Sonntag, 15. November 2015
Sonntag, 15. November 2015
FE-Rechnungen mit Pro/Mechanica auswerten
Nachdem die Berechnung abgeschlossen wurde, kann man diese mittels der Auswerteumgebung anschauen. Es gibt einige grundsätzlich mögliche Auswertungen der Berechnung. Diese sind:
Verschiebungen in mm
Verschiebungen können beispielsweise Biegelinien aufzeigen oder dienen zur Überprüfung, ob das Ergebnis qualitativ der Realität entstprechen kann. Sollte eine nicht erwartetee BEwegung oder Biegelinie angezeigt werden, so zeigt das ein Fehler im Modell auf. Das Ergebnis ist damit nicht aussagekräftig, weil eine wichtige Randbedingung nicht korrekt gesetzt wurde.
Hier im Beispiel sieht man die Biegelinie einer Schaltstange mit angebundener Schaltgabel. Es ist deutlich ersichtlich, wie sich die Bauteile verformen. Natürlich ist die Bewegung so klein, dass man sie normalerweise nicht sehen kann, daher gibt es die Möglichkeit diese überhöht anzuzeigen, um qualitative Ergebnisse zu erzielen. Die Zahlenwerte lassen sich bezüglich eines belibigen Koordinatensystems anzeigen; dazu muss das Koordinatensystem im entsprechenden Bauteil als KE angelegt sein. Das Raumkoordinatensystem ist immer verfügbar und ist ein kartesisches KS.
Es lassen sich natürlich bei einer Baugruppe mit vielen Bauteilen auch Bauteile ausblenden. Damit kann man sich gezielt der Auswertung von einzelnen Bauteilen machen ... nacheinander.
Spannungen in MPa
Bei dreidimensionalen Bauteilen gibt es immer 6 mögliche Spannungen. Zum einen die Schubspannungen, welche in den drei senkrecht aufeinanderstehenden Raumebenen liegen. Zum anderen die Normalspannungen, deren Spannung senkrecht auf den Raumachsen liegen.
Abhängig vom Werkstoff bzw. dessen Härtegefüge kann man vereinfachend von einer Vergleichsspannung ausgehen, welche über 3 mögliche Formeln die einzelnen 6 Spannungen zu einem Wert zusammenfassen. Dieser Wert wird auch als von-Mises-Spannung bezeichnet und läßt sich gegenüber der Streckgrenze Re bzw. Rp0,2 eines Werkstoffes vergleichen. Hierbei läßt sich aus einer Strukturberechnung mittels PRO/mechanica erkennen, ob eine Stelle eines Bauteils noch unterhalb der Streckgrenze belastet ist oder darüber. Darüber würde es zu einer plastischen Verformung kommen, und das Bauteil kann eine solche Belastung nur zeitweise ertragen, bevor es versagt.
Eine weitere wichtige Größe ist die maximale Hauptspannung. Sie sagt aus, ob eine Region auf Zug belastet oder auf Druck belastet ist. In der Regel sind lokale Druckbelastungen höher als die Streckgrenze noch eher zu verkraften als Zugbelastungen. Das kommt aber immer auf den Einzelfall an wie die Werkstoffart, liegt Umlaufbiegung vor oder ist eine lokale Verfestigung sogar gewünscht.
Beide Größen können mit PRO/mechnica ermittelt und eine einfache Auswertung angefertigt werden.
Kontaktspannungen in MPa
Bei der FEM-Modellierung mit Kontakten zwischen den Bauteilen wird erreicht, dass die Lastübertragung sehr realistisch erfolgen kann. Damit kann erreicht werden, dass nicht das zu untersuchende Bauteil direkt mit einer vereinfachten Belastung oder einem vereinfachten Festhalten fehlerhaft berechnet wird. Das Prinzip sollte hier sein, möglichst angrenzende Bauteile, welche die Last übertragen mit Randbedingungen und Lasten zu versehen, und die zu untersuchenden Bauteile möglichst nur mit Kontakten zu belasten.
Ein Kontakt sind Flächen auf den beiden Bauteilen, die entweder schon zu Beginn der FE-Rechnung oder im Laufe der Berechnung miteinander in Kontakt treten. Sobald diese aufeinandertreffen, wird die Weiterbewegung gestoppt und die Bauteile berühren sich. Man sieht dann, ob ein Linienkontakt oder ein Flächenkontakt vorliegt.
Die Kontaktspannungen können farblich hervorgehoben dargestellt werden. Dadurch sieht man auf einen Blick, ob sich Bauteile an der richtigen Stelle berühren, also ob das FE-Modell korrekt war. Diese Plausibitlitätsprüfung sollte auf jeden Fall gemacht werden um Sicherheit darüber zu bekommen, ob man dem Ergebnis trauen kann ... weil die Ergebnisse qualitätiv plausibel sind. Die Höhe der Werte ist dann wieder Ergebnis der Berechnung.