Refiner werden in der Papier- und Faserplatten-Herstellung zur Aufbereitung von Hackschnitzeln zu Faser oder Zellstoff eingesetzt. Eine genaue Berechnung von Refinern und der Scheibe ist wichtig. Bruchmechanische Parameter in ANSYS: * Energiefreisetzungsrate Gi über VCCT * Spannungsintensitätsfaktor Ki über Interaktionsintegral * J-Integral über äquivalentes Gebietsintegral

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Bernhard Ostermann – Kraft and Paper Mill Services
Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben

2. 2 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
ANDRITZ AG
ANDRITZ als internationaler Technologiekonzern mit Sitz in Graz beschäftigt
weltweit 16.750 Mitarbeiter. Wir sind einer der weltweit führenden Lieferanten
von Anlagen, Ausrüstungen und Serviceleistungen für:
 Wasserkraftwerke
 Zellstoff- und Papierindustrie
 Fest-Flüssig-Trennung
 Stahlindustrie
 Tierfutter- und Biomasse-Pelletsproduktion
Firmenprofil

3. Refiner
Refiner werden in der Papier- und
Faserplatten-Herstellung zur Aufbereitung
von Hackschnitzeln zu Faser oder
Zellstoff eingesetzt.
 rotierende und feststehende Scheibe
 Mahlplatten an den Scheiben
 Mahlspalt von ~0.1 – 0.5 mm
3 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Allgemein

4. Refiner
Warum ist eine genaue Berechnung von
Refinern und im speziellen der Scheibe
so wichtig?
 Refinerscheibe bis 4 t
 Scheibendurchmesser bis 1.8 m
 Welle bis 3.5 t
 Gesamtgewicht bis 50 t
 Drehzahl bis 2300 U/min
 Antriebsleistung bis 35 MW
5 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Dimensionen

5.  3 Rissöffungsmoden
 Spannungsintensitätsfaktor KI für reine
Mode I Belastung:
𝐾𝐼 = 𝜎 𝜋𝑎𝑌(𝑎, … )
z.B.: Y=1.1215
 Spannungsintensitätsfaktor ≠
Spannungskonzentrationsfaktor
Bruchmechanik
6 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Allgemein
Quelle: H.P.Degischer Grundlagen der Werkstoffwissenschaft

6. Bruchmechanik
 Bruchzähigkeit KIc und JIc als
Werkstoffkenngrößen
 Kritische Risslänge ac
 Berechnung der
Rissausbreitungsgeschwindigkeit und
Restlebensdauer über:
 Zusammenhang bruchmechanischer
Größen in der LEBM:
7 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Allgemein
Quelle: Meinhard Kuna
Numerische Beanspruchungsanalyse von Rissen

7. Bruchmechanik
8 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
FEM / ANSYS
Bruchmechanische Parameter in ANSYS:
 Energiefreisetzungsrate Gi
über VCCT
 Spannungsintensitätsfaktor Ki
über Interaktionsintegral
 J-Integral
über äquivalentes Gebietsintegral
Rissausbreitung nur entlang vordefinierter
Pfade möglich.
Quelle: Meinhard Kuna
Numerische Beanspruchungsanalyse von Rissen

8. Bruchmechanik
9 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
FEM / ANSYS
Modellierung der Rissspitze / Rissfront:
 Rissspitzenelemente nur bei 2D-
Problemen einfach anwendbar
 Bei Standardelementen auf
regelmäßige Verteilung und
Elementgröße achten
 Achtung bei Ergebnissen an
Oberflächen
 Ergebnisse mehrerer Integrations-Pfade
vergleichen

9. Anwendung
10 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Überprüfung der Gültigkeit bisheriger Berechnungen
Berechnung nach
Formelwerken
2D FE-Berechnung
Quelle: FKM-Richtlinie

10. Anwendung
11 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Überprüfung der Gültigkeit bisheriger Berechnungen
3D Gesamtmodell
(mit Riss)
3D Detailmodell (spezielle
Modellierung der Rissfront)

11. Anwendung
12 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Überprüfung der Gültigkeit bisheriger Berechnungen
Bestätigung bzw.
Abänderung der
Materialanforderungen und
des Designs
J-Integral entlang der Rissfront

12. Anwendung
13 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
2D-Risswachstum
Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 …

13. Anwendung
14 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Submodeling zur Analyse kritischer Bereiche

14. Anwendung
15 Bruchmechanische Untersuchung von Refinerscheiben - 26.04.2012
Submodeling zur Analyse kritischer Bereiche
J-Integral entlang der Rissfront

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