Limit Welle

LIMIT- von Spannungsergebnissen zu Sicherheitswerten und Materialauslastungen bei Metallen

LIMIT ist ein Postprozessor zur Bewertung von FEM-Spannungsergebnissen von Metallwerkstoffen. Die Software ermittelt die Sicherheit gegen statisches Versagen, Ermüdung und Rissbildung entsprechend unterschiedlicher Normen.

LIMIT ist ein Produkt von CAE Simulation & Solutions Maschinenbau Ingenieurdienstleistungen GmbH.

Key Features von LIMIT

  • Identifizierung aller kritischen Punkte in einer Struktur in Bezug auf statisches Versagen, Ermüdung oder Rissbildung
  • Berechnung der Sicherheitsfaktoren bzw. der Materialauslastung entsprechend allgemein anerkannter Normen und Regeln. Ergebnisbericht als Grundlage für prüffähige Unterlagen
  • Aufzeigen kritischer Lasten und Lastkombinationen

 

LIMIT ist einfach zu bedienen. Vertiefte Kenntnisse im Umgang mit FEM-Programm sind nicht notwendig. Schon nach kurzer Einführung mit Hilfe eines Webinars sind Sie in der Lage, eigene normgerechte Bewertungen von FEM Ergebnissen durchzuführen.
Kritische Zonen in den Strukturen können rasch aufgespürt werden, Die Haltbarkeit auch dieser Zonen erfolgt auf der Basis allgemein anerkannter Regeln. So können die Strukturen so fest wie nötig und so leicht wie möglich ausgelegt werden.

 

Statische Festigkeit, Betriebsfestigkeit und Dauerfestigkeit

Statische Festigkeit

Bei einem einfachen statischen Festigkeitsnachweis wird sowohl das globale Tragverhalten untersucht (Beulen, Knicken), als auch die Situation an lokalen, hoch belasteten Stellen analysiert (plastische Materialverformung). Diese Berechnungen erfolgen in der Regel mit Hilfe einer linearen FEM-Berechnung und einer Eigenwertanalyse zum Knick- und Beulverhalten.

Bei der Auswertung der Ergebnisse müssen oft einige Konstruktions-, Material- und einsatzbedingte Faktoren berücksichtigt werden, die meist eine aufwendige händische Nachkalkulation erfordern. So ist z.B. die Fließgrenze eines Stahls von der Bauteildicke, der Temperatur, der Oberfläche, der Walzrichtung und noch anderen Faktoren abhängig.

Um diese Werte zu ermitteln, müssen die Simulationsergebnisse mit viel Aufwand händisch aufbereitet werden.

Diese Arbeit nimmt LIMIT dem Nutzer ab. In vorgegebenen Menüs kann der Nutzer die notwendigen Werte eingeben bzw. sich aus einer Datenbank wieder neu laden. Die Bewertung der Ergebnisse erfolgt für jedes (gewählte) FEM-Element normgerecht, eine Arbeit, die manuell gar nicht geleistet werden könnte. Spitzenwerte werden graphisch dargestellt und können leicht analysiert werden.

Betriebs- und Dauerfestigkeit

Dauerfeste Teile bzw. Baugruppen können im Rahmen der definierten Belastung unendlich oft belastet werden, ohne dass die Konstruktion Schaden nehmen würde. Dieser Nachweis muss für viele vor allem schnell laufende Konstruktionen erbracht werden. Nicht immer müssen die Baugruppen jedoch dauerfest sein, denn mehrere Millionen Be- und Entlastungszyklen werden oft in der geplanten Lebenszeit nicht erreicht. Würden diese Bauteile trotzdem dauerfest ausgelegt werden, würden sie unverhältnismäßig schwer und stabil sein, ohne dass dem Anwender ein Vorteil daraus erwachsen würde. Mit der Betriebsfestigkeit lässt sich also auslegen, wie viele Belastungszyklen ein Bauteil / eine Baugruppe mindestens aushalten muss, bevor das Material ermüdet und versagt.

Die Software LIMIT enthält unterschiedliche Normen zur Durchführung von Festigkeitsnachweisen, sowohl für statische Festigkeiten, Dauerfestigkeiten als auch Betriebsfestigkeiten.

Festigkeitsnachweis: Verfügbare Normen

LIMIT ermöglicht die normgerechte Bewertung von Einzelteilen und Schweißbaugruppen anhand der folgenden Normen:

FKM-Richtlinie

Die FKM-Richtlinie ist eine vom Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. (FKM) herausgegebene Richtlinie für den rechnerischen Festigkeitsnachweis. Sie enthält den statischen Festigkeitsnachweis, den Ermüdungsfestigkeitsnachweis und ermöglicht eine Sicherheitsbewertung hinsichtlich Rissinitiierung, stabiler Risserweiterung, Bruch oder plastischen Kollapses bei statischer Beanspruchung sowie hinsichtlich der Dauerfestigkeit und des Ermüdungsfortschritts. Die FKM-Richtlinie ist im Maschinenbau und in verwandten Bereichen der Industrie anwendbar. Sie gilt für Stahl, für Eisengusswerkstoffe sowie für Leichtmetalllegierungen bei Bauteiltemperaturen unterhalb der jeweiligen Kriechtemperatur. Sie ist auch für Bauteile anwendbar, die durch Schweißen hergestellt werden. Die FKM-Richtlinie verwendet Beanspruchungen, die mittels elastizitätstheoretischer Lösungen (“Nennspannungen”) oder elastischer Finite-Element-Berechnungen (“örtliche Spannungen”) vorliegen. Es wird ein einheitlich strukturierter Berechnungsablauf für alle Anwendungsfälle vorgegeben. Der Berechnungsalgorithmus besteht aus Formeln, Tabellen und Erläuterungen. Die FKM-Richtlinie entspricht dem neuesten Stand der Technik.

Eurocode 3 / Eurocode 9

Eurocode 3 gilt für die Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten und Stahlbauteilen. Die Norm behandelt Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit, die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit und den Feuerwiderstand von Tragwerken aus Stahl.

Eurocode 9 ist ähnlich zu Eurocode 3, hier bestehen die Bauteile jedoch aus Aluminium.

DIN 15018 / EN13001

Die Kranbaunorm DIN15018 ist nun zurückgezogen worden und wird durch EN13001 ersetzt.

Von LIMIT wird der Teil 3-1: “Grenzzustände und Sicherheitsnachweis von Stahltragwerken” abgedeckt.

DVS 1612 / DVS 1608

Die Richtlinie enthält Hinweise zur Gestaltung und Vorgaben zur Auslegung von Schweißkonstruktionen sowie eine Zusammenstellung von für den Schienenfahrzeugbau wesentlichen Schweißkonstruktionsdetails, die sich bezüglich Sicherheit, Funktionsfähigkeit, Leichtbau, wirtschaftlicher Fertigung und Instandhaltung bewährt haben. Die Richtlinie dient Berechnungsingenieuren und Konstrukteuren dazu, Schweißverbindungen beanspruchungsgerecht auszuführen. Während sich DVS 1612 auf das Material Stahl bezieht, betrachtet DVS 1608 Aluminium.

Dang Van

Das Verfahren nach Dang Van ist eine Methode zur Vorhersage der Dauerfestigkeit unter multiaxialer Belastung.

Die Ermittlung der Dauerfestigkeitskurven nach den üblichen Stress / life bzw. Strain / life Prinzipien bedürfen lediglich eines einachsig schwingenden Testaufbaus. Strenggenommen sind also alle Aussagen zur Lebensdauer auf einachsige Zustände begrenzt. Es gibt jedoch auch mehrachsige Ansätze, z. B. nach Dang Van. Danach tritt ein Versagen auf, wenn eine Linearkombination aus Schubspannungen und gleichzeitiger hydrostatischer Spannungen (alle 3 Hauptspannungen sind gleich) einen bestimmten Wert überschreitet.

EN 17149

EN 17149 ist eine Norm zur Berechnung des Betriebsfestigkeitsnachweises von Schienenfahrzeugstrukturen. Sie berücksichtigt Werkstoffe für die Konstruktion der Wagenkästen und Drehgestellrahmen. Sie ist für Belastungsamplituden mit einer Gesamtzahl von mehr als 10.000 Spannungszyklen anwendbar.

Benutzerdefinierte Vorgehensweisen

LIMIT kann individuell an Kundenwünsche angepasst werden. Firmeneigene Normen und Berechnungsvorgaben können abgebildet werden.

Bitte sprechen Sie uns darauf an.

Arbeiten mit LIMIT

Workflow in LIMIT

Workflow in Limit

Workflow mit Limit

FEM-Ergebnisse

In dem Simulationsprogramm wird das Berechnungsmodell erstellt, bestehend ggf. aus mehreren Lastfällen, und berechnet. Die Ergebnisse werden über ein eingebettetes Schnittstellenmodul exportiert und in LIMIT-CAE eingelesen.

LIMIT-CAE

Mit dem Import der FEM-Ergebnisse beginnt ein neues Projekt. Die folgenden Arbeitsschritte werden nun durchgeführt:

  • Festlegen der Bewertungszonen in Form von Element- und Knotensets
  • Generierung von Sensoren für den Strukturspannungsnachweis auf Basis von Kontinuum-Modellen
  • Definition von Lastfällen und Lastkollektiven
  • Auswahl einer Norm / Richtlinie und Verknüpfung mit Bewertungszonen des Modells (“Setups”)
  • Definition von Bewertungsjobs durch Kombination von Lastszenarien und Setups

LIMIT Solver

Mit dem Solver werden die Bewertungen durchgeführt.

LIMIT Viewer

LIMIT Viewer ist der Postprozessor, mit dem die Ergebnisse visualisiert werden. Kritische Zonen können aufgespürt werden. Die Dokumentation wird abgespeichert.

LIMIT Report

Der Report ist die Grundlage der prüffähigen Unterlagen, die z. B. dem TÜV vorgelegt werden. Aus dem Report werden alle relevanten Bereiche direkt in den Bericht kopiert. Der Report enthält Ergebnisse und Bezüge zu den einzelnen Kapiteln in den Prüfnormen, so dass es für den Prüfer ein Leichtes ist, den Berechnungsvorgang nachzuvollziehen.

Fazit

LIMIT ist ein Werkzeug für Ingenieure und Konstrukteure, die

  • ihre Lösungen nach gängigen Berechnungsregeln auslegen wollen bzw. müssen.
  • die Sicherheitswerte für ihre Auslegungen nachvollziehbar, weder zu hoch noch zu niedrig, ansetzen wollen.
  • die Ergebnisse ihrer FEM-Modelle schnell und sicher bewerten wollen.

LIMIT zeigt Kompetenz und Know-How gegenüber Kunden.

Demoversion

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Broschüren

Flyer zum Arbeitsablauf mit LIMIT

Datenblatt mit detaillierten Informationen zu LIMIT

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