Finite-Elemente-Simulation örtlicher Beanspruchungen in Schraubengewinden (Berichte aus der Werkstofftechnik)

Ziel der Arbeit ist es, einen Beitrag zur Bestimmung und zum Verständnis örtlicher Vorgänge in hochbeanspruchten Schraubengewinden zu leisten.

Im ersten Schritt wird dazu die örtliche Beanspruchung in verschiedenen Schrauben-Mutter- Verbindungen bei einer praxisüblichen Schraubenkraft berechnet. Der Vergleich unterschiedlicher Modellierungsarten belegt, dass axialsymmetrische Modelle zur Beanspruchungsberechnung eingesetzt werden können. Die Gegenüberstellung der berechneten Beanspruchungen mit Versuchsergebnissen aus der Literatur bei geringer Schraubenkraft ergibt eine gute Übereinstimmung und lässt damit auf die Anwendbarkeit der verwendeten Modellierungen schließen. Die Simulation zeigt, dass bei praxisüblichen Schraubenkräften über weite Teile des gepaarten Gewindes plastische Dehnungen im Gewindegrund auftreten.

Des Weiteren werden grundsätzliche Einflüsse auf die maximale örtliche Beanspruchung untersucht. Neben geometrischen und konstruktiven Einflüssen, wie der Gewindegeometrie oder der Einschraubtiefe, wird auch die Abhängigkeit der örtlichen Beanspruchung von der Lasthöhe und der Werkstoffpaarung betrachtet. Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass die Größe und Verteilung der örtlichen Beanspruchung im gepaarten Gewinde vom komplexen Zusammenspiel der Geometrie, der beteiligten Werkstoffe und der Belastung bestimmt wird. Besonders für die Paarung von Werkstoffen unterschiedlicher Festigkeit und Gewindegeometrien mit örtlich konzentrierter Lasteinleitung können plastische Verformungen zu einer gleichmäßigeren Lastverteilung im gepaarten Gewinde und damit auch zur Veränderung der örtlichen Beanspruchung führen.