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Results.JPG Mesh4-point-bending.JPG

Hallo zusammen,

im Rahmen meiner Masterarbeit erstelle ich in Ansys 15.0 einen 4-Punkt Biegeversuch (siehe Anhang). Dazu habe ich ein 1/4-Modell der eigentlichen Geometrie erstellt, und entsprechend Symmetrierandbedingungen definiert. Im Anhang ist nur ein einfacher Biegebalken zu sehen, da ich die eigentliche Geometrie nicht veröffentlichen darf. Vom Prinzip her handelt es sich aber um genau so einen Versuch. Ziel ist es, die Simulation so zu modellieren, dass ich möglichst nah an die Versuchsergebnisse herankomme, die ich im Vorfeld dazu gemacht habe.

Soweit funktioniert auch alles ganz gut, ich habe keine Kontakt- oder Konvergenzprobleme oder dergleichen. Das Problem liegt in der Genauigkeit der Ergebnisse, wie ihr in dem angehängten Diagramm sehen könnt. Aus dem experimentellen Versuch habe ich eine Kraft-Weg-Kurve, eine ebensolche lasse ich mir von Ansys auch über das Displacement und die Reaktionskraft in vertikaler Richtung am Auflager herausgeben. Mein Ziel ist es ersteinmal auf bis zu 10-15% an die Messung heranzukommen, aber ich bin jetzt an einem Punkt an dem ich quasi keine Schrauben mehr kenne, an welchen ich noch drehen könnte.

Desweiteren verstehe ich nicht, wieso ich mit einer steigenden Anzahl an Elementen kein genaueres Ergebnis erhalte, ebenfalls im angehänggten Diagramm zu sehen. Kann es sein, dass ich mit dem Mesh von 0,1 - 0,5 mm noch gar nicht in dem Bereich liege, in welchem eine Änderung des Mesh einen Einfluss auf das Ergebnis hat, oder andersrum, das Maximum schon ausgeschöpft ist? Allerdings sinken auch die Max. von-Mises Spannungen mit jeder Verfeinerung der Vernetzung.

Aus Gründen der Berechnungszeit lasse ich nur bis 3mm Verschiebung rechnen.

Daher habe ich zwei konkrete Fragen, bei welchen ich mich freuen würde wenn Ihr mir weiterhelfen könnt:

1. Welche Änderungen / Anpassungen kann ich generell noch vornehmen, um die Genauigkeit der FEA zu erhöhen?
2. Warum erhalte ich mit einer Verfeinerung der Vernetzung keine genaueren Ergebnisse?

Würde mich sehr freuen wenn ihr ein paar Tipps habt!

Hier noch alle relevanten Randbedingungen:

*Fixed Support auf der unterseite des supporting Roller
*Displacement von 3mm auf Oberseite des loading Roller
*Frictionless Support auf Symmetrieflächen
*Anzahl Loadsteps: 17
*Initial Substeps: 20
*Minimum/Maximum Substeps: 1/20
*Large Deflection: ON
*Mesh Sizing: 0,5/0,3/0,1 mm (siehe Diagramm)
*Contact Type: Frictionless zwischen Roller und Balken
*Contact Formulation: Pure Penalty
*Contact Normal Stiffness Factor: 0,1; Update Stiffness: Each iteration

Vielen Dank schonmal im Voraus!

Gruß,
Paulus

[Diese Nachricht wurde von Paulus R am 09. Jan. 2017 editiert.]

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Zitat:

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Original erstellt von Paulus R:

1. Welche Änderungen / Anpassungen kann ich generell noch vornehmen, um die Genauigkeit der FEA zu erhöhen?
2. Warum erhalte ich mit einer Verfeinerung der Vernetzung keine genaueren Ergebnisse?

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1. Meinst du Korrelation zw FEA und Messung? Rechnest du mit Option "Large Deflection"?

2. Wenn ein Netz fein genug ist, weitere Verfeinerung bringt nichts mehr.

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Grüße, Moe

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Ja genau, ich meine den Unterschied zwischen Messung und FEA, den möchte ich verkleinern, also die Genauigkeit der FEA erhöhen.

Heißt das, dass ein Netz mit einem Sizing von ca 0,9 mm bereits ausreichend ist? das kommt mir sehr grob vor, habe da noch keine Erfahrungswerte. Ist das plausibel?

Gruß,
Paulus

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Zitat:

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Original erstellt von Paulus R:
Ja genau, ich meine den Unterschied zwischen Messung und FEA, den möchte ich verkleinern, also die Genauigkeit der FEA erhöhen.

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Mesh ist nicht alles. Dein FE-Modell soll auch mit dem richtigen mechanischen Ansatz gebildet werden. Deshalb meine Frage, ob du mit der Option der großen Verschiebungen rechnest? 

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Grüße, Moe

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mal blöd gefragt - handelt es sich beim Werkstoff um ein Metall?
Wenn nein, woher kommen dann die Materialwerte?

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Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

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Hallo,

ja, große Verformungen habe ich aktiviert.

Die Materialwerte für das Metall habe ich vom Lieferanten, diese sind allerdings noch nicht zu 100% bestätigt. Mir ist bewusst dass diese noch eine Fehlerquelle sind, die ich aber, sobald ich die genauen Werte vom Lieferanten habe, ausschließen kann.

Mal noch eine blöde Frage: Wenn ich die Anzahl der Lastschritte erhöhe, müsste das Ergebnis dann nicht genauer werden? Denn ich verstehe das so, dass ich damit die Annäherung an den Gleichgewichtszustand damit feiner mache und die Kurve damit in kleineren Schritten linearisiert wird.

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Hi,

(2) Das Netzt sieht schon sehr gut aus. Weitere Verfeinerung bringt noch eine Zunahme der Genauigkeit in den Spannungen, nicht aber in den Verschiebungen.
(3) Eine Erhöhung der Lastschritte bringt eine "glattere" Kurve, ändert aber so gut wie nichts am Ergebnis, da Du bereits ausreichend Lastschritte hast.

Die Abweichungen zwischen Messung und FEM liegen im Bereich 20-25%. Das ist schon recht viel. Ich vermute deshalb eher einen Fehler im Modellaufbau.
A) E-Modul und Querdehnzahl sind nicht korrekt
B) Es gibt signifikante Abweichungen in der Temperatur zwischen Versuch und FEM
C) Die Abmessungen der Geometrie sind in der FEM nicht korrekt
D) Die Versuchsmessungen sind fehlerbehaftet (z.B. Messgeräte nicht kalibriert, keine stabile Unterlage/Klemmung, Ungenauigkeiten in der Aufbringung der Belastung) - Warum ist die Kraft-Dehnungskurve so stark nichtlinear?
E) Die Symmetrie ist nicht ganz korrekt bzw. die Symmetrieebene ist nicht an der richtigen Stelle
F) andere

Es hilft, wenn Du ein Foto des Versuchsaufbaus postest.

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Gruß, A.

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1. Wie groß ist der Einfluss der Reibung? Vernachlässigbar? Durch Sensitivitätsstudie verifiziert? Einen derart großen Einfluss hat sie aber wahrscheinlich nicht.
2. Materialdaten sind oft Mindestwerte, die der Lieferant sicher erreicht. Reale Messdaten wären prima.
3. Für die Bewertung des Modellaufbaus wäre ein Bild aller Randbedingungen und des Messaufbaus hilfreich. Eine verbale Beschreibung gibt Raum für Missverständnisse.

Viele Grüße
CG

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Christof Gebhardt

CADFEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
cgebhardt(at)cadfem.de
www.cadfem.de

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V16279_4ptbendingsetup_detail2.jpg Platte.jpg Results2.JPG

Hallo zusammen,
danke für eure Antworten.

Zitat:

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Original erstellt von arndt13:
Hi,
(2) Das Netzt sieht schon sehr gut aus. Weitere Verfeinerung bringt noch eine Zunahme der Genauigkeit in den Spannungen, nicht aber in den Verschiebungen.
(3) Eine Erhöhung der Lastschritte bringt eine "glattere" Kurve, ändert aber so gut wie nichts am Ergebnis, da Du bereits ausreichend Lastschritte hast.

Die Abweichungen zwischen Messung und FEM liegen im Bereich 20-25%. Das ist schon recht viel. Ich vermute deshalb eher einen Fehler im Modellaufbau.
A) E-Modul und Querdehnzahl sind nicht korrekt
B) Es gibt signifikante Abweichungen in der Temperatur zwischen Versuch und FEM
C) Die Abmessungen der Geometrie sind in der FEM nicht korrekt
D) Die Versuchsmessungen sind fehlerbehaftet (z.B. Messgeräte nicht kalibriert, keine stabile Unterlage/Klemmung, Ungenauigkeiten in der Aufbringung der Belastung) - Warum ist die Kraft-Dehnungskurve so stark nichtlinear?
E) Die Symmetrie ist nicht ganz korrekt bzw. die Symmetrieebene ist nicht an der richtigen Stelle
F) andere

Es hilft, wenn Du ein Foto des Versuchsaufbaus postest.

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A) Da es sich hierbei um Ti6Al4V, nehme ich ein E-Modul zwischen 110-120 GPa an, Eine Anpassung hat einen Effekt, jedoch nicht allzu signifikant, siehe dazu das angehängte Diagramm
B) Temperatur habe ich bisher gar nicht berücksichtigt, da ich keine Materialdaten hierfür habe. Kann das einen großen Effekt haben?
C) Die Abmessungen sind tatsächlich anders. Die Geometrie aus dem Versuch ist um 0,06mm dicker als bei dem CAD-Modell das ich bisher verwendete. Eine Anpassung der Dicke bringt einen großen Effekt, siehe dazu Diagramm.
D) Die Kraft-Weg-Kurve ist nichtlinear, da die Geometrie plastisch verformt wird. Messgeräte sollten fehlerfrei arbeiten, da validiert.
E) Die Geometrie ist ist in Längs- und Querrichtung symmetrisch. Leider kann ich kein Bild der getesteten Geometrie zeigen. Im Anhang ist aber eine ähnliche Geometrie die dem prinzipiellen Aufbau entspricht.

Zitat:

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Original erstellt von cgebhardt:
1. Wie groß ist der Einfluss der Reibung? Vernachlässigbar? Durch Sensitivitätsstudie verifiziert? Einen derart großen Einfluss hat sie aber wahrscheinlich nicht.
2. Materialdaten sind oft Mindestwerte, die der Lieferant sicher erreicht. Reale Messdaten wären prima.
3. Für die Bewertung des Modellaufbaus wäre ein Bild aller Randbedingungen und des Messaufbaus hilfreich. Eine verbale Beschreibung gibt Raum für Missverständnisse.

Viele Grüße
CG

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1. Reibung habe ich bisher vernachlässigt, bzw. als reibungsfrei definiert.
2. Reale Messdaten wären natürlich optimal, im Rahmen meiner Abschlussarbeit kann ich aber leider keine generieren. Aufgrund der mir zur Verfügung stehenden Lizenz kann ich auch nur ein bilineares Materialmodell definieren. Inwieweit könnte ich bei der "Materialkurve" (die ja in dem Falle zugegebenermaßen keine Kurve ist) Anpassungen vornehmen, also E-Modul und Tangentenmodul so anpassen, dass sich die Ergebnisse den Versuchsdaten annähern.
3. Bild des Modellaufbaus ist angehängt

[Diese Nachricht wurde von Paulus R am 11. Jan. 2017 editiert.]

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Au weia, bilinear? Das ist ganz gut wenn es um lokales Plastifizieren geht. Aber sobald die Plastizität großräumig ist, wäre mir das zu heiß. Die Steifigkeit im Plastischen stimmt bei Bilinear ja nur für genau ein einziges Belastungsniveau (gleiche Steigung im Diagramm der S-E-Kurve), alle anderen Bereiche sind entweder zu steif oder zu weich. Dass sich das ausmittelt und in der Summe dann genau den richtigen Wert trifft kann man hoffen, braucht dann aber schon extrem viel Optimismus.

Die Hochschule hat mit ziemlicher Sicherheit weitergehende Lizenzen. Modell einpacken, mitnehmen, dort Materialkurve ergänzen (Umrechnung auf wahre Spannungen beachten, auch dass in Ansys der plast. Anteil für die Definition verwendet wird) und vergleichen.

Viele Grüße
CG

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Christof Gebhardt

CADFEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
cgebhardt(at)cadfem.de
www.cadfem.de

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