Das Dokument behandelt die bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben, die in der Zellstoff- und Papierindustrie verwendet werden. Es beschreibt die Bedeutung präziser Berechnungen zur Gewährleistung der Sicherheit und Langlebigkeit dieser Komponenten sowie die Methoden zur Analyse von Rissen und deren Ausbreitung. Außerdem werden die verwendeten Techniken wie FEM/ANSYS zur Modellierung und Überprüfung der Materialanforderungen und Designs erläutert.

1. We accept the challenge!www.andritz.com
Bernhard Ostermann – Kraft and Paper Mill Services
Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben

2. 2 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
ANDRITZ AG
ANDRITZ als internationaler Technologiekonzern mit Sitz in Graz beschäftigt
weltweit 16.750 Mitarbeiter. Wir sind einer der weltweit führenden Lieferanten
von Anlagen, Ausrüstungen und Serviceleistungen für:
 Wasserkraftwerke
 Zellstoff- und Papierindustrie
 Fest-Flüssig-Trennung
 Stahlindustrie
 Tierfutter- und Biomasse-Pelletsproduktion
Firmenprofil

3. Refiner
Refiner werden in der Papier- und
Faserplatten-Herstellung zur Aufbereitung
von Hackschnitzeln zu Faser oder
Zellstoff eingesetzt.
 rotierende und feststehende Scheibe
 Mahlplatten an den Scheiben
 Mahlspalt von ~0.1 – 0.5 mm
3 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Allgemein

4. Refiner
Warum ist eine genaue Berechnung von
Refinern und im speziellen der Scheibe
so wichtig?
 Refinerscheibe bis 4 t
 Scheibendurchmesser bis 1.8 m
 Welle bis 3.5 t
 Gesamtgewicht bis 50 t
 Drehzahl bis 2300 U/min
 Antriebsleistung bis 35 MW
5 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Dimensionen

5.  3 Rissöffungsmoden
 Spannungsintensitätsfaktor KI für reine
Mode I Belastung:
𝐾𝐼 = 𝜎 𝜋𝑎𝑌(𝑎, … )
z.B.: Y=1.1215
 Spannungsintensitätsfaktor ≠
Spannungskonzentrationsfaktor
Bruchmechanik
6 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Allgemein
Quelle: H.P.Degischer Grundlagen der Werkstoffwissenschaft

6. Bruchmechanik
 Bruchzähigkeit KIc und JIc als
Werkstoffkenngrößen
 Kritische Risslänge ac
 Berechnung der
Rissausbreitungsgeschwindigkeit und
Restlebensdauer über:
 Zusammenhang bruchmechanischer
Größen in der LEBM:
7 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Allgemein
Quelle: Meinhard Kuna
Numerische Beanspruchungsanalyse von Rissen

7. Bruchmechanik
8 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
FEM / ANSYS
Bruchmechanische Parameter in ANSYS:
 Energiefreisetzungsrate Gi
über VCCT
 Spannungsintensitätsfaktor Ki
über Interaktionsintegral
 J-Integral
über äquivalentes Gebietsintegral
Rissausbreitung nur entlang vordefinierter
Pfade möglich.
Quelle: Meinhard Kuna
Numerische Beanspruchungsanalyse von Rissen

8. Bruchmechanik
9 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
FEM / ANSYS
Modellierung der Rissspitze / Rissfront:
 Rissspitzenelemente nur bei 2D-
Problemen einfach anwendbar
 Bei Standardelementen auf
regelmäßige Verteilung und
Elementgröße achten
 Achtung bei Ergebnissen an
Oberflächen
 Ergebnisse mehrerer Integrations-Pfade
vergleichen

9. Anwendung
10 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Überprüfung der Gültigkeit bisheriger Berechnungen
Berechnung nach
Formelwerken
2D FE-Berechnung
Quelle: FKM-Richtlinie

10. Anwendung
11 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Überprüfung der Gültigkeit bisheriger Berechnungen
3D Gesamtmodell
(mit Riss)
3D Detailmodell (spezielle
Modellierung der Rissfront)

11. Anwendung
12 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Überprüfung der Gültigkeit bisheriger Berechnungen
Bestätigung bzw.
Abänderung der
Materialanforderungen und
des Designs
J-Integral entlang der Rissfront

12. Anwendung
13 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
2D-Risswachstum
Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 …

13. Anwendung
14 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Submodeling zur Analyse kritischer Bereiche

14. Anwendung
15 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Submodeling zur Analyse kritischer Bereiche
J-Integral entlang der Rissfront

15. Kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen gerne!
CADFEM (Austria) GmbH
Wagenseilgasse 14
1120 Wien
Tel. +43 (0)1 587 70 73 – 0
E-Mail. info@cadfem.at
Web. http://www.cadfem.at
Immer aktuell informiert – CADFEM Blog, Xing und Youtube-Channel
CADFEM Blog - Umfassend informiert
• News zur FEM-Simulation - What‘s hot? What‘s new?
• Video-Tutorials - ANSYS, LS DYNA & mehr
• Hinter den Kulissen: CADFEM intern
CADFEM Youtube Channel - Tips & Trick
• Video Tutorials - ANSYS Software und CADFEM Applications
CADFEM auf Xing - News kompakt
• Vorschau auf Events & Seminare
• Neue CADFEM Produkte
• CADFEM Jobbörse
Fragen? Interesse?