Zugfestigkeit Re wichtig.
Dann sollte man noch wissen ob es ein duktiles oder sprödes Material ist, wg. NH oder GEH.
Verstehst Du jetzt was Du noch alles lernen mußt ?


------------------
Klaus

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Ed93
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erstellt am: 28. Feb. 2019 09:50    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Joint Smoker 10 Unities + Antwort hilfreich

Da dein Rohr eine gerine Wandstärke hat, gehe ich mal von einem kleinen Rohr mit somit geringer Masse aus. Im Vergleich zu den 10 kN sind somit die Beschleunigungseffekte gering. Ich würde sie vernachlässigen.

Eine Beschleunigung verursacht jedoch sehr wohl eine Beanspruchung! Eine FEM-Software berechnet unter Berücksichtigung von Kräften zunächst die Beschleunigung (der Knoten). Damit lassen sich die Knotenverschiebungen und Spannungen berechnen.

In Anbetracht der (vermeindlich) geringen Masse, würde ich jedoch Trägheitseffekte auf jeden Fall nicht modellieren! Du kannst theoretisch die Beschleunigungen direkt aufprägen auf die Knoten, jedoch erzeugt das nach meinen Erfahrungen starke Oszillationen und das schon bei einer Beschleunigung in eine Richtung. Die bekommst du nur raus, wenn du künstlich eine Dämpfung in die Lösungsmatrix einbaust oder die Ergebnisse im Nachhinein filterst (z.B. Butterworth). Wenn du nicht genau weißt, was rauskommen sollte (z.B. aus Messungen), dann ist das jedoch nur Raterei und du weißt weder, wie stark du dämpfen musst, noch welche Grenzfrequenz ratsam ist. Wenn man das 1000 mal gemacht hat, dann bekommt man sicherlich ein Gefühl dafür. Da ich das nicht habe, kann ich dir leider nichts raten.

Titan als Materialangabe reicht tatsächlich nicht... es gibt verschiedene Legierungen. Die vermutlich gängigste ist Ti6Al4V, dazu findest du mühelos alle Materialdaten, die du brauchst.

Solltest du tatsächlich starke Vibrationen (z.B. Raktenstart) modellieren wollen, dann musst du dir genau deine Lagerung anschauen. Das wird jedoch schnell sehr viel komplizierter. Berechne lieber erst mal deinen statischen Fall und vergleiche ihn mit einer analytischen Lösung. Das eignet sich gut zum Üben.

[Diese Nachricht wurde von Ed93 am 28. Feb. 2019 editiert.]

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N.Lesch
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WF 4

erstellt am: 28. Feb. 2019 18:40    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Joint Smoker 10 Unities + Antwort hilfreich

Eine Beschleunigung ohne Einspannung oder Lagerung ist z.B. freier Fall oder Rigid Body Motion. ( jetzt kommt natürlich wieder jemand mit Luftwiderstand )
Wie Du ja weiter unten auch schreibst.  Also was solls ?

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Klaus

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Ed93
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erstellt am: 01. Mrz. 2019 10:13    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Joint Smoker 10 Unities + Antwort hilfreich

Ja, da hast du natürlich recht. Ich bin von einer Lagerung ausgegangen. Einige Solver können auch keine Bewegung oder gar Kollision berechnen.

Neben Luftwiderstand wäre natürlich auch ein kleines schwarzes Loch denkbar mit einem großen Gravitationsgradienten, der das Rohr auseinanderzieht  ... aber das ist natürlich Spinnerei.

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