FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen
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FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen
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:
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
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:
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
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Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen
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: 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): Insgesamt wird der Balken um etwa 9mm nach unten gedrückt.
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 )
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: 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
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: 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): Insgesamt wird der Balken um etwa 9mm nach unten gedrückt.
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 )
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: 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.
Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen
- 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
- 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
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Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen
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.
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.
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Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen
Im Prinzip ja. Siehefreecad-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?
...
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...
Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen
Das liegt an: Edit->Preferences->3D-View->Backlight colorCobraschock 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...
Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen
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 endenCobraschock 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.
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Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen
Oh danke für den Hinweis.
Werde morgen gleich mal das aktuellste freecad ziehen. Oder muss/reicht ein wb update?
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Re: FEM - Biegung und Bruch von Kunststoffen
Guten Morgen Wilfried,
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:
ich will ja nicht den Miesmacher spielen, aber das wird, denke ich, das größte Problem bei der Sache...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.
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