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woelloe
Anmeldungsdatum: 07.09.2006
Beiträge: 4
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 woelloe Verfasst am: 07. Sep 2006 12:59 Titel: Unerklärliche maximale Spannungen bei schwingender Struktur |
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Ich habe es mit dem Maschinenrahmen einer Stanzmaschine zu tun. Dieser hat die typische U-Form, ähnlich einer Stimmgabel. Die Stanzkraft wird senkrecht zu einem der beiden Schenkel auf das dazwischenliegende Blech eingeleitet. Somit biegt sich der Maschinenrahmen auf und wird zu Schwingungen angeregt. Dies geschieht, nachdem das Blech durchstoßen ist und die Verspannung schlagartig frei wird.
Die maximal auftretenden Dehnungen/Spannungen an der Maschinenstruktur treten nicht durch den eigentlichen Stanzhub auf, sondern durch den anschließend zurückschwingenden Maschinenrahmen.
Dies ist mir unerklärlich, da ich mich frage, woher die hierfür notwendige Energie stammt.
Wäre nett, wenn Ihr mir beim Grübeln helfen könntet!
Danke!
Markus |
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as_string
Moderator
Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5797
Wohnort: Heidelberg
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| as_string Verfasst am: 07. Sep 2006 13:19 Titel: Re: Unerklärliche maximale Spannungen bei schwingender Struk |
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Hallo Markus!
| woelloe hat Folgendes geschrieben: | | Die maximal auftretenden Dehnungen/Spannungen an der Maschinenstruktur treten nicht durch den eigentlichen Stanzhub auf, sondern durch den anschließend zurückschwingenden Maschinenrahmen. |
Ich bin zwar kein Maschinen-Mensch, aber irgendwie kommt mir die Erklärung nicht richtig vor: Klar, es gibt eine Schwingung danach, aber die Dehnungen/Spannungen in die Gegenrichtung können dann doch nicht größer sein als die durch den eigentlichen Stanzhub!??
| woelloe hat Folgendes geschrieben: | | Dies ist mir unerklärlich, da ich mich frage, woher die hierfür notwendige Energie stammt. |
Die Energie ist nicht das Problem. Du steckst ja beim Stanzen Energie rein. Die wird zum großen Teil in Spannenergie der Maschine selbst umgesetzt werden -- die "Stimmgabel" wird aufgebogen.
Wenn der Stanzhub dann schlagartig weg ist, wird eine annähernd harmonische Schwingung entstehen, in der die Spannenergie des Anfangs in kinetische Energie umgewandelt wird und dann wieder zurück in Spannenergie, diesmal aber mit einer gegensetzlichen Auslenkung. So weit ist das klar.
Nur die Amplitude dieser Schwingung wird ja dann nicht plötzlich in die andere Richtung größer sein, zumindest wenn man das Potential einigermaßen als symmetrisch annehmen kann. An dieser Stelle halte ich dann die Erklärung auch für falsch.
Richtig ist sicher, dass man bei der Konstruktion einer solche Maschine nicht davon ausgehen darf, dass sie nur Belastungen Stand halten können muß, die die Gabel auseinander biegen. Beim Zurückschwingen werden die ja quasi zusammengedrückt. Aber eben mMn auch nicht stärker, als sie vorher auseinander gedrückt wurden.
Gruß
Marco |
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woelloe
Anmeldungsdatum: 07.09.2006
Beiträge: 4
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| woelloe Verfasst am: 07. Sep 2006 13:26 Titel: |
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Danke für Deine Antwort! Du hast vollkommen recht, es handelt sich um eine annähernd harmonsche Schwingung. Und die Amplitude des schwingenden Rahmens nimmt natürlich von Periode zu Periode ab.
Die Spannungen treten an Anbauteilen auf, die am schwingenden Gestell befestigt sind. Diese schwingen natürlich, vom Rahmen erregt, mit.
Mein Ansatz ist Resonanz des Anbauteils, doch widersprüchlich scheint mir, dass die entsprechende Eigenfrequenz somit im Millisekundenbereich angeregt werden müsste.
Gerne kann ich einen gemessenen Spannungsverlauf einscannen, der dieses Phänomen anschaulicher macht. |
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Platon
Anmeldungsdatum: 22.09.2006
Beiträge: 1
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| Platon Verfasst am: 22. Sep 2006 12:02 Titel: |
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Hallo, Markus,
ich denke auch, dass Du es mit einem Resonanzphänomen zu tun hast. Da das Durchstoßen des Blechs quasi einen Delta Impuls bewirkt, wird die gesamte Maschine zu Eigenschwingungen angeregt (signaltheoretisch beinhaltet ja ein Delta-Stoß alle Frequenzen, d.h. für jede Eigenschwingung ist die "passende" Erregerfrequenz dabei). Und da die Amplitude von Bauteilen in der Resonanz von vielen faktoren abhängt (Masse, Steifigkeiten, Dämpfungen...), kann ich mir durchaus vorstellen, dass das Anbauteil mit einer wesentlich größeren Amplitude schwingt als der Rest der Maschine. Was die Reaktion im ms-Bereich anbetrifft: das ist nicht undenkbar, denn die Schwingerregung breitet sich mit Schallgeschwindigkeit (derer von Stahl, ca. 5000 m/s) aus. D.h. die kommt in 1 ms immerhin 5m weit!
Gruß Jörg |
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woelloe
Anmeldungsdatum: 07.09.2006
Beiträge: 4
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| woelloe Verfasst am: 22. Sep 2006 12:07 Titel: |
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Danke für Deine Antwort! Den Begriff des "Delta Impulses" höre ich zum ersten mal!  Werde mich damit auseinandersetzen. |
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Winterheart
Anmeldungsdatum: 11.03.2005
Beiträge: 74
Wohnort: bei München
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| Winterheart Verfasst am: 22. Sep 2006 19:20 Titel: |
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Hi!
Der Kern deines Problems ist die Belastungsgeschwindigkeit!
Deim Belasten (Stanzhub) ist die Geschwindigkeit sehr niedrig, bei der Entlastung hingegen ist sie sehr hoch.
Stell dir eine Feder vor, die entlastet ist und an der ein Gewicht hängt, welches du in den Händen hältst. Nun lässt du das Gewicht langsam aus.
Die Dehnung der Feder ist s = G / k. Dies entspricht dem Stanzhub.
Im nächsten Beispiel lässt du das Gewicht nicht langsam aus, sondern lässt es fallen. Der EES liefert : G*s = 1/2 * k * s² ; s = 2 G / k
Dies entspricht dem Entlastungsvorgang.
Die Dehnung ist in diesem Fall doppelt so groß. Das Gewicht schlägt über seine Nullage durch und schwingt. Die Scheitelpunkte der Schwingung sind s = 0 und s = 2 G / k. Die Nullage befindet sich bei s = G / k.
Wäre deine Maschine ein ideal-elastisches System, so wäre die Verformung beim Entlasten doppelt so hoch (und wegen dem hookschen Gesetzt auch die Spannungen) wie beim Stanzhub. Aber in Wirklichkeit hat jedes System eine Dämpfung. Die Spannungen beim Entlasten erreichen somit nicht den doppelten Wert.
EDIT!!!!
Sorry war gestern etwas umnachtet! Was ich da geschrieben habe stimmt unter deinen Randbedingungen natürlich nicht.
Die Nullage deines Systems ist ja der belastungsfreie Zustand. Beim Stanzhub geht sie in den positiven Bereich und beim Entlastungsvorgang schlägt sie in den negativen Bereich. Idealerweise sollten die Spannungen gleich groß sein, aber unterschiedliche Vorzeichen haben. Durch die Dämpfung sollten sie aber kleiner sein.
Leider fällt mir auch keine Begründung für die hohen Spannungen ein. Evtl durch eine Eigenschwingungsüberlagerung mehrerer Moden.
_________________
The difference between men and boys is the size of the toys. |
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woelloe
Anmeldungsdatum: 07.09.2006
Beiträge: 4
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| woelloe Verfasst am: 02. Okt 2006 15:45 Titel: |
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Danke für Deine Antwort!
Den Ansatz der Belastungsgeschwindigkeit habe ich auch schon einmal als Hinweis bekommen.
Auch über Deinen Ansatz der Modenüberlagerung hatte ich mir schon zuvor Gedanken gemacht und er macht sehr viel Sinn. Jetzt wo Du auf die Gleiche Idee kommst, fühle ich mich in dieser Hinsicht etwas mehr bestätigt.
Nochmals herzlichen Dank für all Eure Mühen.  Wenn Euch noch was dazu einfällt: NUR ZU  |
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