Spannungen in einem L-Rohr

Dieses Thema im Forum "Maschinentechnik" wurde erstellt von MaschinenTB, 19 Nov. 2017.

  1. Hallo, liebes Forum,

    im Rahmen eines FEM-Projektes muss ich eine L-förmige Rohrverbindung festigkeitsmäßig darstellen und die Ergebnisse analysieren.

    Nun ist es eigentlich so, dass ich mit der Festigkeitslehre immer super zurecht kam, und mir das Projekt einen riesigen Spaß macht. Allerdings bekomme ich durch die FEM-Analyse Ergebnisse, die sicherlich Sinn machen, aber bei denen ich mir nicht erklären kann, wie man sie von Hand rechnet.

    Das Rohr sei an Stelle "A" fest eingespannt, und an Stelle "B" tritt die mit Abstand höchste Spannung auf. Folgende Werte sind gegeben:
    Stahl S235
    Kraft F = 500 N
    Hebelarm L1 = 85 mm
    Hebelarm L2 = 20 mm
    Außendurchmesser D = 30 mm
    Innendurchmesser d = 25 mm
    Fläche A = 215,98 mm²

    Daraus ergeben sich am obersten Punkt an der Stelle "A":
    Biegespannung: 7,29 MPa
    Torsionsspannung: 15,48 MPa
    Schubspannung: 2,31 MPa
    Gestaltänderungsenergiehypothese: 31,68 MPa

    Soweit so gut. Das FEM-Programm spuckt in etwa genau dieselben Werte aus, wie ich sie von Hand gerechnet habe an eben besagter Stelle "A".

    Bei Stelle "B" wird allerdings eine Spannung von 174 MPa angezeigt, also gut 5 Mal höher als an der Einspannstelle "A", und ich kann mir nicht erklären, wie ich das von Hand berechne. Dass das Bauteil mit hoher Wahrscheinlichkeit an dieser Stelle "B" kaputtgeht, ist denke ich in der Vorüberlegung klar. Aber mir fehlt gerade das Stichwort, nach welchem ich suchen muss, um das sinnvoll erklären zu können.

    Ich hoffe, ich habe das Problem detailliert genug beschrieben, und dass mir jemand helfen kann!

    Grüße
    MaschinenTB
     

    Anhänge:

  2. Hut ab vor der FEM-Berechnung,
    deren Ergebnis sich mit dem deckt, was der gesunde Menschenverstand nahelegt:
    Stell dir das als aus nicht allzu festem Material bestehend vor
    und dann drück drauf, sodass es kaputtgeht.
    Wo wird´s anfangen, zu reißen?
    In B.
     
  3. Von Hand lässt sich das nicht berechnen, deswegen betreibt man ja den Riesenaufwand über eine Computersimulation. Das ganze nennt sich Kerbwirkung - aufgrund der Form der Struktur kommt es an B zu einer Konzentration des Kraftflusses und damit zu hohen Spannungen. Eine 1D-Rechnung (welche du vermutlich von Hand gemacht hast) kann solche Phänomene nicht wiedergeben.
     

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