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Output

  • Wofür kann die Ergebnismodifikation "Prüfstreckenlänge" verwendet werden?
  • Prüfstreckenlänge

    Die Prüfstreckenlänge dient zur Umrechnung der Schädigung auf einen Schädigungswert für eine bestimmte Distanz. D.h. wenn sich das verwendete Lastkollektiv z.B. auf 5km Teststrecke bezieht, kann hier 5 eingegeben werden, um das Schädigungsergebnis für einen Kilometer Prüfstrecke zu berechnen. Der Kehrwert der Schädigung gibt dann Auskunft, wie viele Prüfstreckenkilometer absolviert werden können, bis der Schädigungswert 1 erreicht wird. Das Schädigungsergebnis wird also durch den Wert im Feld ‚Prüfstreckenlänge‘ dividiert.

    ACHTUNG: Es erfolgt nur eine Skalierung der Schädigungen im FEMFAT Ergebnisfile (*.dma)!

         

  • Was hat FEMFAT mit Statistik zu tun?
  • FEMFAT gibt als Berechnungsergebnis z.B. einen Schädigungswert von 0.8 aus. Wie ist dieser Wert zu interpretieren? Zuerst müssen ein paar Details geklärt werden. Ist etwa der Wert an einem FE-Knoten ausgegeben worden, der einer singulären Belastung (z.B. Krafteinleitung, Mittelknoten eines parabolischen Elementes mit Beam-, Rod- oder RBE-Anbindung) ausgesetzt ist, dann ist dieser aus der üblichen Betrachtung auszuschließen.
    Gesetzt den Fall, Sie haben einen „bewertbaren“ FE-Knoten mit D=0.8 zu betrachten, dann ist der verwendete Werkstoffdatensatz in FEMFAT der nächste Ansatzpunkt.
    Das Materialfile einen Prozentsatz für die Überlebenswahrscheinlichkeit eingetragen. Diese Überlebenswahrscheinlichkeit (Pü) von z.B. 97.5% (für die meisten FKM-Werkstoffe) gibt an, dass ausgehend von Gaußnormalverteilten Proben 97,5% bei vorgegebener Belastung erst bei höheren Lastwechselspielen anreißen. Zur Erinnerung: Die in den FEMFAT Materialien verwendeten Wöhlerlinien sind „Anriss-Wöhlerlinien“.
    In der Statistik wird eine Gaußverteilung über den Mittelwert und die Standardabweichung eindeutig beschrieben - als Streuspanne TN wird bei Haibach das Verhältnis der Lastwechselzahl N90%, bei der 90% der Proben angerissen sind, zu N10% - der Lastwechselzahl, bei der nur 10% der Proben angerissen sind, verwendet. Zwischen der Standardabweichung s und der Streuspanne TN besteht folgender Zusammenhang:
       


       

    Dieser Zusammenhang ergibt sich, weil das 90%- und 10%-Quantil bei der Standardnormal-verteilung 1,28*s links und rechts vom Mittelwert entfernt liegt. FEMFAT verarbeitet die Streuspanne unter TS, welche ein ähnliches Verhalten, nur für die vertikale Richtung, also die Amplitudenspannungen, beschreibt. Im zeitfesten Bereich besteht eine Abhängigkeit über die Neigung k der Wöhlerlinie:  
        


       

    Eine Schädigung D=0.8 heißt also, dass 80% der möglichen Lastwechsel bis zu einem Anriss für 97,5% Überlebenswahrscheinlichkeit erreicht sind.
    Damit FEMFAT sowohl Materialien unterschiedlicher Überlebenswahrscheinlichkeit verarbeiten kann, als auch auf die geforderte Überlebenswahrscheinlichkeit Aussagen für eine vorgegebene Überlebenswahrscheinlichkeit treffen kann, wird die Dauerfestigkeit mit dem Statistik-Einflussfaktor-Faktor auf die geforderte Ü-WK korrigiert. Sei „u“ die normierte Zufallsvariable der Gauß-Normalverteilung für Mittelwert=0 und Standardabweichung= 1, so ist für ein Material bei Pü=97,5% und gewählter Überlebenswahrscheinlichkeit von 99,9% die Dauerfestigkeit nur noch 90,312 % der ursprünglichen (ohne Berücksichtigung anderer Einflüsse): 

    Pü [%] u f (50%) f (90%) f (97,5%)
    50 0,0000 1,0000 1,12250 1,19330
    90 1,2816 0,89087 1,00000 1,06308
    97,5 1,9600 0,83801 0,94065 1,00000
    99 2,3263 0,81079 0,91011 0,96752
    99,9 3,0902 0,75682 0,84953 0,90311
    99,99 3,7190 0,71511 0,80271 0,85334
    99,999 4,2649 0,68076 0,76415 0,81235
    99,9999 4,7534 0,65143 0,73123 0,77735

     

    Für Sicherheitsfaktoren gegen Dauerbruch geht man ähnlich vor. Sei die Ausgangsposition z.B. ein Material mit 90%-iger Überlebenswahrscheinlichkeit und der Streubreite der Ts = 1.25. Erhält man nun als FEMFAT Resultat eine Sicherheit SD=1.4 bei konstanter Mittelspannung in einem FE Knoten, wäre es theoretisch möglich die Amplitudenspannung um 40% zu erhöhen.
    Oder man liest aus folgendem Diagramm die erhöhten Überlebenswahrscheinlichkeiten des Bauteils ab (geringere Ausfallswahrscheinlichkeit), also 99,99999 % - im Allgemeinen für Bauteile in der Automobil- bzw. Personen-befördernden- Industrie gerade ausreichend.
       


       

  • Wie kann ich FEMFAT Ergebnisse im „Results Manager“ kombinieren?
  • Der "Results Manager“ bietet die Möglichkeit, FEMFAT Ergebnisse zu skalieren, zu kombinieren und die Resultate mehrerer Berechnungsläufe zu einem Ergebnis zusammenzuführen. Es können dabei beliebig viele FEMFAT Ergebnisse (fps-Dateien) in den „Results Manager“ geladen und kombiniert werden.

    Abb. 1: Input "Result Manager"


    Insgesamt stehen drei Möglichkeiten zur Verfügung, wie die Daten kombiniert werden können:
    1. Bei der Einstellung "Kritisch" wird der jeweilige Extremwert des Hauptergebnisses (Sicherheit, Schädigung, Mehrachsigkeitsgrad,…) mit zugehörigen Nebenergebnissen (1/Sicherheit, Spannungen, Gradient, …) in die Ergebnisdatei geschrieben.
    2. Bei der Einstellung "Linear" werden je nach Berechnungsart die Werte oder die Kehrwerte linear kombiniert. Die Nebenergebnisse werden dabei mit einem Gewichtungsfaktor gemittelt, der aus den Hauptergebnissen gebildet wird.
    3. Mit der Einstellung "Formula" können die FEMFAT Ergebnisse mittels Eingabe einer benutzerdefinierten Formel völlig flexibel kombiniert werden. 

    Beispiel Gesamtschädigung für ein Lastkollektiv
    Mittels der dynamischen Simulation eines Pleuels wurde im vorliegenden Fall die Beanspruchung über 720 Grad Kurbelwinkel analysiert. Dazu wurde mittels modaler Superposition und Partizipationsfaktoren in ChannelMAX die Schädigung für fünf Motordrehzahlen (1000 bis 5000 rpm) kombiniert (Abb.1).
    Mit der Methode 2 - Linear können die einzelnen Teilschädigungen der verschiedenen Drehzahlen mit einer definierten Anzahl von Lastzyklen zur Gesamtschädigung addiert werden:    


          

    Die entstandene fps-Datei kann nun im VISUALIZER dargestellt werden (Abb. 2) und in einem beliebigen Postprozessor-Format exportiert werden.

    Abb. 2: Visualization of the combined results

    Wurde bei der Kombination die Option 3 - Formulas verwendet, so stehen die Resultate als „Benutzerdefinierte Ergebnisse“ (Bezeichnung kann vergeben werden) zur Verfügung.

  • Wie werden Ausfallswahrscheinlichkeit und Streuspanne in FEMFAT gehandhabt?
  • FEMFAT arbeitet anstelle der in der Statistik üblichen Standardabweichung s mit der in der Betriebsfestigkeit gebräuchlichen lastbezogenen Streuspanne . Die lastwechselbezogene Streuspanne ermittelt sich aus der Lastwechselzahl N90%, bei der 90% der Proben angerissen sind, zur Lastwechselzahl N10%, bei der nur 10% der Proben angerissen sind. Zwischen und besteht folgender einfacher Zusammenhang, wobei mit k die Wöhlerlinienneigung eingeht: 

    Die Streuspanne kann auf der FEMFAT Benutzeroberfläche vom Anwender knotengruppenbezogen vorgegeben werden. Je nach Bauteil, Material und Herstellungsprozess kann dieser Wert zwischen 1,1 und 1,6 variieren. So kann zum Beispiel für die Berechnung einer Schweißverbindung aus Baustahl in FEMFAT ein Wert von 1,5 (nach Radaj) vorgegeben werden.

    Standardmäßig ist die Streuspanne mit 1,26 definiert. Dieser Wert entspricht (nach Haibach) spanabhebend bearbeiteten Bauteilen aus Stahl mit mäßiger bis mittlerer Kerbwirkung bzw. gekerbten Bauteilen aus Eisengusswerkstoffen (siehe dazu „Betriebsfestigkeit“, VDI Verlag).

    Wie hängen nun Überlebenswahrscheinlichkeit und Ausfallswahrscheinlichkeit zusammen?

    Abb. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen Überlebenswahrscheinlichkeit an der Oberseite und der Ausfallswahrscheinlichkeit auf der Unterseite des Diagramms für verschiedene Streuspannen. Das Diagramm wurde unter Verwendung der in FEMFAT üblichen Gauß-Verteilung (Log N) erstellt, die Bezugsüberlebenswahrscheinlichkeit beträgt 90%.

    Eine Art der Ausfallswahrscheinlichkeit ermittelt sich aus

    wobei die vereinfachend bestimmte Ausfallswahrscheinlichkeit darstellt, da oftmals statistische Anhaltswerte z.B. über Streubreiten der Betriebsbeanspruchung aus mehreren Messungen fehlen.

     kann vereinfachend anstelle der echten Ausfallswahrscheinlichkeit verwendet werden, wenn die Streuung der Betriebsbeanspruchung gegenüber der Streuung der Schwingfestigkeitswerte klein ist bzw. das Verhältnis der Standardabweichungen der Normalverteilungen von Beanspruchung / Festigkeit klein ist. Ist dies nicht der Fall, nähert sich die echte Ausfallswahrscheinlichkeit der Auftretenswahrscheinlichkeit einer sehr ungünstigen Beanspruchung, welche selten erreicht oder überschritten wird. In vielen Fällen kann mit der vereinfachten Ausfallswahrscheinlichkeit gearbeitet werden.

    Für eine Dauersicherheitsbewertung kann aus dem Diagramm 7 bei vorgegebener Ausfallswahrscheinlichkeit und Streuspanne der benötigte Dauersicherheitsfaktor auf der Abszisse abgelesen werden.


     Abb.1  

  • Wie können FEMFAT Ergebnisse nachträglich in eine *.odb Datei geschrieben werden?
  • Ab und zu besteht die Notwendigkeit, seine FEMFAT Ergebnisse für weitere Postprozessoren aufzubereiten. Beim Ausgabeformat *.odb für den ABAQUS Viewer muss man einen kleinen Trick beachten, da das FEMFAT Ergebnis immer zu einem bereits bestehenden *.odb angehängt werden muss.

    Vorgangsweise:
    1. Einlesen jener FE-Struktur mittels der *.odb Datei, wo das FEMFAT Ergebnis angehängt werden soll.
    2. Einlesen der *.fps Datei (interne FEMFAT Ergebnisdatei, die auch der FEMFAT Visualizer benötigt)
    3. Definition der *.odb Ausgabedatei mittels neuem Namen.
    4. Auf "Schreiben" Knopf drücken

  • Wofür kann man den Formeleditor im Results Manager verwenden?
  • Mit dem “Results Manager” (RM) managen oder besser „verarbeiten“ Sie Ihre Ergebnisse aus einem oder mehreren FEMFAT Berechnungsläufen zu einem verarbeiteten Ergebnisdatensatz.

    Angenommen, Ihre Firmenrichtlinie erfordert die Untersuchung eines Bauteils für mehrere Stufen eines Treppenkollektives, jedoch nicht wie in FEMFAT zur Dauerfestigkeit, sondern mit einer 2-Knick-Wöhlerlinie.

    Der 2. Knick sei bei 70 % der lokalen Dauerfestigkeit und die 2. Neigung sei (2*k-1), wie Miner-modifiziert.

     


        

    LÖSUNG: Man lädt die fps-Files der Schädigungsrechnungen einzelner Kollektivstufen in den RM und definiert eine „Formel“ pro fps-File: if( [File_1:Stress_Ampl.] < [File_1:LocFatigLim]*0.7),0,[File_1:Damage_M|mod])

    So können bis zu 10 Ergebnisse im neuen fps-File erzeugt werden. Je nach Anzahl der Stufen bekommt man mehrere solcher fps-files, die man in einem weiteren Durchlauf zu einem Endergebnis verarbeitet. Hier bietet sich die „Linearkombination“ an, bei der die Einzelschädigungen ihrer Häufigkeit nach gewichtet summiert werden.

  • Was bedeuten die Einträge in der Datei *.rfm?
  • Eine der zahlreichen nützlichen Ausgaben einer MAX Analyse ist eine ASCII Datei mit der Endung .rfm.

    Darin enthalten sind Informationen zur Rainflowmatrix am kritischen Knoten. Wenn Sie diese Datei in einem Editor öffnen, werden Sie allerdings feststellen, dass mehr als nur eine 64x64 Matrix enthalten ist. Aber alles der Reihe nach:

    Ganz oben finden Sie zunächst 2 Zeilen mit den Klassengrenzen für Amplituden– und Mittelspannung. Es folgen nun insgesamt sechs 64x64 Blöcke, je drei für die geschlossenen & offenen Zyklen.

    Dabei enthält der erste Block die Anzahl der geschlossenen Zyklen, der zweite Block den Anteil (in Prozent) der jeweiligen Matrixeinträge an der Gesamtschädigung.

    Es folgen analog die Blöcke für die Anzahl der offenen Zyklen und deren Anteil (in Prozent) an der Gesamtschädigung. Die fünfte bzw. sechste Matrix enthalten die Schädigung bezogen auf die Schwingspielzahl für die geschlossenen bzw. offenen Zyklen.

    Das sind übrigens genau jene sechs Matrizen, die Sie sich auch in FEMFAT bei der Ergebnisdarstellung mit dem Rainflowmatrix Viewer anzeigen lassen können.