Moin!
Ich bin auch nicht so vollkommen firm in der FEA, aber Folgendes kann ich doch dazu sagen:
- Diese Welle ist sehr gedrungen, aber die üblichen Formeln für Biegespannungen haben als Voraussetzung für ihre (auch dann nur näherungsweise) Gültigkeit, dass die Länge erheblich größer ist als die Höhe des belasteten Querschnitts. Das ist hier schon mal nicht der Fall! Bei gedrungenen Formen muss zusätzlich der Einfluss der Schubspannung beachtet werden, außerdem auch immer die Einflüsse der Querschnittssprünge. Die FEA tut das beides - aber nur, wenn man sie richtig betreibt.
- Die Abhängigkeiten in der FEA legen fest, dass bei der folgenden Berechnung alle Netzknoten in den festgelegten Flächen als ortsfest bzw. bei Pin- oder Gleitend-Abhängigkeit als nur in der Fläche beweglich betrachtet werden. Ein großes Problem der FEA ist, dass mit den so leicht vergebenen Abhängigkeiten schnell mal vollkommen unrealistische Stützeffekte in die Berechnung hinein "gelogen" werden. Diese können das Ergebnis ganz erheblich verfälschen, und zwar sowohl in günstige als auch in ungünstige Richtung.
Hier z. B. würde die Pin-Abhängigkeit auch ein Verkippen der Welle mathematisch streng verbieten, was bei einem normalen Lager jedoch nicht der Fall ist. Außerdem kann innerhalb eines geometrisch in die reine Zylinderform definierten Wellenabschnittes rechnerisch kein Biegemoment entstehen. IMHO ist die Pin-Abhängigkeit für Lagerstellen einer Welle nicht gedacht.
Über den beschriebenen Effekt der Pin-Abhängigkeit hinaus ist in Deinem Bildern nicht zu erkennen, auf welche Flächen Du diese Abhängigkeiten gesetzt hast und wie groß diese Flächen sind. Diese Welle scheint ja nur aus Lagersitzen zu bestehen.
Und woher kommt die Angabe von 102 MPa in dem FEA-Bild? Du schreibst, dass Du mit den analytischen Formeln 104 MPa berechnet hast, die FEA aber auf ungefähr Null kommt.
Außerdem verstehe ich nicht, was in Deiner Systemskizze links die Schnittstellen sollen.
Der Wellengenerator basiert offenbar auch auf der Annahme punktförmiger Lagerstellen und einer schlanken, dünnen Welle. Schon das erscheint mir hier bei diesen Proportionen der Welle und der Anordnung der Lager (von denen wir auch nicht wissen, was das für welche sind) fragwürdig. Der Querschnittssprung resultiert lediglich in einem inverses Ansteigen der berechneten Spannung; die Kerbwirkung wird offenbar ignoriert. Ob der Wellengenerator auch die Schubspannung ignoriert, weiß ich nicht. Ich benutze das Ding nicht, und auf Deinem Bild sind die Zahlenwerte nicht zu erkennen.
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Roland
www.Das-Entwicklungsbuero.de
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