Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Ansys - Belastungsanalyse Postprocessing

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Ergebnis-Darstellung (Streckenlast)

Wir fügen der Lösung die Ergebnisse für Vergleichsspannung, Vergleichsdehnung und Verschiebungskomponente (Z) hinzu und rufen alle Ergebnisse ab. Im Folgenden betrachten wir die Komponenten der Baugruppe wieder einzeln. Dazu sind folgende Befehle hilfreich und sollen ausprobiert werden:

• Im Übersichtsbaum unter Geometrie kann man in den Details von "..." die Sichtbarkeit des jeweiligen Körpers an- und ausschalten (Sichtbar: Ja/Nein).
• Das Kontextmenü auf Körpern im Grafikbereich bietet die gleichen Optionen:
  • blendet den gewählten Körper aus dem sichtbaren Bereich aus.
  • blendet alle anderen Körper aus, nur nicht den ausgewählten.
  • invertiert die angezeigten Körper (Umschalten zwischen Stahlscheiben und Gummipuffer)
  • blendet alle Körper wieder ein.
• Ändert man die angezeigten Körper, bietet es sich an die Konfiguration der Ergebnislegende über deren Kontextmenü > Auf Sichtbares an(zu)passen

• Leider funktioniert das automatische Anpassen der Ergebnislegende nicht immer zuverlässig.
• Die sicherere und komfortablere Variante ist es deshalb, die Ergebnisse zusätzlich für einzelne Körper abzurufen. Das erspart einem auch das Umschalten der Sichtbarkeit:

1. Hinzufügen eines Ergebnisses über MFL oder Kontextmenü
2. In Details von "..." > Geometrie die passenden Körper zuweisen
3. Dann Ergebnisse abrufen (Körper lassen sich danach nicht mehr ändern)

• Wir nutzen diese Funktion jeweils für die Vergleichsspannung der Stahlscheiben und des Gummis sowie die Vergleichsdehnung des Gummikörpers.

1. Stahlscheiben
Erstellt man einzelne Ergebnisse für die Körper, so ist die Standardskalierung der Darstellung meist zufriedenstellend:

• Wir erkennen eine Zugbelastung entlang des unteren Lochrandes und eine Druckbelastung auf der Oberseite. Die Vergleichsspannung zeigt beide Bereiche nur als "belastet" an, betrachtet man die Normalspannungen, so ergibt sich die Belastungsrichtung.
• Man kann vereinfacht sagen, dass die Stahlscheibe am inneren Loch festgehalten und weiter außen nach oben gedrückt wird. Dadurch ist eine Streckung des Materials auf der Unter- und eine Stauchung auf der Oberseite in radialer Richtung anzunehmen.
• Die nun beobachteten Spannungsextrema in tangentialer Richtung resultieren aus der Umfangsvergrößerung oder -verkleinerung.
• Als Vergleich kann ein ringförmiges Gummiband dienen. Wird es allseitig nach außen gezogen, ist die maximale Spannung in tangentialer Richtung – der Gummi wird vereinfacht nur langgezogen. Dieser Effekt ist je größer, desto kleiner der Radius ist. Daher entstehen die großen Spannungswerte am Loch der Stahlscheibe.
• Wir haben also – ähnlich wie bei der Biegebelastung eines Balkens – eine Konzentration der Spannungen auf der Ober- und Unterseite, wobei mittig eine neutrale Fase entsteht.
• Diese Spannungskonzentration erhöht sich wiederum beim kleinsten Radius. Durch diese hohe Spannungskonzentration resultiert die deutliche Spannungsüberhöhung in der Stahlscheibe gegenüber dem Gummi.

2. Gummihülse

• Die Spannungsverteilung fällt entsprechend dem Lastfall symmetrisch aus.
• Die Ergebnisse zeigen, dass die Materialspannungen im Elastomer um drei Größenordnungen kleiner als im Stahl sind.
• Die Spannungsverläufe sehen bei der gewählten Vernetzung recht gleichmäßig aus. Wir wissen aber, dass insbesondere die Spannungsüberhöhungen an den Körperkanten keine exakte Lösung darstellen.

Fragen (Streckenlast)

1. Wie groß ist der Sicherheitsfaktor am Innenrand der oberen Stahlscheibe bei einer Druckkraft von 100 N auf die Lochkante?
2. Wie groß ist der Maximalwert der Mises-Spannung im Gummimaterial?
3. Wie stark wird der Gummipuffer maximal zusammengedrückt (in Z-Richtung)?

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