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Grundsystem.jpg

Moin,

ich arbeite momentan an einem Stabwerk, welches ich später mittels Matlab in der Geometrie/Steifigkeit, für verschiedene Lastfälle, optimieren möchte.
In einem ersten Schritt erstelle ich die Eingabedatei des Grundsystems, auf dessen Basis später die Optimierung geschehen soll, allerdings bekomme ich mehrere Warnungen und Fehlermeldungen und weiß nicht genau, wo das Problem ist. Es handelt sich um eine statische Untersuchung.

Zum System: es ist im Prinzip ein unterspannter Einfeldträger, wobei die Unterspannung segmentiert und nicht durchgängig ist. Ich habe mal ein Bild des Systems zum besseren Verständnis angehängt. Die Optimierung geschieht im Wesentlichen durch eine Änderung der Länge der vertikalen Druckstreben und der Vorspannkraft in den diagonalen Seilen.
Die Seile sind dabei jeweils durchgängig, d.h. sie schließen nur am Biegeträger bzw. an den Auflagern links und rechts außen an. Die Auflager erlauben nur eine Verdrehung um die z-Achse (sind im Bild nicht dargestellt).
Um ein korrektes Verhalten der Seile zu erhalten, möchte ich LINK180 Elemente verwenden, da diese über SECCONTROL eine entsprechende Einstellung erlauben.
Um eine Vorspannung (pretension) in den Seilen zu erzeugen nutze ich PRETS179 Elemente in Kombination mit PSMESH und SLOAD, sowie verschiedene load steps und NLGEOM,ON.

Zu den Fehlermeldungen:
Neben einer Fehlermeldung zur Unterschreitung des Konvergenz-Grenzwerts der Newton-Raphson-Methode sind es im wesentlichen Warnungen zu "small equation solver pivot terms" und rigid body motion (RBM). Letzteres im Besonderen im Zusammenhang mit den PRETS179 Elementen.
Zuerst wird gewarnt, dass PRETS179 ihre originale Orientierung bei starker Verformung beibehalten, später dann, dass keine boundary conditions für die pretension nodes gefunden wurde, was in RBM resultieren kann.

Ich habe testweise auch einmal die Seile mit BEAM188 modelliert, erhalte dann aber ebenfalls "pivot"-Warnungen. Außerdem erhalte ich natürlich (kleine) Biegemomente in den Seilen, was dem Modell nach aber nicht möglich sein soll. Spätestens während der Optimierung möchte ich nicht nachprüfen wollen, ob sich die Seile auch wie solche Verhalten und nur die "richtigen" Lasten erfahren.

In einem ersten Schritt im Debugging habe ich bereits alle Knoten gegen Verschiebungen in der Z-Richtung festgehalten, um das Problem auf ein 2D-Problem zu "reduzieren".

Meine Fragen:
Habe ich irgendwelche constraints oder Kopplungen übersehen/vergessen?
Muss man bei der Kombination von BEAM188 und LINK180 irgendwas beachten? Z.B. die gewählten shape-functions für BEAM188? Oder müssen sie durch spezielle Elemente gekoppelt werden?
Ist PRETS179 und PSMESH hier der richtige Ansatz und wenn ja, verwende ich sie richtig? Beispiele, die ich online finden konnte nutzen sie immer für vorgespannte Schrauben.
Müssen PRETS179 Elemente immer durch Auflager gehalten werden?
Ist die gewählte Lage der PRETS179 Elemente einfach nur ungünstig (Mitte der Seile), d.h. sollte ich sie in sich weniger verformende Bereiche legen? Wenn ja, erlaubt die Syntax von PSMESH eine gezielte Wahl einer node (z.B. über NSEL,s,node,,# ?)?
Resultieren die sich kreuzenden lines und Elemente in Fehler?
Liegt der Fehler woanders? Zum Beispiel in einer fehlenden Einstellung, oder...?

Der Code:

Code:

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finish
/clear
/title,Grundsystem

!Einheiten
![kN]
![m]
![deg]

!Werte
!Einlesen der optimierten Werte aus Matlab [l5,l6,l7,..]
!/inp,parameter,inp 
!Testwerte - werden später eingelesen / optimierten
q = 1
l5 = 2
l6 = 3
l7 = 2
w2 = 100/1000
Rdelta = 10/1000
P = 1 !Vorspannkräfte
P1 = P
P2 = P
P3 = P

qS = q !Streckenlast

gros = 100/1000 !Elementgröße
delta = gros/20 !Toleranz

!Punkte
x1 = 0
y1 = 0
x2 = 5
y2 = 0
x3 = 10
y3 = 0
x4 = 15
y4 = 0
x5 = 20
y5 = 0
x6 = x2
y6 = -l5
x7 = x3
y7 = -l6
x8 = x4
y8 = -l7

!Querschnittsgrößen
!Biegeträger
w1 = 300/1000
!w2 wird eingelesen
t1 = 15/1000
t2 = t1
!Druckstreben
Ro = 100/1000
!Rdelta wird eingelesen
Ri = Ro-Rdelta
!Seile
R = 10/1000
N = 16

!Materialeigenschaften
Estahl = 210000*1000
Eseil = 160000*1000
quer = 0.3
!dens = 7.85e-9 ?

!Preprocessing
/prep7

!Definition Keypoints
k,1,x1,y2
k,2,x2,y2
k,3,x3,y3
k,4,x4,y4
k,5,x5,y5
k,6,x6,y6
k,7,x7,y7
k,8,x8,y8

!Definition Linien
!Biegeträger
l,1,2
l,2,3
l,3,4
l,4,5
!Druckstreben
l,2,6
l,3,7
l,4,8
!Seile
l,1,6
l,6,3
l,1,7
l,7,5
l,3,8
l,8,5

!Definition von lokalen Koordinatensystemen - für späteres Vorspannen
*afun,deg
alpha89=atan(y6/x2)
alpha1011=atan(y7/x3)
alpha1213=atan(y8/x2)
local,18,0,0,0,0,alpha89,0,0 !Seil 8
local,19,0,x6,y6,0,-alpha89,0,0 !Seil 9
local,20,0,0,0,0,alpha1011,0,0 !Seil 10
local,21,0,x7,y7,0,-alpha1011,0,0 !Seil 11
local,22,0,x3,y3,0,alpha1213,0,0 !Seil 12
local,23,0,x8,y8,0,-alpha1213,0,0 !Seil 13

CSYS,0 !Zurücksetzen auf globales Koordinatensystem

!Definition Element
et,1,beam188
et,2,link180
mat,1                    !Stahl
mp,ex,1,Estahl
mp,nuxy,1,quer
! mp,dens,1,dens
mat,2                    !Seile
mp,ex,2,Eseil
mp,nuxy,2,quer
! mp,dens,2,dens
!Balken, T-Profil
sectype,1,beam,T,Biegetra
secdata,w1,-w2,t1,t2 !-w2 für gespiegelte Anordnung (Flansch oben)
keyopt,1,1,0 !Sechs Freiheitsgrade
keyopt,1,3,0 !Kubische Shape-Functions
!Balken, Rohrprofil
sectype,2,beam,ctube,Druckstr
secdata,Ri,Ro,N
keyopt,1,1,0 !Sechs Freiheitsgrade
keyopt,1,3,3 !Kubische Shape-Functions
!Fachwerkstab, Kreisprofil
sectype,3,link !,csolid,Seile
secdata,R !,N
seccontrol,0,1 !Nur Zug

!Vernetzen
!Biegeträger
lsel,s,line,,1,4
esize,gros
type,1
SECNUM,1
mat,1
lmesh,all
lsel,all
!Druckstreben
lsel,s,line,,5,7
esize,gros
type,1
SECNUM,2
mat,1
lmesh,all
lsel,all
!Seile
lsel,s,line,,8,13
esize,gros
type,2
SECNUM,3
mat,2
lmesh,all
lsel,all

!Auflager
nsel,s,loc,x,0-delta,0+delta
d,all,ux,0
d,all,uy,0
d,all,uz,0
d,all,rotx,0
d,all,roty,0
nsel,all
nsel,s,loc,x,20-delta,20+delta
d,all,ux,0
d,all,uy,0
d,all,uz,0
d,all,rotx,0
d,all,roty,0
nsel,all

!Zwischenauflager [DEBUGGING]
nsel,s,loc,x,0+delta,20-delta
nsel,r,loc,y,0+delta,y7
d,all,uz,0
nsel,all

!Einfügen der Vorspann-Elemente
psmesh,8,Vorspa08,,l,8,18,X,,node(x2/2,y6/2,0)
psmesh,9,Vorspa09,,l,9,19,X,,node(x2+x2/2,y6/2,0)
psmesh,10,Vorspa10,,l,10,20,X,,node(x3/2,y7/2,0)
psmesh,11,Vorspa11,,l,11,21,X,,node(x3+x3/2,y7/2,0)
psmesh,12,Vorspa12,,l,12,22,X,,node(x3+x2/2,y8/2,0)
psmesh,13,Vorspa13,,l,13,23,X,,node(x4+x2/2,y8/2,0)

esel,s,ename,,beam188
esel,a,ename,,prets179
esel,a,ename,,link180

finish

!Solution
/solu

autots,on
nsub,0.01,0.01,0.1 !Definition von Substeps

!Deaktivieren von Fehlermeldungen - [DEBUGGING]
pivcheck,warn
NCNV,2,10e+50

nlgeom,on
solcontrol,on
antype,static

!Aufbau des Models (ohne Last - Sicherstellen von vernetztem Model für Konvergenz)
time,1
solve

!Vorspannen der Seile
time,2
sload,8,PL01,lock,forc,P1,2,3
sload,9,PL01,lock,forc,P1,2,3
sload,10,PL01,lock,forc,P2,2,3
sload,11,PL01,lock,forc,P2,2,3
sload,12,PL01,lock,forc,P3,2,3
sload,13,PL01,lock,forc,P3,2,3
solve

!Auftragen der eigentlichen Last
time,3
!Belastung
nsel,s,loc,x,0,20
nsel,r,loc,y,0,0
esln,s,1
sfbeam,all,2,pres,qS,qS !Streckenlast,alle ausgewählten Nodes,-y Richtung,Streckenlast,Startwert,Endwert
esln,all
nsel,all
esel,s,ename,,beam188
esel,a,ename,,prets179
esel,a,ename,,link180
outres,all
solve

finish

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Abgesehen von einem rudimentären Einführungskurs ist das hier meine erste ernsthafte Arbeit mit Ansys MPDL.
Würde mich freuen, wenn jemand mir helfen könnte den Code zum Laufen zu bringen.

Beste Grüße,
Simon

P.S.: License: ANSYS Academic Teaching Introductory

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