Die in der Abbildung dargestellte Konsole wurde mit der jeweiligen Lastannahme (1 und 2)
als FEM- Modell dargestellt und berechnet. Der Aufbau der Modelle und deren Ergebnisse
sind dokumentiert und ausgewertet worden. Dabei wurden jeweils Spannungen und
Verformungen betrachtet. Bei der Lastannahme 1 wirkt eine senkrechte Kraft F (20kN) auf
die Konsoloberseite. Bei der Lastannahme 2 wird die Kraft F (20kN) über einen Bolzen in die
Konsole eingeleitet, wobei zwischen Bolzen und Konsolbohrungen eine kleine Spielpassung
angenommen werden soll. Die Konsole ist mit einer Rundumnaht angeschweißt. 2.1 FEM- Programm:
Zur Berechnung der Lochscheibe wurde das Programm COSMOS (Version GeoStar 2.6 64K
Version) verwendet. Dabei wurden jeweils die Geometrien erstellt, vernetzt,
Randbedingungen vereinbart und statisch linear berechnet.
2.2 Elementtypen:
Beide Modelle wurden mit Schalenelementen (Shell4L) vernetzt, um Biege- und
Schubspannungen in den Blechen berücksichtigen zu können. Modelliert wurde die Geometrie in Schalenmittelebene. Die Blechdicken S1 und S2 wurden über die
Realkonstanten in COSMOS definiert. [...]
Inhaltsverzeichnis
Formelzeichen
1 Präzisierung der Aufgabenstellung
2 Rechenmodell
2.1 FEM- Programm:
2.2 Elementtypen:
2.3 Anzahl der Elemente/Knoten:
2.4 Lastmodellierung/ Stützen:
2 Ergebnisüberprüfung (Handrechnung)
3 Ergebnisse
3.1 Ergebnisse im Modell 1
3.1.1 Vergleichs- und Normalspannungen
3.1.2 Scherspannungen
3.1.3 Verformungen
3.2 Ergebnisse im Modell 2
3.2.1 Vergleichs-/Normalspannungen
3.2.2 Scherspannungen
3.2.3 Verformungen
4 Zusammenfassung
5. Fehlerkritik
Zielsetzung und Themen der Arbeit
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die statische Untersuchung und der rechnerische Nachweis von Spannungs- und Verformungsgrößen einer Konsole unter zwei unterschiedlichen Belastungsszenarien. Die Arbeit vergleicht dabei die Ergebnisse einer Finite-Elemente-Analyse (FEM) mit einer verifizierenden Handrechnung, um das strukturelle Verhalten und die Tragfähigkeit des Bauteils bei direkter Krafteinleitung auf das Gurtblech sowie bei indirekter Einleitung über einen Bolzen zu bewerten.
- Vergleich der Auswirkungen unterschiedlicher Lasteinleitungsmodelle (Flächenlast vs. Bolzenbelastung)
- Analyse der Spannungsverteilung und Identifikation potenzieller plastischer Verformungsbereiche
- Validierung der FEM-Ergebnisse mittels klassischer Starrkörpertheorie und analytischer Handrechnung
- Untersuchung von Scherspannungen und Durchbiegungen unter Berücksichtigung der Schalenmodellierung
Auszug aus dem Buch
1 Präzisierung der Aufgabenstellung
Die in der Abbildung dargestellte Konsole wurde mit der jeweiligen Lastannahme (1 und 2) als FEM- Modell dargestellt und berechnet. Der Aufbau der Modelle und deren Ergebnisse sind dokumentiert und ausgewertet worden. Dabei wurden jeweils Spannungen und Verformungen betrachtet. Bei der Lastannahme 1 wirkt eine senkrechte Kraft F (20kN) auf die Konsoloberseite. Bei der Lastannahme 2 wird die Kraft F (20kN) über einen Bolzen in die Konsole eingeleitet, wobei zwischen Bolzen und Konsolbohrungen eine kleine Spielpassung angenommen werden soll. Die Konsole ist mit einer Rundumnaht angeschweißt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Präzisierung der Aufgabenstellung: Definition der geometrischen Konfiguration der Konsole sowie der zwei unterschiedlichen Lastannahmen für die FEM-Berechnung.
2 Rechenmodell: Beschreibung der verwendeten Software COSMOS, der Schalenelementtypen, der Vernetzungsstrategie sowie der Lastmodellierung mittels Flächenlasten oder RBAR-Elementen.
2 Ergebnisüberprüfung (Handrechnung): Validierung der FEM-Ergebnisse durch einen rechnerischen Vergleich an einer spezifischen Stelle, basierend auf der Biegetheorie.
3 Ergebnisse: Detaillierte Darstellung der Spannungs- und Verformungszustände für das erste Modell mit Fokus auf hohe Biegebelastungen und das zweite Modell unter Bolzenbelastung.
4 Zusammenfassung: Abschließende Gegenüberstellung der Ergebnisse beider Lastfälle und Bewertung der Versagensrisiken.
5. Fehlerkritik: Kritische Reflexion der methodischen Limitationen, insbesondere des linear-elastischen Berechnungsansatzes und der Modellierungseffekte durch die RBAR-Elemente.
Schlüsselwörter
Finite-Elemente-Methode, Konsole, Statische Berechnung, Biegespannung, Scherspannung, FEM, Schalenelemente, RBAR-Elemente, Spannungsanalyse, Verformung, Lastmodellierung, S235, Bolzenverbindung, Strukturmechanik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht das statische Verhalten einer Konsole aus Stahl unter zwei verschiedenen Belastungsszenarien mithilfe der Finite-Elemente-Methode.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit fokussiert sich auf Spannungsanalysen, Verformungsverhalten, den Einfluss unterschiedlicher Lasteinleitungen und die Validierung durch Handrechnungen.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist der rechnerische Nachweis der Spannungs- und Verformungszustände und die Bewertung der Tragfähigkeit der Konsole für beide Lastfälle.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine numerische Simulation mittels FEM (Programm COSMOS) in Kombination mit einer analytischen Handrechnung zur Verifizierung der Ergebnisse eingesetzt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert die Ergebnisse für die beiden Modelle, wobei Spannungen (Vergleichs- und Normalspannungen), Scherspannungen und Verformungen detailliert ausgewertet werden.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich am besten mit Begriffen wie Finite-Elemente-Methode, Statische Berechnung, Biegespannung und Strukturmechanik beschreiben.
Warum führt die Modellierung im zweiten Lastfall zu lokalen Fehlern?
Die RBAR-Elemente in der Bohrung führen aufgrund ihrer steifen Anbindung zu lokalen Verformungen und Spannungsspitzen, die das reale physikalische Verhalten leicht verfälschen.
Welche Rolle spielt die gewählte Materialgüte (S235)?
Der Werkstoff S235 mit seiner Streckgrenze von 235 N/mm² dient als Referenz, um zu beurteilen, ob die in der Simulation berechneten Spannungen zu einer plastischen Verformung oder zum Versagen des Bauteils führen.
- Quote paper
- Jörg Fricke (Author), 2002, Statische Berechnung von Spannungs- und Verformungsgrößen einer Konsole mittels Finite Element Methode, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/20292
