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Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben
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
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
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3 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Allgemein
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
 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
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
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
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
Anwendung
10 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Überprüfung der Gültigkeit bisheriger Berechnungen
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Formelwerken
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11 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Überprüfung der Gültigkeit bisheriger Berechnungen
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12 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Überprüfung der Gültigkeit bisheriger Berechnungen
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13 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
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14 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Submodeling zur Analyse kritischer Bereiche
Anwendung
15 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Submodeling zur Analyse kritischer Bereiche
J-Integral entlang der Rissfront
Kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen gerne!
CADFEM (Austria) GmbH
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Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben

  • 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?