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Unternehmensgebäude der Firma Ayen

Finite Elemente - Simulation:

Untersuchung der Einpresskräfte und der Werkstoffbeanspruchung beim Astausflicken durch FE-Simulation

Ziel der Untersuchung ist, sowohl die beim Einpressen einer Querholzscheibe oder eines Naturastdübels auftretenden Kräfte als auch die Beanspruchung des auszuflickenden Werkstückes zu ermitteln.

Hierzu werden die speziell dem Holz eigenen, durch den Aufbau aus Fasern verursachten, orthotropen Materialeigenschaften durch entsprechende Werkstoffmodelle approximiert.

Bei Querholzscheiben liegt die Faserrichtung parallel zu der des auszuflickenden Werkstückes. Der Naturastdübel dagegen weist aufgrund seiner Faserausrichtung in Umfangsrichtung ein quasi-isotropes Materialverhalten auf. Aus diesen Sachverhalten resultieren unterschiedliche Einpresskräfte und Materialbeanspruchungen, die durch eine Simulation mittels der FE-Methode errechnet werden.

Der Vorgang des Einpressens wird in der Simulation in mehreren Schritten - weggesteuert - durchgeführt, wobei die Reaktionskräfte für jeden Schritt ausgewertet werden. Diese Reaktionskräfte sind gleichbedeutend mit der für das Einpressen aufzuwendenden Kraft.

Das Diagramm zeigt qualitativ die Verläufe der Reaktionskräfte für Querholzscheiben (blau) und Naturastdübel (magenta) über dem Einpressweg.

Erkennbar ist, dass für den Naturastdübel eine um ca. 85% höhere Einpresskraft aufgewendet werden muss im Vergleich zur Querholzscheibe.

Die beim Einpressen auftretenden Spannungen liegen sowohl bei der Querholzscheibe als auch beim Naturastdübel unter der Versagensgrenze für den verwendeten Werkstoff.



Die unten angefügten Videos zeigen den Vorgang des Einpressens einer Querholzscheibe und eines Naturastdübels als Animation bei Darstellung der Vergleichsspannung und Zugspannung.


Querholzscheibe:

Zugspannung, Schnittansicht


Zugspannung, Schnittansicht, Scheibe ausgeblendet


Vergleichsspannung, Schnittansicht


Vergleichsspannung, Vollansicht



Naturastdübel:

Zugspannung, Schnittansicht


Vergleichsspannung, Schnittansicht


Vergleichsspannung, Vollansicht