FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen

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freecad-heini-1
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Joined: Tue Jan 07, 2014 11:10 am
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FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen

Post by freecad-heini-1 »

Hallo zusammen,
ich bin kein Ingenieur, deswegen fehlt mir leider so manches Know-How zu den mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen. Mir geht es um die Biegsamkeit von Kunststoffen bis hin zum Bruch.

Es gibt diverse Prüfverfahren und Prüfkörper:
Image

Ich interessiere mich für das Biegemodul. Es gibt eine 3- und 4 Punkt Biegeprüfung:
http://www.psm-merseburg.info/fileadmin ... weckp2.jpg

Das E-Modul beschreibt die Festigkeit, Plastizität bzw. Sprödigkeit und wie der Name schon verrät die Elastizität. Allerdings werden die gemessenen Werte durch einen Zugversuch ermittelt, genau wie bei der Bruchdehnung.

Bisher habe ich mit FEM in Freecad noch gar nichts am Hut, aber wenn ich damit weiter käme, würde ich mich gerne einarbeiten, meine Thematik betreffend.

Die 3-Punkt Biegeprüfung möchte ich gerne in FEM simulieren und beurteilen können, habe aber keine Ahnung wie man an die Materialdaten heran kommt. Manche Kunststoffhersteller rücken mechanische Eigenschaften erst dann raus, wenn man ein registrierter Kunde ist.
https://www.youtube.com/watch?v=tHVsPwNrUNE
Kann man simulieren um wieviel Prozent oder wieviele Millimeter ein Kunststoff sich biegen lässt bis er bricht?

Wer kann mir helfen, gerne auch gegen Bezahlung.

Viele Grüße
Wilfried
Cobraschock
Posts: 506
Joined: Thu Jun 20, 2019 6:41 pm

Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen

Post by Cobraschock »

Hallo Wilfried,
da mich das auch interessieren würde, klinke ich mich mal ein.

Ich habe schonmal bisschen was gemacht in FEM. Leider bin ich aber auch nicht in der Lage zu beurteilen ob alles richtig ist. Aber hier mal ein Versuch:
Daten aus ein Auszug von ein Ultimaker PLA Filament:
PLA_Eigenschaften.png
PLA_Eigenschaften.png (90.03 KiB) Viewed 1206 times
Damit habe ich ein Balken gemacht, 10x10x200mm.

Diesen habe ich dann mal mit 10N ( also etwa 1Kg) Belastet, dabei würde der Balken auf der Linken 10x10 Fläche z.B. an eine Wand geklebt,
das "Gewicht" drückt nun auf der anderen Seite an der Kante.
Ergebnis ( so wie ich es verstehe):
PLA_Verschiebung.png
PLA_Verschiebung.png (60.56 KiB) Viewed 1206 times
Insgesamt wird der Balken um etwa 9mm nach unten gedrückt.
PLA_SPannung.png
PLA_SPannung.png (69.01 KiB) Viewed 1206 times
Dabei treten Spannungen von bis zu etwa 12 MPa auf. Laut Datenblatt bricht "dieses" PLA bei 45,6 MPA, also sollte dieser Balken halten. Wobei man dann natürlich die Schichtenhaftung usw. nicht berücksichtigt hat... ( werde mal son Balken echt mal drucken und prüfen :P)
VerzugMitScala.png
VerzugMitScala.png (99.48 KiB) Viewed 1206 times
Hier mal mit der Scala, eventuell findet sich ja jemand der mir erklären kann wieso hier der "Inhalt" schwarz ist, und die Linien die "Farbe" haben...

Edit:

Nun habe ich auch es geschafft eine "3Punkt" Messung zu simulieren. Zumindest sieht es Hübsch aus:
BalkenMitteBelastung.png
BalkenMitteBelastung.png (54.84 KiB) Viewed 1174 times
100N Belastung in der mitte mit einer fläche von 10x10mm. Balken länge 160mm.
Verschiebung 0,12mm
Spannungen 2700kPA => 2,7MPA?
Nach meiner Berechnung kann da also noch ne ordenliche schippe drauf... ob das stimmt :?:
Last edited by Cobraschock on Thu Sep 16, 2021 12:16 pm, edited 1 time in total.
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bernd
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Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen

Post by bernd »

- starte FreeCAD
- wechsle zur FEM workbench
- starte die FEM example gui
- klicke auf Solvers, ccxtools, dann hast du eine menge beispiele

Schaue dir mal "CCX cantilever face load" an. lade es Doppelklicke auf den Analysiscontainer, selektiere den solver und klicke den run button an. Dann sollten sehr schnell die resultate kommen. Dort drauf doppelklicken dann spielen. Hat das funktioniert hast du 75 % des FEM geschafft. leider sind die restlichen 25 nicht ganz so trivial ...

Dann anfangen am modell zu spielen. Last verändern, Lagerungsbedingungen ändern, usw.

Dann kannst Du Deinen Test ganz von selber modellieren.

Wenn es hackt einfach fragen.

gruss bernd
Cobraschock
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Joined: Thu Jun 20, 2019 6:41 pm

Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen

Post by Cobraschock »

Hallo Bernd,

ich habe mir dein Vorschlag Beispiel angeschaut. Allerdings habe ich es unter FEM WB => Utilities => open FEM Exambles => Solvers => calculix => CCX cantilever face load gefunden.
Unter ccxtools ist "nur" NonGui Tutorial 01.

habe ich nun das richtige oder meintest du was anderes und ich bin auf dem Holzweg?
Mir war bisher dieser Zugang zu Beispielen unbekannt :(.
Kenne nur diese Beispiel beim Startbild. :oops:
thschrader
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Joined: Sat May 20, 2017 12:06 pm
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Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen

Post by thschrader »

freecad-heini-1 wrote: Thu Sep 16, 2021 11:00 am ...
Kann man simulieren um wieviel Prozent oder wieviele Millimeter ein Kunststoff sich biegen lässt bis er bricht?
...
Im Prinzip ja. Siehe
https://forum.freecadweb.org/viewtopic.php?f=18&t=51756

Die Schwierigkeit besteht in dem stark nichtlinearen Verlauf der Werkstoffkennlinien.
Und der Temperaturabhängigkeit. Das kann man mit FC-FEM machen, allerdings
muss die Kennlinie des E-Moduls nach dem Schreiben der Solver-Eingabedatei händisch
nachgebessert werden, d.h. du musst wissen, bei welcher Spannung welche Dehnung auftritt.
So kann man die Kennlinie abtasten.

Einen Riss im Material kann man mit FC-FEM nicht simulieren, dafür sind spezielle Algorithmen
erforderlich. Du kannst die Belastung nur solange hochfahren, bis eine (noch akzeptable)
maximale Spannung oder Dehnung/Verformung erreicht ist.

Das wird ein schönes Stück Arbeit...
UR_
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Joined: Tue Jan 03, 2017 8:42 pm

Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen

Post by UR_ »

Cobraschock wrote: Thu Sep 16, 2021 11:53 am Hier mal mit der Scala, eventuell findet sich ja jemand der mir erklären kann wieso hier der "Inhalt" schwarz ist, und die Linien die "Farbe" haben...
Das liegt an: Edit->Preferences->3D-View->Backlight color

Screenshot 002.png
Screenshot 002.png (1.91 KiB) Viewed 894 times
Screenshot 001.png
Screenshot 001.png (24.45 KiB) Viewed 894 times

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bernd
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Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen

Post by bernd »

Cobraschock wrote: Thu Sep 16, 2021 12:09 pm Hallo Bernd,

ich habe mir dein Vorschlag Beispiel angeschaut. Allerdings habe ich es unter FEM WB => Utilities => open FEM Exambles => Solvers => calculix => CCX cantilever face load gefunden.
Unter ccxtools ist "nur" NonGui Tutorial 01.
du hast das richtige, aber du hast den wichtisten FEM rat missachtet. Solange in FreeCAD keine unstabilen monstermerges frisch drin sind unbedingt immer die letzte dev version für FEM nutzen. Ich bin einfach irgendwie immer dran auftretende probleme zu beheben. Sieht so aus als will es nie enden :ugeek:
Cobraschock
Posts: 506
Joined: Thu Jun 20, 2019 6:41 pm

Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen

Post by Cobraschock »

bernd wrote: Thu Sep 16, 2021 6:15 pm du hast das richtige, aber du hast den wichtisten FEM rat missachtet. Solange in FreeCAD keine unstabilen monstermerges frisch drin sind unbedingt immer die letzte dev version für FEM nutzen.
Oh :oops: danke für den Hinweis.
Werde morgen gleich mal das aktuellste freecad ziehen. Oder muss/reicht ein wb update? :?
Cobraschock
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Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen

Post by Cobraschock »

UR_ wrote: Thu Sep 16, 2021 4:32 pm Das liegt an: Edit->Preferences->3D-View->Backlight color
gefunden, geändert, geht. DANKE.
herbk
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Joined: Mon Nov 03, 2014 3:45 pm
Location: Windsbach, Bavarya (Germany)

Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen

Post by herbk »

Guten Morgen Wilfried,
freecad-heini-1 wrote: Thu Sep 16, 2021 11:00 am ... habe aber keine Ahnung wie man an die Materialdaten heran kommt. Manche Kunststoffhersteller rücken mechanische Eigenschaften erst dann raus, wenn man ein registrierter Kunde ist.
ich will ja nicht den Miesmacher spielen, aber das wird, denke ich, das größte Problem bei der Sache...

Die wenigsten Kunststoffe werden in reiner Form verarbeitet, die Festigkeit ist abhängig von den Füllstoffen, - was Du ja weißt, sonst würdest Du nicht fragen wo man sie her bekommt. ;) ;)

Nicht nur dass die Hersteller ein Geheimnis daraus machen, die Rezepturen werden ja auch noch ständig verändert um das Zeugs "noch besser" zu machen.

Vielleicht hilft Dir das ja etwas weiter:
Gruß Herbert
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