Berechnung großer Flanschverbindungen von ... - GL Group

3 Finite- Elemente- Methode
Den FS/FA-Verlauf mit Hilfe der Finite-Elemente (FE)- Methode zu ermitteln, ist im Rahmen dieser
vorgestellten Berechnungsansätze das aufwendigste jedoch auch das genaueste Verfahren. Die hier
verwendeten FE-Modelle beinhalten nicht das nichtlineare Materialverhalten, so daß keine plasti-
schen Vorgänge berücksichtigt werden.
Bei den zwei- und dreidimensionalen FE-Modellen wird aufgrund der Symmetrie - in der Geometrie
wie auch in der Belastung - nur ein Viertel des in [ 4 ] beschriebenen Versuchsaufbaus modelliert
(Abb. 3.1). Weiterhin ist in Abb. 3.1 der prinzipielle Versuchsaufbau mit und ohne Belastung darge-
stellt. Das Mantelzugblech wird mit der Betriebskraft FB der Prüfmaschine belastet. Die Beanspru-
chung der Schraube wird mittels Dehnmeßstreifen (DMS) am freien Schraubenschaft ermittelt.
Abbildung 3.1: Prinzip der
Versuchsanordnung der zwei
spiegelbildlich angeordneten
Flanschverbindungen nach
[ 4 ] und [ 6 ] im unbelasteten
und im belasteten Zustand
3.1 2D-Modell
Abb. 3.2 zeigt das zweidi-
mensionale FE-Modell mit
seinen Randbedingungen. Es werden 4-Knoten-Elemente mit Ansatz eines ebenen Spannungszustan-
des (ESZ) verwendet.
Die Flanschverbindung besteht aus einem Flansch- und einem Mantelzugblech, die fest miteinander
verbunden sind. Die Schweißnähte werden bei der Modellierung vernachlässigt. Parallel zu den
Flanschblechelementen liegen die des Schraubenschaftes, d.h. die Durchgangsbohrung im Flansch
wird vernachlässigt. Wie die Parameterstudien in [ 8 ] bestätigen, zeigt die Vernachlässigung der
Durchgangsbohrung im Flanschblech bei der 2D-Modellierung kaum Einfluß auf die Schraubenkraft.
Die Unterlegscheibe ist sowohl mit der Flanschblechoberseite als auch mit dem Schraubenkopf ver-
bunden.
Die Trennfuge ist durch Kontaktelemente an der Unterseite des Flanschbleches modelliert, die nur
Druckkräfte übertragen können. Ihnen werden Kontaktsteifigkeiten zugewiesen, die sich an der örtli-
chen Systemsteifigkeit orientieren. Die Kontaktelemente liegen in der Symmetrieebene.
Das untere Ende des modellierten Schraubenschaftes ist nur in vertikaler Richtung gelagert, da der
Schraubenschaft sonst unter Belastung in seiner Querkontraktion behindert wird.
Das Mantelblech ist in der Krafteinleitungsebene horizontal eingespannt. Damit werden die Klemm-
backen der Zugmaschine simuliert.
Ausschnitt für das
FE-Modell
Spannbacken
der Prüfmaschine
Verschraubung
FB
FB
Mantelblech
Flanschblech
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