Beitrag zum Übertragungsverhalten von rechteckförmigen Mehrschraubenverbindungen:
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Aachen
Shaker
2013
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INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS IX
FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN XV
ABKUERZUNGEN XXIX
1 EINLEITUNG 1
1.1 MOTIVATION DER ARBEIT 1
1.2 ABGRENZUNG DER ARBEIT UND WISSENSCHAFTLICHE FRAGESTELLUNGEN IM
HINBLICK AUF MV....3
2 STAND DER FORSCHUNG 5
2.1 ALLGEMEINER UEBERBLICK 5
2.1.1 VDI 2230 - EINZELSCHRAUBE/SCHRAUBENVERBINDUNGEN 6
2.1.1.1 ERMITTLUNG DER SCHRAUBENBEANSPRUCHUNG 7
2.1.1.2 BERECHNUNG DER AXIALEN NACHGIEBIGKEIT (FEDERSTEIFIGKEIT) UNTER
BEACHTUNG DES
KRAFTEINLEITUNGSFAKTORS N 8
2.1.1.3 BIEGENACHGIEBIGKEITEN 11
2.1.1.4 ZENTRISCHE BELASTUNG EINER SCHRAUBE 12
2.1.1.5 EXZENTRISCHE BELASTUNG EINER SCHRAUBE 13
2.1.2 NUMERISCHE UNTERSUCHUNGEN BEZUEGLICH SV 14
2.2 BALKENFOERMIGE MV 17
2.3 ROTATIONSSYMMETRISCHE UND RINGFOERMIGE MV 19
2.4 RECHTECKFOERMIGE MV 22
2.5 RESUEMEE UEBER DIE BISHER DURCHGEFUEHRTEN UNTERSUCHUNGEN 24
3 ZIELSETZUNG UND GLIEDERUNG DER ARBEIT 25
3.1 ZIELSETZUNG 25
3.2 GLIEDERUNG 25
4 DURCHFUEHRUNG DER EXPERIMENTELLEN UNTERSUCHUNGEN
27
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IMAGE 2
X INHALTSVERZEICHNIS
4.1 VORUEBERLEGUNGEN UND -UNTERSUCHUNGEN 27
4.1.1 VORUEBERLEGUNGEN ZUM VERSUCHSKOERPER 27
4.1.2 VORUEBERLEGUNGEN ZUM MOEGLICHEN ANALYTISCHEN BERECHNUNGSMODELL 27
4.1.2.1 EBENES FEDERSYSTEM MIT LINEARER VERTEILUNG DER DEHNUNG . 27
4.1.2.2 RAHMENMODELL AUS BALKEN 28
4.1.2.3 MODELL AUS SCHRAEGLIEGENDEN BALKEN 28
4.1.2.4 MODELL DER UMFAENGLICH GELENKIG GESTUETZTEN PLATTE 29
4.1.2.5 PLATTEN- / RAHMENMODELL 30
4.2 GEGENSTAND DER UNTERSUCHUNGEN 31
4.3 VERSUCHSKOERPER 33
4.3.1 GESAMTENTWURF DER VERSUCHSEINHEIT 34
4.3.2 UNTERBAU ZUR AUFNAHME DER VERSUCHSKOERPER 34
4.3.3 VERSUCHSKOERPER PLATTE 36
4.3.4 VERSUCHSKOERPER VOLLFLANSCH (UNGENUTETER FLANSCH) 37
4.3.5 VERSUCHSKOERPER NUTFLANSCH 38
4.4 ANGEWANDTE MESSTECHNIK 39
4.5 VERSUCHSPROGRAMM UND -DURCHFUEHRUNG 42
4.5.1 PRUEFSTAND FUER MEHRSCHRAUBENVERBINDUNGEN 42
4.5.2 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 43
4.5.3 VERSUCHSPROGRAMM 46
4.5.3.1 VARIATION DER LASTEINLEITUNG BEI KONSTANTER MONTAGEVORSPANNKRAFT
FUER ALLE SCHRAUBEN
49
4.5.3.2 VARIATION DER SCHRAUBENANZAHL BEI KONSTANTER
MONTAGEVORSPANNKRAFT FUER ALLE
SCHRAUBEN BEI ZENTRISCHEM ZUG 50
4.5.3.3 VARIATION DER SCHRAUBENVORSPANNKRAFT UND -VERTEILUNG BEI
ECKENZUG 50
5 VERSUCHSERGEBNISSE 53
5.1 VORVERSUCHE UND VORUEBERLEGUNGEN 53
5.2 ZENTRISCHE DRUCKBELASTUNG 55
5.2.1 VOLLFLANSCH UNTER ZENTRISCHER DRUCKLAST 55
5.2.2 PLATTE UNTER ZENTRISCHER DRUCKLAST 57
5.2.3 NUTFLANSCH UNTER ZENTRISCHER DRUCKLAST 60
5.3 ZENTRISCHE ZUGBELASTUNG 62
5.3.1 VOLLFLANSCH UNTER ZENTRISCHER ZUGLAST 62
5.3.2 PLATTE UNTER ZENTRISCHER ZUGLAST 63
5.3.3 NUTFLANSCH UNTER ZENTRISCHER ZUGLAST 65
5.3.3.1 VOLLBESETZTES SCHRAUBENFELD 65
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS XI
5.3.3.2 TEILBESETZTES SCHRAUBENFELD 67
5.4 EXZENTRISCHE ZUGBELASTUNG 68
5.5 ZUSAMMENFASSUNG DER VERSUCHSERGEBNISSE 69
5.5.1 FAZIT ZENTRISCHE DRUCKVERSUCHE BEI SEGMENTPOSITION 5 69
5.5.2 ERGEBNISSE DER ZENTRISCHEN ZUGVERSUCHE BEI SEGMENTPOSITION 5 69
5.5.3 FAZIT ZUGVERSUCHE AN SEGMENT-POS. 5 BEIM VERSUCHSKOERPER
NUTFLANSCH-1 MIT FEHLENDEN
MESSSCHRAUBEN 70
5.5.4 RESULTATE DER ZUGVERSUCHE BEI SEGMENTPOSITION 4 (BZW. BEI
SEGMENTPOS. 2, 6 UND 8) 72
5.5.5 ERGEBNISSE DER ZUGVERSUCHE AN EINEM ECKSEGMENT (SEGMENTPOS. 1, 3,
7 UND 9) 72
5.5.6 AUSWERTUNG ECKENZUG MIT VARIABLEN SCHRAUBENVORSPANNKRAEFTEN 73
5.5.7 BETRACHTUNG UNTER DYNAMISCHER BETRIEBSKRAFT 74
5.6 ZUSAMMENFASSUNG DER ERKENNTNISSE AUS DEN EXPERIMENTEN 75
6 FINITE-ELEMENTE-BERECHNUNGEN 77
6.1 EINLEITUNG 77
6.2 MODELLBESCHREIBUNGEN 78
6.3 SIMULATIONSABLAUF UND ERGEBNISAUSWERTUNG 81
6.3.1 SIMULATIONSABLAUF 81
6.3.2 ERGEBNISAUSWERTUNG 82
6.4 VERIFIZIERUNG DER BERECHNUNGSERGEBNISSE 83
6.4.1 ERGEBNISSE UND VERGLEICH ZU DEN MESSUNGEN FUER DEN BELASTUNGSFALL
SYMMETRISCH ZUM
SCHRAUBENFELD BEIM NUTFLANSCH 83
6.4.1.1 ZENTRISCHER DRUCKVERSUCH AM NUTFLANSCH 83
6.4.1.2 ZENTRISCHER ZUGVERSUCH AM NUTFLANSCH 85
6.4.2 FEA-ERGEBNISSE UND VERGLEICH MIT DEN MESSUNGEN FUER EXZENTRISCHE
LASTEINLEITUNG BEIM
NUTFLANSCH 86
6.4.2.1 NUTFLANSCH UNTER SEITLICHEM BETRIEBSKRAFTANGRIFF 86
6.4.2.2 NUTFLANSCH UNTER BETRIEBSKRAFTANGRIFF AN EINER ECKE 87
6.4.3 ERGEBNIS DER VERIFIZIERUNG DER FE-BERECHNUNGEN 88
6.5 BETRIEBSLASTPARAMETERSTUDIEN AM NUTFLANSCH 89
7 ANALYTISCHES BERECHNUNGSMODELL 91
7.1 PRINZIP VON SAINT-VENANT; VORAUSSETZUNGEN UND ANNAHMEN FUER DAS
BERECHNUNGSMODELL 91
IMAGE 4
XII INHALTSVERZEICHNIS
7.1.1 DAS PRINZIP VON SAINT-VENANT - GRENZBEREICH FUER DIE
FLANSCHBLATTHOEHE 91
7.1.2 VORAUSSETZUNGEN UND ABGRENZUNGEN 92
7.1.3 ALLGEMEINE ANNAHMEN 94
7.2 VORGEHENSWEISE ZUR MODELLIERUNG UND AUFBAU DES ANALYTISCHEN
BERECHNUNGSMODELLS
95
7.3 BERECHNUNGSMODELL FUER DEN PLATTENTEIL 98
7.3.1 PLATTENBERECHNUNGSMODELL 98
7.3.2 PLATTENMODELL MIT EINEM EINZIGEN BELASTUNGSSEGMENT 101
7.3.3 SUPERPOSITION DER EINZELNEN PLATTENBERECHNUNG NACH 7.3.2 104
7.3.4 KORREKTURFUNKTION FUER DIE PLATTENECKEN 106
7.4 BERECHNUNGSMODELL FUER EIN SCHRAUBENRAHMENSEGMENT 113
7.4.1 ERMITTLUNG DER ZULAESSIGEN MONTAGEVORSPANNKRAFT FUER DIE SCHRAUBEN
DER
VERSUCHSKOERPER 113
7.4.2 AUFBAU DES BERECHNUNGSMODELLS FUER DIE SCHRAUBENRAHMENSEGMENTE 115
7.4.3 ANWENDUNGSGRENZEN DES RAHMENSEGMENTBERECHNUNGSMODELLS 120
7.5 VERGLEICH DER MESS- UND FEA-ERGEBNISSE MIT DEN ANALYTISCHEN
BERECHNUNGSERGEBNISSEN 121
7.5.1 GEGENUEBERSTELLUNG DER ERGEBNISSE BEIM NUTFLANSCH MIT F B-ANGRIFF
AN SEG.-POS. 4 121
7.5.2 EINFLUSS DER STUETZWIRKUNG DER NACHBARSEGMENTE AUF DAS
EINZELSEGMENT 122
7.6 VERGLEICH DER FEA AM NUTFLANSCH UNTER T-BELASTUNG MIT DER
ANALYTISCHEN BERECHNUNG
128
7.6.1 GEGENUEBERSTELLUNG DER FEA- MIT DEN ANALYTISCHEN
BERECHNUNGSERGEBNISSEN 128
7.6.1.1 F SA-VERLAUF FUER SCHRAUBEN 4 UND 5 BEI T-BELASTUNG 128
7.6.1.2 F SA-VERLAUFFUER SCHRAUBEN 3 UND 6 BEI T-BELASTUNG 129
7.6.1.3 FSA-VERLAUF FUER SCHRAUBEN 2 UND 7 BEI T-BELASTUNG 131
7.6.2 FAZIT DES VERGLEICHS DER FEA- UND DER ANALYTISCHEN
BERECHNUNGSERGEBNISSE BEIM TLASTFALL 131
7.7 ANWENDUNG DES ANALYTISCHEN BERECHNUNGSMODELLS AN EINER ANDEREN MV
133
7.7.1 MESSERGEBNISSE VON GROTE BEIM ZUGVERSUCH MIT VOLLBESETZTEM
SCHRAUBENFELD 133
7.7.2 VORSTELLUNG DER ANALYTISCHEN BERECHNUNGSERGEBNISSE DES ZENTRISCHEN
ZUGS AM
NUTFLANSCH 134
7.7.3 BERECHNUNG DES ZUGVERSUCHES VON GROTE AUS ABSCHNITT 7.7.1 MIT DEM
ANALYTISCHEN
BERECHNUNGSMODELL 135
7.7.4 DISKUSSION DER ERGEBNISSE AUS DER MESSUNG UND DEM
BERECHNUNGSMODELL 137
7.8 RESUEMEE AUS KAPITEL 7 UND OFFENE PUNKTE 140
8 ZUSAMMENFASSUNG 141
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS XIII
9 LITERATURVERZEICHNIS 143
ANHANG A ZEICHNUNGEN DER VERSUCHSKOERPER VOLL- UND
NUTFLANSCH SOWIE DES UNTERBAUS 153
ANHANG AI VOLLFLANSCH 153
ANHANG A2 NUTFLANSCH 154
ANHANG A3 FLANSCH FUER DEN UNTERBAU 155
ANHANG A4 UNTERBAU 156
ANHANG B ERGEBNISSE DER EXPERIMENTELLEN UNTERSUCHUNGEN 157
ANHANG B1 TABELLE MIT DEN ZUORDNUNGEN DER MESSNUMMERN ZU DEN MESSUNGEN
157
ANHANG B2 VERSUCHE MIT EXZENTRISCHER ZUGKRAFT (BETRIEBSKRAFTANGRIFF
AUSSERMITTIG ZUM
SCHRAUBENFELD) 159
ANHANG B2.1 VOLLFLANSCH UNTER BETRIEBSKRAFTANGRIFF AN SEGMENTPOSITION 8
160
ANHANG B2.2 VOLLFLANSCH UNTER BETRIEBSKRAFTANGRIFF IN DER ECKE 161
ANHANG B2.3 PLATTE UNTER SEITLICHEM BETRIEBSKRAFTANGRIFF 162
ANHANG B2.4 PLATTE UNTER BETRIEBSKRAFTANGRIFF IN DER ECKE 163
ANHANG B2.5 NUTFLANSCH UNTER SEITLICHEM BETRIEBSKRAFTANGRIFF 165
ANHANG B2.6 NUTFLANSCH UNTER BETRIEBSKRAFTANGRIFF IN DER ECKE 167
ANHANG B.2.6.1 KONSTANTE SCHRAUBENVORSPANNKRAFT IM SCHRAUBENFELD 167
ANHANG B.2.6.2 VARIABLE SCHRAUBENVORSPANNKRAFT IM SCHRAUBENFELD 171
ANHANG C BERECHNUNGSERGEBNISSE: FEA UND ANALYTISCHES
BERECHNUNGSMODELL 177
ANHANG C1 FE-BALKENERSATZMODELL FUER DIE MESSSCHRAUBE 177
ANHANG CL.L BALKENQUERSCHNITTSWERTE IN ABAQUS 177
ANHANG C2 VERIFIZIERUNG DER FE-ERGEBNISSE DURCH VERGLEICH MIT DEN
MESSERGEBNISSEN 178
ANHANG C2.1 VERGLEICH FE-ERGEBNISSE MIT DEN MESSUNGEN FUER LASTFALL
ZUG/DRUCK- POS. 5 BEI DER
PLATTE UND DEM VOLLFLANSCH 178
ANHANG C2.1.1 ZENTRISCHER DRUCKVERSUCH DER PLATTE 178
ANHANG C2.1.2 ZENTRISCHER ZUGVERSUCH DER PLATTE 179
ANHANG C2.1.3 ZENTRISCHER DRUCKVERSUCH AM VOLLFLANSCH 180
ANHANG C2.1.4 ZENTRISCHER ZUGVERSUCH AM VOLLFLANSCH 181
ANHANG C2.2 VERGLEICH FE-ERGEBNISSE MIT DEN MESSUNGEN FUER LASTFALL
ZUG-POS. 4/8 UND ZUG-POS.
1/7 BEI DER PLATTE UND DEM VOLLFLANSCH 182
ANHANG C2.2.1 PLATTE UNTER SEITLICHEM BETRIEBSKRAFTANGRIFF 182
IMAGE 6
XIV INHALTSVERZEICHNIS
ANHANG C2.2.2 PLATTE UNTER BETRIEBSKRAFTANGRIFF IN EINER ECKE 184
ANHANG C2.2.3 VOLLFLANSCH UNTER SEITLICHEM BETRIEBSKRAFTANGRIFF 185
ANHANG C2.2.4 VOLLFLANSCH UNTER BETRIEBSKRAFTANGRIFF IN EINER ECKE 186
ANHANG C3 FE-PARAMETERSTUDIEN AM NUTFLANSCH 187
ANHANG C3.1 DIAGONALE LAST; BETRIEBSKRAEFTE AN DEN POSITIONEN 1, 5 UND 9
187
ANHANG C3.2 KREISFOERMIGE LAST; BETRIEBSKRAEFTE AN DEN POSITIONEN 2, 4, 6
UND 8 188
ANHANG C3.3 BELASTUNG AN ZWEI SEGMENTEN (POSITIONEN 2 U. 5) 189
ANHANG C3.4 T-FOERMIGE LAST; BETRIEBSKRAEFTE AN DEN POSITIONEN 1, 2, 3, 5
UND 8 190
ANHANG C3.5 U-FOERMIGE LAST; BETRIEBSKRAEFTE AN DEN POSITIONEN 1, 3, 4, 6,
7, 8 UND 9 191
ANHANG C4 ANALYTISCHE BERECHNUNG: T-BELASTUNG AM NUTFLANSCH 192
ANHANG C4.1 ANALYTISCHES BERECHNUNGSMODELL FUER DIE BERECHNUNG DES
PLATTENTEILS AM BEISPIEL T- BELASTUNG AM NUTFLANSCH 193
ANHANG C4.2 ANALYTISCHES BERECHNUNGSMODELL FUER DIE BERECHNUNG DES
RAHMENSEGMENTES AM
BEISPIEL T-BELASTUNG AM NUTFLANSCH 218
LEBENSLAUF 237
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