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last.txt bremsscheibe.txt bremsscheibe.JPG

Hallo liebe Ansys Mitbenutzer,

ich bin Neueinsteiger in Ansys und habe ein thermisches Problem zu lösen bei dem ich derzeit nicht weiter weis:

Eine Bremsscheibe (vgl. FEM für Praktiker 3, S. 284, transiente Temperaturfelder Bremsscheibe) soll als 3D Modell, komplette Scheibe mit solid70 und im Bereich der  Bremsbelagsflächen mit surf152 vernetzt werden. Ich arbeite mit Ansys 8.1

Die Wärmeleitwerte usw. sind nicht reduziert da 3D.

Auf den Reibringoberflächen und am Mantel soll Konvektion über die solid70 realisiert werden, über die surf152 erfolgt der Wärmeeintrag an den beiden Reibringoberflächen.

Dabei ergibt sich das Problem, dass der HFLUX Befehl die Lasten durch den CONV Befehl überschreibt, obwohl diese ja eigentlich auf die entsprechenden Elemente verteilt und unabhängig voneinander sein sollen. Vermutlich werden bei der Flächenauswahl und dem Selektieren der darunterliegenden Elemente und Knoten die surf152 mitselektiert.

Im Forum habe ich diverse Hilfestellungen gefunden, doch das Problem lies sich damit nicht beheben. Auch die Ansyshilfe und das veraltete FEM für Praktiker aus der Bibliothek brachte mich nicht weiter.

Ich habe im Anhang sowohl das auf 8.1 abgeänderte Beispiel aus FEM für Praktiker, als auch meine Lastdatei für mein Modell eingefügt.
In der beigefügten Zeichnung sind die überlappenden Bereiche dargestellt. Das Problem liegt im oberen und unteren Bereich (grün,rot).

Wäre sehr dankbar, wenn jemand Rat weis und mir erklären könnte, wie ich die Elemente getrennt bekomme. Dabei würde es schon reichen, wenn die Konvektion per solid70 und der Wärmestromeintrag per surf152 unabhängig voneinander (ohne Überschreiben) erfolgen würde.

Die Lösung kann im 2D Modell erfolgen, da übertragbar auf das 3D Modell.

Mit freundlichen Grüßen

Tom

Student MST, FH ZW

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last.txt

hallo,

habe in der Lastdatei beim copy&pasten eine falsche Zeile übernommen,
die Materialzuordnung (keyopts) waren falsch, aber das Problem mit dem esurf besteht immer noch

habe die Zeile korrigiert und die neue Lastdatei hochgeladen

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Im last-Skript steht (die mit doppeltem ! Kommentare habe ich eingefuegt):

Code:

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et,2,152 !! Oberflaechen-Effekt Element fuer 3D
keyopt,2,4,1 !! Does not have midside nodes
keyopt,2,5,0 !! No extra node for radiation and/or convection calculations (optional if KEYOPT (8) > 1; required if KEYOPT (9) > 0)
keyopt,2,7,0 !! Do not multiply film coefficient by empirical term
keyopt,2,8,1 !! Include heat flux, ignore convection
keyopt,2,9,0 !! Do not include radiation

type,2

cmsel,s,arro !obere und untere Reibringfläche, Vernetzung mit surf152
cmsel,a,arru !Knoten selektieren mittels nsla,s,1 und esurf geht nicht
allsel,below,area
aplot
amesh,all ! <==============
eplot

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Warum erzeugst Du die Surface-Elemente nicht mit ESURF? Dazu sollten die äußeren Elemente gewählt werden und auf den freien Oberflächen der Volumenelemente werden Surface-Elemente erzeugt.
Kann es daran liegen, dass das Skript nicht das tut, was es soll? (edit) Prinzipiell sollte aber das Vernetzen mit AMESH auch funktionieren. Daran liegt es wahrscheinlich nicht.(/edit)

Wo genau kommst Du nicht weiter? Geht es konkreter?

Zu dem FEM für Praktiker Beispiel, Bremsscheibe: Ich hatte auch die Erfahrung mit der Warnung gemacht bezüglich HFLUX. Habe deshalb die Last mit BFE auf die Elemente aufgebracht, das Ergebnis ist identisch. Dann kommt allerdings ebenfalls eine Warnung vor der Lösung, daß die Konvektionslasten ignoriert werden. 
"Convection surface loads are ignored when keyopt(8)=1 for element type 2 (surface element), face 1."

Hast Du mal das Gegenbeispiel gerechnet und an der Aussenseite an den entsprechenden Stellen, wo sich die Surface-Elemente befinden, die Konvektion zur Umgebung entfernt? Ergeben sich dann höhere Temperaturen?

Sven

[Diese Nachricht wurde von Sven_m2k am 22. Aug. 2006 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Sven_m2k am 23. Aug. 2006 editiert.]

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bremsscheibe.apdl.txt

Ich habe mir das mit der Bremsscheibe nochmal durch den Kopf gehen lassen. Zu folgenden Schlussfolgerungen bin ich gekommen:

1) Gegenprobe dadurch, dass die Knoten des Bereiches der SURF151-Elemente bei Aufbringen der konvektiven Randbedingung in Lastschritt 1 mit alpha=500 (Konvektion an Aussenseite bei Rotation) abgewaehlt werden: Es ergibt sich, dass die Maximaltemperatur am Ende des Bremsvorganges (nach t=10 s) um ca. 60 Grad Celsius höher ist.
Schlussfolgerung: die konvektive Randbedingung an diesen Knoten hat eine Wirkung, obwohl sie laut Warnung in Ansys überschrieben wird. Erklärung siehe 2) Im Skript sind die Knoten durch CM,bremswaerme_nodes,nodes definiert und werden mit CMSEL,u,bremswaerme_nodes im Lastschritt 1 bei Aufbringen der konvektiven Randbedingung abgewählt.

2) Konvektive Randbedingungen, die mit SF,...,CONV,... auf Knoten aufgebracht werden, gelten für alle Elemente, die durch diese Knoten beschrieben werden. Im vorliegenden Fall also die Surface-Elemente SURF151 und die ebenen Elemente PLANE55 an gleicher Stelle. Wird mit SFE,... ein Wärmestrom HFLUX auf die Surface-Elemente eingeprägt, dann überschreibt dieser die konvektive Randbedingung der Surface-Elemente (Warnung durch Ansys). Die konvektive Randbedingung der ebenen Elemente PLANE55 wird dabei nicht überschrieben. Dies bedeutet aber, dass die Reihenfolge wichtig ist. Ein SF,...,CONV nach einem SFE,...,HFLUX,... auf denselben Bereich (Elemente/Knoten) überschreibt den HFLUX. Umgekehrt überschreibt ein SFE,...,HFLUX nach einem SF,...,CONV die konvektive Randbedingung (RB) CONV nicht.

3) Unklar ist mir, warum ein eingeprägter Wärmestrom (SFE,...,HFLUX) vor einer konvektiven RB durch die RB mit SF,...,CONV "nicht vollständig überschrieben" wird. Es ergibt sich eine Differenz ohne den "überschriebenen" HFLUX von ca. 8 Grad bei t=15 s. Ordne ich den gleichen Wärmestrom nach der konvektiven RB im Lösungsschritt an (und damit wird er nicht überschrieben), so ergeben sich Maximaltemperaturen von ca. 833 Grad Celsius im Vergleich zu ca. 440 (448) Grad Celsius. Dies erscheint sinnvoll. Im angefügten Skript sind die relevanten Stellen mit "Test I" und "Test II" markiert.

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Die Ursache für Warnmeldungen bezüglich des Überschreibens der konvektiven Randbedingungen ist gefunden:

Wird mit SF,...,CONV,... eine konvektive Randbedingung auf Knoten aufgebracht, so wird diese in den zu den Knoten gehörigen Elementen hinterlegt. Aber nur in den Elementen, die sich im Auswahlsatz befinden. Die Warnmeldungen können verhindert werden indem man bspw. durch

Code:

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nsel,s,ext        ! waehle alle externen knoten
esel,u,type,,2    ! waehle die Surface-Elemente ab
sf,all,conv,500,20 ! Konvektion zur Umgebung mit alpha = 500 W/(m^2*K) sowie 20 Grad C auf Knoten

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die Surface-Elemente vor Definition der Randbedingung (RB) abwählt. Die Warnmeldungen bleiben aus, das Ergebnis der Berechnung ist identisch.
Man sollte aber dann darauf achten, dass man in den einzelnen Lastschritten die Wärmestromwerte wieder zu 0 setzt, da diese nun nicht mehr durch die konvektive RB überschrieben werden.

Mir scheint, dass mit den KEYOPT zu den Surface-Elementen nur im eigentlichen Lösungsschritt SOLVE die Konvektion nicht mit einbezogen wird, obwohl sie während der Modellierung mit erzeugt werden kann und auch zu entsprechenden Warnmeldungen beim Überschreiben mit HFLUX führt.

Sven.

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Hallo Sven,

vielen Dank für deine Mühe. Ich war selbst drei Tage mit Testen beschäftigt und komme erst heute wieder ins Forum, von daher musste ich jetzt erst einmal alles neue nachlesen.

Das mit dem esurf Befehl funktioniert jetzt.

Geht folgendermaßen:

et,100,surf151
cmsel,s,fläche
allsel,below,area
nsla,s,1
esln
type,100
esurf

Desweiteren musste ich die Einheiten auf mein 3D Modell anpassen und dann kamen dort auch brauchbare Ergebnisse heraus.

Ansonsten habe ich, nur brauchte ich für das Herausfinden etwas länger als du, die Knoten wegselektiert und dann war die Fehlermeldung gegessen. Allerdings tauchten bei mir dann auch die von dir beschriebenen Fehler auf.

Die Fehlermeldung musste verschwinden, da bei mehr als 80000 Knoten eine Fehlermeldung schnell zu einem Abbruchkriterium führt 

Mit der Konvektion am Ring ist das jetzt noch so eine Sache.

Ich habe zwar keine Gegenproben gemacht, allerdings habe ich gleich per esel,u,type,,2 die Elemente vor der Konvektionsaufbringung wegselektiert und zum Glück die sfe,all,,hflux,,0 drin gelassen.

sah dann so aus:

nsel,s,ext
esel,u,type,,2
sf,all,conv,5e-04,20 !W/(mm²*K)

cmsel,s,akuehl
nsla,s,1
sf,all,conv,1e-3,20

alls

esel,s,type,,2
sfe,all,,hflux,,0 !W/mm²

Wenn die Fehlermeldung nun nicht mehr auftritt, die Konvektion richtig funktioniert und der Wärmeeintrag per HFLUX stimmt, dann wäre mein Problem gelöst.

Werde jetzt noch ein paar kleine Änderungen vornehmen und dann testen, ob nun alle Fehler beseitigt sind.

Freundliche Grüße

Tom

[Diese Nachricht wurde von MST_ZW am 23. Aug. 2006 editiert.]

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