Software: FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Beanspruchung

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Beanspruchung (Sicherheitsfaktor)

Ansys bietet im Unterschied zur Fusion-Belastungsanalyse eine etwas verstecktere Möglichkeit, den "aktuellen" Sicherheitsfaktor in Abhängigkeit von der Position auf dem Bauteil grafisch darzustellen:

• Man kann ihn über MFL > Lösung > Toolbox > Spannungs-Tool einbinden.
• Der eigentliche Sicherheitsfaktor findet sich dann im Unterordner des Spannungs-Tools.
• Über die Details von "Spannungs-Tool" kann man auswählen ob sich der Faktor auf die Zug-Streckgrenze (Sicherheit gegen Fließen) oder auf die maximale Zugsteifigkeit (Sicherheit gegen Bruch) beziehen soll.

Der Sicherheitsfaktor stellt ein kombiniertes Ergebnis aus den ermittelten Spannungen und den Grenzwerten des genutzten Materials dar. Möchte man vergleichbare Betrachtungen durchführen, bietet Ansys Mechanical die Möglichkeit benutzerdefinierte Ergebnisse zu erstellen. Diese sind immer dann hilfreich, wenn die gewünschte Funktion nicht vordefiniert ist.

• Unter MFL > Lösung > Ansichten > Arbeitsblatt kann man alle verfügbaren Größen anzeigen lassen.
• Der Sicherheitsfaktor (gegen Fließen) für zähe Materialien wird definiert als das Verhältnis der Streckgrenze des Materials zur maximal auftretenden Belastung:

S_F=R_e/σ_max

• Aus der Tabelle ermitteln wir die interne Bezeichnung der Vergleichsspannung: SEQV.
• Über das Kontextmenü könnte man jetzt direkt ein benutzerdefiniertes Ergebnis erstellen oder sich diese Abkürzung merken. Den Sicherheitsfaktor definiert man dann entsprechend der Grenzwerte des Materials manuell.
• Im konkreten Fall können wir uns diese Vorgehensweise aber sparen und nutzen einfach das vordefinierte Ergebnis.
• Wir streben einen Sicherheitsfaktor S ≥ 2 an, d.h. bei Re=410 MPa wäre ein σ_max ≤ 205 MPa zulässig.
• Diesen Wert erreichen wir mit einer Zugkraft von 1000 N entsprechend unserer Modellberechnung nicht.

"Filter" für die Darstellung überlasteter Bereiche:

• Man kann einen Werte-Bereich angeben, in dem eine Darstellung der Farbkontur für die gewählte Größe erfolgt. Dazu wählt man MFL > Ergebnis > Anzeige > Geometrie > Begrenzte Isoflächen.
• Es sollen nur die Bauteil-Bereiche farblich markiert werden, in denen der geforderte Sicherheitsfaktor unterschritten wird: Begrenzung "Oben" mit Grenzwert 2:

• Hinweis: Im Bild wurde der Sicherheitsfaktor 5 zur besseren Visualisierung gewählt. Der Bereich mit S < 2 ist sehr klein.

Frage:

• Welche zulässige Zugkraft ergibt sich anhand des vorhandenen Modells bei einem Sicherheitsfaktor S ≥ 2?
• Achtung: Wer sehr genau arbeiten möchte und den Kraftwert mit Nachkommastelle angibt, muss im APDL-Befehl beachten, dass hier ein Punkt statt Komma als Dezimaltrennzeichen gilt (also z.B. 123.4 nicht 123,4).
• Mittels der Filter-Funktion ist zu überprüfen, dass in keinem Bauteilbereich die zulässige Belastung für diesen Sicherheitsfaktor überschritten wird!

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