Software: FEM - Tutorial - 2D-Komponente - Belastung - Spielpassung

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Neuer Lastfall: Spielpassung auf biegesteifem Bolzen

Lastfall entspricht einem Satz von Lasten und Abhängigkeiten, die gleichzeitig auf ein Modell angewendet werden:

• Ein Lastfall beschreibt eine konkrete Belastungssituation für ein Bauteil bzw. eine Baugruppe.
• Bauteile / Baugruppen sind in der Realität unterschiedlichsten Belastungssituationen ausgesetzt, welchen sie allen standhalten müssen. Deshalb muss man im Normalfall auch das Modellverhalten unter verschiedenen Belastungssituationen analysieren.
• Moderne FEM-Umgebungen bieten die Möglichkeit, mehrere Lastfälle für ein Finite-Elemente-Netz (entspricht der modellierten Geometrie) zu definieren und zu simulieren.

Die Annahme einer festen und unendlich steifen Verbindung zwischen Lasche und einem unverformbaren Bolzen ist sicher etwas unrealistisch. Die resultierenden Belastungen werden sich von den realen Verhältnissen mehr oder weniger stark unterscheiden:

• Lastfall1 (standardmäßig in einer neuen Studie angelegt) nutzten wir zur Nachbildung dieser idealisierten "Schweißverbindung". Bevor ein weiterer Lastfall definiert wird, sollte eine prägnante Benennung des vorhandenen Lastfalls erfolgen (z.B. "Fest").
• Neuer Lastfall "Spiel" soll der Befestigung der Lasche mittels Spielpassung auf einem Bolzen entsprechen.

Wir konfigurieren den neuen Lastfall innerhalb der Studie so, dass die Belastungsverhältnisse einer Spielpassung nachgebildet werden:

• Der Bolzen soll vereinfacht wieder als biegesteif angenommen werden.
  
• Dazu verwenden wir die strukturelle Last "Lagerbelastung" mit Angabe des Kraftwertes in X-Richtung.
• Für die erforderliche vollständige Fixierung des Modell-Körpers sorgt die strukturelle Abhängigkeit "Fest" in allen Koordinatenrichtungen an der Stirnfläche.
• Die vollständige Fixierung widerspiegelt sich in der grünen Farbe des Bauteils nach Wahl von Anzeige > FHG-Ansicht (FHG ... Freiheitsgrade):
  

Hinweise:

• Aktiviert man z.B. durch Doppelklick den vorherigen Lastfall, so zeigt die Farbe Cyan eine mögliche Unsicherheit in Hinblick auf die vollständige Fixierung infolge unserer Trickserei mit der Z-Festlegung der Stirnfläche.
• Vor dem Starten der Lösung sollte wieder der zweite, jetzt interessierende Lastfall aktiviert werden, damit dann dessen Ergebnisse angezeigt werden.
• Unabhängig vom konkret aktivierten Lastfall überprüft Lösen > Vorüberprüfung alle Lastfälle der aktiven Studie, da immer alle Lastfälle der Studie im Rahmen der Lösung berechnet werden:
  
• Die Warnung bezieht sich im Beispiel auf den ersten Lastfall, auch wenn der zweite Lastfall aktiviert ist.

Problem:

• Ist der zweite Lastfall bei der Berechnung aktiv, so resultieren daraus etwas veränderte Ergebniswerte für den ersten Lastfall (im Beispiel erhöhte sich dort die max. Spannung von 205 MPa auf 220 MPa)!
• Anscheinend beeinflussen sich die Ergebnisse verschiedener Lastfälle untereinander, was aber nicht sein darf.
• Bis zur Klärung dieses Problems sollte man die unterschiedlichen Lastfälle jeweils nur einzeln berechnen (entweder durch deaktivieren der anderen Lastfälle oder in getrennten Studien).

Nach dem Lösen werden die Ergebnisse für den aktiven Lastfall dargestellt. Die Darstellung der Von-Mises-Spannung auf dem deformierten Modell zeigt für die Spielpassung eine qualitativ völlig andere Belastung der Lasche:

• Das Loch wird aufgeweitet. Es drückt nur ca. die Hälfte der Innenwand des Loches auf den Bolzen.
• Die höchste Belastung entsteht nun auf der abgerundeten Seite der Lasche und durch Druckbelastung an den seitlichen Kontaktflächen des Loches zum Bolzen.
• Wichtig: Die Loch-Kanten sind nun nicht mehr die kritischen Stellen für die Sicherheit! Entscheidend ist jetzt nur noch die Flächen-Pressung an der Lochwand:

Fragen:

• Welche Zugkraft verträgt die Lasche bei Befestigung mittels Spielpassung, damit der Sicherheitsfaktor > 2 für das gesamte Bauteil gilt?
• Wie groß sind im Vergleich die maximalen Verformungen der Lasche beim "Verschweißen" und beim Befestigen mittels Spielpassung?
• Der als Bestandteil der Lösung einzusendende Lastfall "Spiel" der Studie ist mit dem ermittelten Kraftwert zu konfigurieren!

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