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Finite-Elemente-Analyse hochbeanspruchter Flächendichtverbindungen

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Antriebstechnik, Vereinigte Fachverlage GmbH, 34 (9): 66–71 (1995)122.

Abstract

Flächendichtverbindungen, die im Montage- bzw. Auslieferungazustand dicht sind, körmen durch die im Betrieb auftretenden thermischen und mechanischen Beanspruchungen versagen. Für eine betriebsfeste Auslegung hochbeanspruchter Flachendichtverbindungen ist die genaue Kenntnis des Dichtungsmaterialverhaltens erforderlich. Flächendichtungen besitzen ein nichtiineares Montage- und Betriebs-Verformungsverhalten. Zur Modellierung dieses Verhaltens wurde ein modularer phanomenologischer Modellansatz entwickelt, dessen Struktur sich an den vorherrschenden Verformungsmechanismen orientiert. Die Modellparameter wurden im Rahmen eines standardisierten Prüfverfahrens auf dem Flächendichtungsprüfstand des Instituts für Maschinenelernente der Universitätt Stuttgart ermittelt. Die Finite-Elemente-Methode wird als Werkzeug bei der Auslegung von hochbeanspruchten Flächendichtverbindungen benötigt, um das komplexe Zusammenwirken von Belastung, Gestalt und Werkstoffverhalten nachbilden und beurteilen zu können. Der Modellansatz zur Beschreibung des nichtlinearen Dichtungsverformungsverhaltens wurde in Form von benutzerdefinierten Koppelelementen über eine vorgegebene Schnittstelle in ein Mehrzweck-FE-Programmsystem eingebunden. Damit wurde eine Grundlage zur Simulation und Analyse des Montage- und Betriebsverhaltens von beliebig gestalteten, dynamisch hochbeanspruchten Flächendichtverbindungen geschaffen. Vergleiche zwischen FE-Simulationen und Versuchen mit verschraubten Prüfdichtsystemen bestätigen, dass das im Rahmen des standardisierten Prüfverfahrens unter vereinfachten Bedingungen gewonnene Dichtungsmodell mit guter Näherung auf verschraubte Flächendichtverbindungen mit inhomogener Beanspruchungsverteilung übertragen werden kann. Die FE-Modellierung von Flächendichtungen mit benutzerdefinierten Koppelelementen eröffnet Möglichkeiten für eine automatisierte, FE-gestützte Optimierung von hochbeanspruchten Gehäuse-Flächendichtungs-Systemen im Rahmen eines rechnergestützten Gestaltungs- und Konstruktionsprozesses.

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