Carbon-Material für FEM? Und benutze ich FEM richtig?

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mattxzy
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Carbon-Material für FEM? Und benutze ich FEM richtig?

Postby mattxzy » Thu Jul 18, 2019 3:04 pm

Hallo zusammen,


für ein Gitarrenprojekt möchte ich mir ein Teil aus Carbon fräsen lassen. Und um die Dicke zu bestimmen, wollte ich FEM nutzen, um das Teil so dünn wie es geht zu machen. Ich habe einen Anbieter für Carbon-Fräsen angeschrieben, aber leider konnte er mir die Daten zu seinen verwendeten Carbonplatten nicht geben, die ich bräuchte um ein passendes Material zu erstellen.

Welche Daten sind relevant um ein Carbon-Material für FEM zu erstellen und wo finde ich sie am besten?


Ich habe dann einfach mal CalculiX-Steel zum Ausprobieren verwendet, die Ergebnisse waren allerdings erdrückend. Das Bauteil biegt sich viel zu stark, ich hatte eine Verbiegung von maximal wenigen Dutzend µm geplant. Das sind die 6 Kräfte, die auf das Bauteil mit ca. 0,8° wirken:
108,9 N, 108,45 N, 126 N, 127,8 N, 122,85 N und 108 N. (Diese Werte habe ich mit einem "String Tension Calculator" eines Gitarrensaitenherstellers bestimmt)

Ich habe die Datei mal angehängt, habe ich alles richtig gemacht, was FEM angeht? (Das erstellte Mesh und die Simulationsergebnisse haben die Dateigröße leider vervierzigfacht, darum musste ich sie löschen. Ich hatte einfach mit dem Gmsh mesher das Mesh erstellt und dann die Analyse gestartet)


Hier ist noch ein Bild des fertigen Bauteils, damit man sehen kann, wo die Kräfte herkommen und für was es da ist:
Carbon_Visualisierung.jpg
Carbon_Visualisierung.jpg (38.42 KiB) Viewed 247 times
Grüße


mattxzy


ps. hier noch diese Angabe:

OS: Windows 10
Word size of OS: 64-bit
Word size of FreeCAD: 64-bit
Version: 0.18.16117 (Git)
Build type: Release
Branch: releases/FreeCAD-0-18
Hash: dbb4cc6415bac848a294f03b80f65e888d531742
Python version: 3.6.6
Qt version: 5.6.2
Coin version: 4.0.0a
OCC version: 7.3.0
Locale: German/Germany (de_DE)
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Carbon-mattxzy.FCStd
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bernd
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Re: Carbon-Material für FEM? Und benutze ich FEM richtig?

Postby bernd » Thu Jul 18, 2019 7:02 pm

als materialdaten brauchst du:
- e- modul
- querdehnzahl

das meshobjekt brauchst du nicht zu löschen, es reicht das mesh zu leeren. Geht mit rechts- click auf das mesh objekt.

wieviel verschiebung hattest du denn?
mattxzy
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Re: Carbon-Material für FEM? Und benutze ich FEM richtig?

Postby mattxzy » Thu Jul 18, 2019 9:00 pm

Hallo bernd,

danke für deine Antwort, ich habe mal ein Young's Modulus von 181 GPa und Poisson Ratio von 0,2 verwendet, das Ergebnis sieht so aus:
FEM_Carbon.jpg
FEM_Carbon.jpg (34.25 KiB) Viewed 210 times
Wie man sieht gibt es eine Verschiebung von mehreren cm. Kann das bei ca. 70 kg Zug, der so gut wie parallel zum Teil zieht, realistisch sein?

Grüße

mattxzy
herbk
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Re: Carbon-Material für FEM? Und benutze ich FEM richtig?

Postby herbk » Fri Jul 19, 2019 6:17 am

Hi mattxzy,
mattxzy wrote:
Thu Jul 18, 2019 9:00 pm
Wie man sieht gibt es eine Verschiebung von mehreren cm. Kann das bei ca. 70 kg Zug, der so gut wie parallel zum Teil zieht, realistisch sein?
meiner Einschätzung nach (hab's nicht nachgerechnet) ja.

Auch wenn Carbon ein wesentlich niedrigeres E-Modul als Stahl hat wird sich bei einem dünnen Bauteil nicht so wenig Biegung herauskommen wie Du möchtest. Gegen durchbiegen hilft nur Dicke...

BTW.: Carbonplatten erhalten ihre Festigkeit von langen, miteinander verklebten Kohlefaserfäden. Wenn Du die quer zur Lastrichtung fräst, dann nimmst Du einen Teil der Festigkeit.

http://www.maschinenbau-wissen.de/skrip ... -berechnen
Gruß Herbert
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Re: Carbon-Material für FEM? Und benutze ich FEM richtig?

Postby freecad-heini-1 » Fri Jul 19, 2019 8:39 am

Solche Decken sind üblicherweise innen gut verrippt, bei halbakustischen E-Gitarren.
Image
herbk
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Re: Carbon-Material für FEM? Und benutze ich FEM richtig?

Postby herbk » Sat Jul 20, 2019 6:56 am

Hi Wilfried,

ich denke es geht um den Hals...
Gruß Herbert
freecad-heini-1
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Re: Carbon-Material für FEM? Und benutze ich FEM richtig?

Postby freecad-heini-1 » Sun Jul 21, 2019 1:27 pm

herbk wrote:
Sat Jul 20, 2019 6:56 am
Hi Wilfried,

ich denke es geht um den Hals...
Im Hals einer Gitarre ist normalerweise ein Halsstab aus Metall eingelassen.
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