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  3-Punktbiegeversuch mit nichtlinearem Material

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Autor Thema:  3-Punktbiegeversuch mit nichtlinearem Material (1439 mal gelesen)
Simulant91
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erstellt am: 09. Jul. 2017 11:18    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


DPB_Sandwich.txt


Subroutine.txt

 
Hallo liebe Community,

ich benötige mal eure Hilfe. Ich bin aktuell dabei ein 3-Punktbiegeversuch einer Sandwichplatte zu simulieren. Das Modell habe ich als 3D-Viertelmodell aufgebaut. Für mein Deckschichtmaterial habe ich eine USDFLD-Subroutine geschrieben, um den Modul in Abhängigkeit der Spannung abzumindern. Den Schaum möchte ich über das in Abaqus implementierte Crushable Foam Materialmodell beschreiben. Beide Materialien bzw. Materialmodelle habe ich einzeln validiert.
Die einzelnen Ergebnisse waren soweit auch plausibel, weshalb ich nun beide Materialien in Kombination betrachten möchte.
Mein Problem: Die Rechnung bricht aufgrund "excessive distortion" ab.

Ich habe versucht den Schaumkern zunächst nur linear-elastisch zu betrachten, dabei bricht die Rechnung aufgrund von "excessive distrotion of X integration points" im Deckschichtmaterial ab.
Verwende ich nun das Crushable Foam Materialmodell, bricht die Rechnung ebenfalls ab. Die Warnung diesmal ist "Excessive distortion at a total of X integration points in solid (continuum) elements".

Hat jemand hierzu Tipps bzw. Erfahrungen und kann diese teilen? Ich würde ungern auf Abaqus/Explicit wechseln, da ich dann die geschriebene Subroutine umschreiben muss und mit der Programmierung einer expliziten Subroutine noch keinerlei Erfahrung habe.

Danke und beste Grüße

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Zwei Dinge sind unendlich, das Universum und die menschliche Dummheit, aber bei dem Universum bin ich mir noch nicht ganz sicher - Albert Einstein

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Mustaine
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Abaqus

erstellt am: 12. Jul. 2017 16:09    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Simulant91 10 Unities + Antwort hilfreich

Bei knapp über 20% der Last konvergiert das Kraftgleichgewicht nicht mehr. Das maximale Ungleichgewicht ist meist an einem Knoten des Schaums. Das solltest du mal genauer untersuchen und evtl. nochmal die Materialdaten prüfen.

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Simulant91
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erstellt am: 13. Jul. 2017 20:50    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Danke für die Rückmeldung Mustaine. Das ist mir auch schon aufgefallen. Das Problem ist, dass ich für den Schaum uniaxiale Druckversuche durchgeführt habe und mein Material anhand dessen validiert habe. Für die Werte k und k_t habe ich zunächst initiale Werte entsprechend dem Abaqus Manual angenommen und diese dann iterativ an meine Versuchsdaten angepasst. Ich denke hier liegt auch das Problem (zumindest für den Schaum). Da ich aber keine sonstigen Versuchsdaten habe, habe ich auch keine Idee wie ich das Materialmodell anders validieren könnte.

Rechne ich den Schaum als rein linear elastisch, so bricht die Rechnung bei knapp 60% der Last ab. Grund hierfür ist eine zu große Verzerrung der Elemente. Dies ist soweit auch plausibel bzw. nachvollziehbar, da ich ab einer bestimmten Spannung (diese kennzeichnet Versagen) die Steifigkeit auf fast 0 reduziere. Gibt es hier eine Möglichkeit dieses Problem irgendwie zu umgehen oder zu beheben?

Danke und Gruß

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DrReinerKlimpke
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erstellt am: 14. Jul. 2017 09:11    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Simulant91 10 Unities + Antwort hilfreich

Wenn du sagst, dass du zu große Verzerrungen bei deinen Elementen hast, wäre es eventuell sinnvoll über ein Löschen der Elemente bei Erreichen einer bestimmten Steifigkeitsdegradation nachzudenken?!

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Simulant91
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erstellt am: 14. Jul. 2017 17:45    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Ja damit hatte ich mich auch schon befasst, da ich aber bisher mit der Element Deletion Option nicht gearbeitet habe, war das Ganze von mäßigem Erfolg gekrönt. Von der Idee her aber genau das, wonach ich suche. Mein Problem hierbei ist aber die korrekte Definition des Ganzen.

Ich habe für mein Versagenskriterium Maxps Damage gewählt. Als Postion habe ich mich für den Centroid entschieden, da mir die Definition der "***** Tip" nicht näher geläufig ist (wird eher in Verbindung mit XFEM verwendet oder?). Weiterhin wird noch eine Damage Evolution benötigt. Hierbei konnte ich dem Manual noch nicht entnehmen, was genau hier gefordert ist bzw. was in meinem Fall sinnvoll ist. Ansonsten im Mesh-Module unter der Elementauswahl die Element Deletion Funktion aktivieren und STATUS mit ausgeben lassen oder habe ich noch einen essenziellen Schritt vergessen? 
Viele Infos in Bezug der Element Deletion auf Abaqus implicit habe ich bisher auch nicht finden können, da diese Funktion meistens bei explicit verwendet wird.

Ich hoffe ihr wisst mehr als ich 

Danke und Gruß

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DrReinerKlimpke
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erstellt am: 17. Jul. 2017 08:22    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Simulant91 10 Unities + Antwort hilfreich

Ich habe die Option der Element-Löschung leider auch noch nicht richtig angewendet, da sich das bei mir bisher nicht ergeben hat. Das mit dem Mesh-Modul und der STATUS-Variable ist denke ich soweit schonmal richtig.

Um die Anwendung der Methode genauer zu untersuchen, würde ich dir empfehlen ein paar Studien an einem stark reduzierten Modell zu durchzuführen. Z.B. an einem 3 x 3 Element-Modell, wobei das Element in der Mitte (müsstet du dann entsprechend partitionieren) mit der Option der Element-Löschung ausgestattet ist. Die umliegenden Elemente würde ich mit einem elastischen Materialgesetzt ausstatten, damit du im Fall einer kraftgeregelten Analyse nicht eine Vollplastizierung deines Modell hast und somit wiederum Gefahr läufst Konvergenzprobleme zu bekommen.

Anhand des einen Elements kannst du dann die verschiedenen Fragestellungen untersuchen. Die Damage-Evolution basiert i.d.R. auf einem Weg- oder Energiekriterium, wobei ich persönlich die Wahl eines Energiekriteriums für physikalisch plausibler halte. Bei kohäsiven Elementen / Oberflächen ist es z.B. so, dass die Energie die Fläche unter der Traction-Seperation-Kurve darstellt. Zusammen mit der Verbindungssteifigkeit und der max. Festigkeit der Verbindung ergibt sich dann die Schädigungsevolution, bzw. der Nachbruchbereich. Ich vermute so ähnlich wird es bei bei deiner Thematik auch darstellen. Ein guter Tipp ist eventuell auch Youtube. Hier gibt es zu zahlreichen ABAQUS-Fragestellungen entsprechende Videos, und ich meine ich hätte in der Vergangenheit auch schonmal ein Tutorial zum Thema "Element Deletion" gesehen.

Grüße,
CG

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Simulant91
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erstellt am: 18. Jul. 2017 22:38    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Ja das klingt an sich plausibel. Werde ich die Tage mal ausprobieren, danke. 
Welche Erfahrungen habt ihr mit der Nutzung von Dämpfung gemacht? Wäre das ein probates Mittel mein Problem zu lösen bzw. zu mindern und inwieweit werden meine Ergebnisse dadurch beeinflusst?

Gruß

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DrReinerKlimpke
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erstellt am: 19. Jul. 2017 08:53    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Simulant91 10 Unities + Antwort hilfreich

Ich habe mit Dämpfung / Viskosität insbesondere im Zusammenhang mit kohäsiven Oberflächen gearbeitet. Hierbei hat sich gezeigt, dass die Ergebnisse mitunter deutlich von der künstlichen Dämpfung / Viskosität im Modell beeinflusst werden. Dies äußerte sich bei dem ENF-Versuch, den ich mit kohäsiven Oberflächen simuliert habe, z.B. bzgl. der berechneten Verbundfestigkeit.

Grundsätzlich gilt hier die Faustregel: Die Damping bzw. Viscosity Faktoren so klein wie möglich wählen, um bei hinnehmbarer Rechenzeit konvergente Ergebnisse zu erhalten. Wenn du bei google mal nach "abaqus damping" oder "abaqus convergence guidelines" suchst, wirst du früher oder später auf entsprechende Studien stoßen, die den Einfluss der genannten Faktoren auf die Simulationsergebnisse an Beispielen zeigen.

Also, mit diesen Sachen immer möglichst sparsam umgehen.
Grüße,
CG

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Simulant91
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erstellt am: 25. Jul. 2017 21:02    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Ich habe nun mal ein wenig mit den Dämpfungsfaktoren rumgespielt, diese beeinflussen aber doch zunehmend meine Ergebnisse. Gäbe es da eine Möglichkeit dies irgendwie wieder zu kompensieren? Sprich die Vorteile soweit nutzen, die Nachteile aber eliminieren 

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DrReinerKlimpke
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erstellt am: 25. Jul. 2017 22:03    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Simulant91 10 Unities + Antwort hilfreich

Hm ja wie gesagt, solltest du die Faktoren soweit wie möglich runterschrauben, um dennoch in einem erträglichen Zeitraum zu einem Ergebnis zu kommen.

Manchmal hilft es auch - bspw. bei der Aufnahme eines "Erstkontakts" zwischen zwei oder mehr Teilen deines Modells, die nur über Reibung/Kontakt miteinander interagieren - kritische Phasen der Simulation in einen stark gedämpften/stabilisierten Step zu packen. Die Dauer dieses Steps sollte möglichst klein gewählt werden, damit auch hier wieder eine vernachlässigbare Beeinflussung des eigentlichen Simulationsergebnis gewährleistet wird.

Nach dem Ende des besagten Steps ist das Modell dann im Idealfall relativ stabil, sodass die weitere Analyse ohne oder mit sehr sehr wenig Dämpfung/Stabilisierung auskommt.

Mehr Tricks und Tipps habe ich zu diesem Thema leider auch nicht. Was es auch noch gibt - bspw. bei Kontaktstabilisierung für General Contact Definitionen - ist die Möglichkeit die Kontaktstabilisierung über eine Amplitude zu steuern. Das entspricht weitgehend der eben genannten Variante mit dem separaten Step, nur dass du auf Grund der Amplitude evtl. mit nur einem Step auskommst.

Bei allen genannten Methoden ist das Ziel i.d.R. die künstliche Stabilisierung der Rechnung möglichst stark zu lokalisieren (sowohl örtlich, Stichwort Kontaktdämpfung, als auch zeitlich, Stichwort separater Step oder Amplitude), um somit den Einfluss auf das eigentliche Berechnungsergebnis zu minimieren.

Leider ist das ganze im Allgemeinen ein Trial-and-Error Prozess. :\

Grüße,
CG

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