Berechnung komplexer Mehrschraubverbindungen

Schraubverbindungen

Schraubverbindungen sind neben Schweißkonstruktionen die gängigste Art, um Bauteile miteinander zu verbinden. Eine analytische Berechnung von Schraubverbindungen ist nur für bestimmte, sehr einfache Verbindungsgeometrien möglich. In der Praxis treten einfache Verbindungsgeometrien allerdings selten auf, sodass ein analytischer Nachweis dann nur durch Annahmen und Vereinfachungen möglich ist. Der analytische Nachweis wird kompliziert, unsicher und stößt in der Praxis schnell an die Grenzen.

Eine alternative Berechnungsmethode stellt die Finite-Elemente-Methode dar. Mit dieser Methode können nahezu beliebig komplexe Mehrschraubverbindungen berechnet und bewertet werden. Die Schrauben werden im numerischen Rechenmodell berücksichtigt, wobei verschiedene Modellierungstechniken möglich sind. Die Schrauben können in einem linearen Berechnungsmodell durch Balkenelemente abgebildet werden. Alternativ kann die Schraubverbindung detailliert in einer nichtlinearen Analyse mit Schraubenvorspannung und nichtlinearem Kontakt zwischen den Bauteilen diskretisiert werden.

Oberspannung von Schraubverbindungen (statische Festigkeitsbewertung)
Oberspannung von Schraubverbindungen (statische Festigkeitsbewertung)

 

Spannungsausschlag von Schraubverbindungen (Zeitfestigkeitsbewertung)
Spannungsausschlag von Schraubverbindungen (Zeitfestigkeitsbewertung)

 

Anhand der Ergebnisse der Finite-Elemente-Analyse erfolgt eine Festigkeitsbewertung der Schraubverbindung anhand technischer Regelwerke, wie z.B. der VDI-Richtlinie 2230 oder der DIN 18800. Für einen statischen Festigkeitsnachweis der Schraubverbindung wird die Oberspannung und für eine Zeit- oder Dauerfestigkeitsnachweis der Spannungsausschlag mit zulässigen Werten abgeglichen.


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