Einfache Tellerfederberechnung (FEM / Genormte Berechnungen/ANSYS)


	Gut zu wissen: Hilfreiche Tipps und Tricks aus der Praxis prägnant, und auf den Punkt gebracht für Ansys
Autor	Thema: Einfache Tellerfederberechnung (6622 mal gelesen)
lmueller Mitglied Wissenschaftlicher Mitarbeiter Beiträge: 21 Registriert: 06.10.2008 FEM: ANSYS & Abaqus	erstellt am: 09. Feb. 2009 15:52 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Hallo Zusammen, ich möchte mit nachfolgendem Modell eine Tellerfeder einfachst "nachrechnen". Leider klappt es so wie ich es mir vorgestellt habe. Laut DIN sollte es sich um ca. 3.8mm durchbiegen, Ansys macht daraus ca. 2.7mm. Eine so grosse Abweichung lässt einen Modell oder Geometriefehler vermuten, die Geometrie stimmt, aber evtl. liegt ein Denkfehler in dem axsymetrischen Ansatz. Bin für jeder Hilfe Dankbar. Mit freundlichen Grüßen Lutz Müller Geometriebeschreibung unter [URL=http://www.federnwerk.de/produkte/pics/tellerfedern/tellerfedern_1.gif[/URL] ------schnipp schnapp ------------ ! mögliche Aufgabe zum Praktikum FEM ! Tellerfeder ! Init finish /clear ! Werte für Tellerfeder DIN 2093 - B 180 De = 180 ! Außendurchmesser in mm Di = 92 ! Innendurchmesser in mm t = 6 ! Dicke der Einzeltellerfeder in mm l0 = 11.1 ! Bauhöhe der unbelasteten Einzeltellerfeder in mm s = 3.83 ! Federweg der Einzeltellerfeder in mm h0 = s4/3 ! ca. Federhöhe (theoretischer Federweg bis zur Planlage) in mm alpha = acos((l0-h0)/t) ! Steigungswinkel Tellerfeder - Ableitung siehe Mapledokument K1x = Di/2 ! X- Wert Keypoint 1 - Ableitung siehe Mapledokument K1y = h0 ! y- Wert Keypoint 1 - Ableitung siehe Mapledokument K2x = De/2-tsin(alpha) ! x- Wert Keypoint 2 - Ableitung siehe Mapledokument K2y = 0 ! y- Wert Keypoint 2 - Ableitung siehe Mapledokument K3x = De/2 ! x- Wert Keypoint 3 - Ableitung siehe Mapledokument K3y = tcos(alpha) ! y- Wert Keypoint 3 - Ableitung siehe Mapledokument K4x = Di/ 2+tsin(alpha) ! x- Wert Keypoint 3 - Ableitung siehe Mapledokument K4y = l0 ! y- Wert Keypoint 3 - Ableitung siehe Mapledokument e_modul = 2.06E5 ! in N/mm^2 mue = 0.3 ! Querkontraktionszahl fmax = 37.5E3 ! Maximalkraft laut DIN auf Tellerfeder soll s = 3.83 fn = 11 ! Anzahl Kräfte von 0 bis FMAX etl = 2 ! Teilungsfaktor Linie ! Definition der Felder dim,DF,table,fn ! Tabelle Kraft dim,DS,table,fn ! Tabelle Weg dim,DR,table,fn ! Tabelle Federate dim,DSM,table,fn ! max. v. Misses Spannung /prep7 ! Scheibenelement et,1,plane82,,,1 ! def. Scheibe "Axisymmetric" mp,ex,1,e_modul ! def. E-Modul mp,nuxy,1,mue ! def. Querkontraktionszahl ! Def. Keypoints k,1,K1x,K1y k,2,K2x,K2y k,3,K3x,K3y k,4,K4x,K4y ! Def. Linien l,1,2 l,2,3 l,3,4 l,4,1 ! Linien aufteilen t1 = nint((de-di)/2etl) t2 = nint(tetl) lesize,1,,,t1 lesize,3,,,t1 lesize,2,,,t2 lesize,4,,,t2 ! Def. Fläche al,1,2,3,4 ! Vernetzung type,1 mat, 1 real,1 mshkey,1 ! Mapped Mesh amesh,1 ! Vernetze Fläche 1 ! def. Auflager dk,2,uy,0 ! Diesen Keypoint in y festhalen ! def. Last fk,4,fy,-fmax finish ! Lösung /solu solve finish ! Nachlaufrechnung /post1 Plns,s,eqv finish Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP
Jens.Friedrich Moderator Dipl. -Ing. Beiträge: 1048 Registriert: 09.09.2005 ANSYS2021 R2	erstellt am: 09. Feb. 2009 16:04 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für lmueller Am einfachsten gehts wie in VM22: Gruß Jens /COM,ANSYS MEDIA REL. 11.0 (10/27/2006) REF. VERIF. MANUAL: REL. 11.0 /VERIFY,VM22 /PREP7 /TITLE, VM22, SMALL DEFLECTION OF A BELLEVILLE SPRING C*** STR. OF MATL., TIMOSHENKO, PART 2, 3RD ED., PAGE 143, PROB. 2 ANTYPE,STATIC ET,1,SHELL208,,,2 SECTYPE,1,SHELL SECDATA,0.2 SECNUM,1 MP,EX,1,3E7 MP,NUXY,1,0 N,1,1,(.5TAN(.12217)) ! DEFINE NODES N,2,1.5 E,1,2 ! DEFINE ELEMENT D,2,UY ! BOUNDARY CONDITIONS AND LOADS F,1,FY,-628.31853 FINISH /SOLU SOLVE FINISH /POST1 SET,1,1 plnsol,u,sum ------------------ Jens Friedrich TU-Dresden Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat* des Beitrags) IP
Jens.Friedrich Moderator Dipl. -Ing. Beiträge: 1048 Registriert: 09.09.2005 ANSYS2021 R2	erstellt am: 09. Feb. 2009 16:07 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für lmueller Ach! Tellerfedern werden auch in "FEM für Praktiker" Band1 BSP18 behandelt. http://femfuerpraktiker.de/Bd1_8_Beisp.html Gruß Jens ------------------ Jens Friedrich TU-Dresden Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP
lmueller Mitglied Wissenschaftlicher Mitarbeiter Beiträge: 21 Registriert: 06.10.2008 FEM: ANSYS & Abaqus	erstellt am: 09. Feb. 2009 20:20 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Hallo Jens, vielen Dank für die Antwort, ich werde gleich morgen in der Firma (FH Köln) mal versuchen das mit axsymetrischen (hyperelastischen?) Schalen abzubilden. Was mich als FEM Anfänger (ich bin zu Ansys gekommen wie die Jungfrau zum Kinde, mein Fachgebiet ist die 3D Messtechnik) warum das mit dem Scheibenansatz nicht so gut hinhaut. Viel Grüße Lutz Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP
lmueller Mitglied Wissenschaftlicher Mitarbeiter Beiträge: 21 Registriert: 06.10.2008 FEM: ANSYS & Abaqus	erstellt am: 10. Feb. 2009 16:27 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Hallo Zusammen, nach durchrechnen verschiedener Modell der DIN Feder ist hier das Ergebnis der max. Durchbiegung: Modell mit shell208: nicht linear berechnet 4.28mm linear berechnet 2.73mm Modell mit plane42: nicht linear berechnet 4.37mm linear berechnet 2.68mm Modell mit plane82: nicht linear berechnet 4.37mm linear berechnet 2.68mm Fazit: 1. Das Modell der Durchbiegung mittels shell208 ist (fast) gleich zu den Scheibenmodellen, wobei die Scheiben auch was über den 2D Spanungsverlauf aussagen 2. Der "Katalogwert" für diese Feder unter Nennlast beträgt 3.83mm 3. Mit nlgeom,1 erhält man die "besseren" Werte 4. Ich bin weiterhin ratlos, denn so eine Abweichung (>10%) dürfte IMO eigentlich nicht sein Mit freundlichen Grüßen Lutz P.S.: Modelle als Makro -------------------------------------------------------------- ! Init finish /clear ! Werte für Tellerfeder DIN 2093 - B 180 De = 180 ! Außendurchmesser in mm Di = 92 ! Innendurchmesser in mm t = 6 ! Dicke der Einzeltellerfeder in mm l0 = 11.1 ! Bauhöhe der unbelasteten Einzeltellerfeder in mm s = 3.83 ! Federweg der Einzeltellerfeder in mm h0 = s4/3 ! ca. Federhöhe (theoretischer Federweg bis zur Planlage) in mm alpha = acos((l0-h0)/t) ! Steigungswinkel Tellerfeder - Ableitung siehe Mapledokument K1x = Di/2 ! X- Wert Keypoint 1 - Ableitung siehe Mapledokument K1y = h0 ! y- Wert Keypoint 1 - Ableitung siehe Mapledokument K2x = De/2-tsin(alpha) ! x- Wert Keypoint 2 - Ableitung siehe Mapledokument K2y = 0 ! y- Wert Keypoint 2 - Ableitung siehe Mapledokument K3x = De/2 ! x- Wert Keypoint 3 - Ableitung siehe Mapledokument K3y = tcos(alpha) ! y- Wert Keypoint 3 - Ableitung siehe Mapledokument K4x = Di/ 2+tsin(alpha) ! x- Wert Keypoint 3 - Ableitung siehe Mapledokument K4y = l0 ! y- Wert Keypoint 3 - Ableitung siehe Mapledokument e_modul = 2.06E5 ! in N/mm^2 mue = 0.3 ! Querkontraktionszahl fmax = 37.533E3 ! Maximalkraft auf Tellerfeder soll s = 3.83 fn = 11 ! Anzahl Kräfte von 0 bis FMAX etl = 1 ! Teilungsfaktor Linie ! Definition der Felder dim,DF,table,fn ! Tabelle Kraft dim,DS,table,fn ! Tabelle Weg dim,DR,table,fn ! Tabelle Federate dim,DSM,table,fn ! max. v. Misses Spannung !/COM,ANSYS MEDIA REL. 11.0 (10/27/2006) REF. VERIF. MANUAL: REL. 11.0 !/VERIFY,VM22 /PREP7 /TITLE, VM22, SMALL DEFLECTION OF A BELLEVILLE SPRING !C*** STR. OF MATL., TIMOSHENKO, PART 2, 3RD ED., PAGE 143, PROB. 2 ANTYPE,STATIC ET,1,SHELL208,,,2 SECTYPE,1,SHELL SECDATA,6 SECNUM,1 mp,ex,1,e_modul ! def. E-Modul mp,nuxy,1,mue ! def. Querkontraktionszahl N,1,K1x,K1y N,2,K2x,K2y E,1,2 ! DEFINE ELEMENT D,2,UY ! BOUNDARY CONDITIONS AND LOADS F,1,FY,-fmax FINISH /SOLU !nlgeom,1 SOLVE FINISH /POST1 SET,1,1 plnsol,u,sum --------------------------------------------------------------------------------- ! mögliche Aufgabe zum Praktikum FEM ! Tellerfeder ! Init finish /clear ! Werte für Tellerfeder DIN 2093 - B 180 De = 180 ! Außendurchmesser in mm Di = 92 ! Innendurchmesser in mm t = 6 ! Dicke der Einzeltellerfeder in mm l0 = 11.1 ! Bauhöhe der unbelasteten Einzeltellerfeder in mm s = 3.83 ! Federweg der Einzeltellerfeder in mm h0 = s4/3 ! ca. Federhöhe (theoretischer Federweg bis zur Planlage) in mm alpha = acos((l0-h0)/t) ! Steigungswinkel Tellerfeder - Ableitung siehe Mapledokument K1x = Di/2 ! X- Wert Keypoint 1 - Ableitung siehe Mapledokument K1y = h0 ! y- Wert Keypoint 1 - Ableitung siehe Mapledokument K2x = De/2-tsin(alpha) ! x- Wert Keypoint 2 - Ableitung siehe Mapledokument K2y = 0 ! y- Wert Keypoint 2 - Ableitung siehe Mapledokument K3x = De/2 ! x- Wert Keypoint 3 - Ableitung siehe Mapledokument K3y = tcos(alpha) ! y- Wert Keypoint 3 - Ableitung siehe Mapledokument K4x = Di/ 2+tsin(alpha) ! x- Wert Keypoint 3 - Ableitung siehe Mapledokument K4y = l0 ! y- Wert Keypoint 3 - Ableitung siehe Mapledokument e_modul = 2.06E5 ! in N/mm^2 mue = 0.3 ! Querkontraktionszahl fmax = 37.533E3 ! Maximalkraft auf Tellerfeder soll s = 3.83 fn = 11 ! Anzahl Kräfte von 0 bis FMAX etl = 1 ! Teilungsfaktor Linie ! Definition der Felder dim,DF,table,fn ! Tabelle Kraft dim,DS,table,fn ! Tabelle Weg dim,DR,table,fn ! Tabelle Federate dim,DSM,table,fn ! max. v. Misses Spannung /prep7 ! Scheibenelement et,1,plane42,,,1 ! def. Scheibe "Axisymmetric" mp,ex,1,e_modul ! def. E-Modul mp,nuxy,1,mue ! def. Querkontraktionszahl ! Def. Keypoints k,1,K1x,K1y k,2,K2x,K2y k,3,K3x,K3y k,4,K4x,K4y ! Def. Linien l,1,2 l,2,3 l,3,4 l,4,1 ! Linien aufteilen t1 = nint((de-di)/2etl) t2 = nint(tetl) lesize,1,,,t1 lesize,3,,,t1 lesize,2,,,t2 lesize,4,,,t2 ! Def. Fläche al,1,2,3,4 ! Vernetzung type,1 mat, 1 real,1 mshkey,1 ! Mapped Mesh amesh,1 ! Vernetze Fläche 1 ! def. Auflager dk,2,uy,0 ! Diesen Keypoint in y festhalen ! def. Last fk,4,fy,-fmax finish !/eof ! Lösung /solu ! nlgeom,1 ! pstres,1 solve finish ! Nachlaufrechnung /post1 Plns,s,eqv finish Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

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