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  Simulation von CFK Frontflügelen mittels NLGEOM schägt fehl

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Autor Thema:  Simulation von CFK Frontflügelen mittels NLGEOM schägt fehl (1048 mal gelesen)
Airfox
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erstellt am: 17. Jun. 2019 14:46    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


1.jpg


2.jpg


eH18_v1.inp.txt

 
Hallo zusammen,

aktuell simuliere ich unterschiedliche Frontflügel. Sie bestehen aus einem HT CFK Körper Material und sind innen teilweise mit UD Material (HM Fasern) verstärkt. Es handelt sich um zwei unterschiedliche Konzepte, die miteinander verglichen werden sollen, die Außengeometrie ist jedoch die selbe. Im ersten Profile gibt es teilweise Sandwitchaufbauten aus Balsaholz im zweiten (hier gezeigt) gibt es zwei C Holme die durch einen Schaumsteg miteinander verbunden werden.

Nun zum Problem:
Auf Grund der Tatsache, das es sich hier um ein einfaches Biegeproblem handelt jedoch große Verformungen berücksichtigt werden müssen, sollte bei ABAQUS der Harken NLGEOM gesetzt werden. Dies führt jedoch zu Problemen wie sie im msg. File erklärt werden:

***WARNING: THE SYSTEM MATRIX HAS 3 NEGATIVE EIGENVALUES.
            EXPLANATIONS ARE SUGGESTED AFTER THE FIRST OCCURRENCE OF THIS MESSAGE.

              CONVERGENCE CHECKS FOR EQUILIBRIUM ITERATION    3

Jetzt stehe ich natürlich irgendwie etwas auf dem Schlauch, weil das Modell keine Freikörperbewegung hat. Ggf. könnte auf der Unterseite etwas Beulung auftreten (weiß ich aus den Versuchen am Flügel), diese tritt jedoch eher später auf.

Da ich jetzt gerne kleine Schritte gehen möchte lade ich hier das Modell und die Bilder mal so hoch und hoffe das ich von euch Feedback bekomme und bin bereit für Tipps und Tricks. 

PS: Ich hoffe das es mit den Modell so stimmt, ich bin noch relativ neu in Abaqus.

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Mustaine
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Abaqus

erstellt am: 17. Jun. 2019 17:42    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 Airfox 10 Unities + Antwort hilfreich

Deine Struktur beult ungefähr bei der Hälfte der Last.
Aktiviere mal im Step die Stabilisierung mit den default-Einstellungen, dann läuft die Analyse durch. Danach kannst du in den Deformationen und den Modellenergien den Effekt sehen.
Wenn man ALLSD und ALLIE gleichzeitig plottet, scheint die Stabilisierungsenergie aber nur einen kleinen Anteil zu haben, so dass das Ergebnis ok sein dürfte.
Mit VF als Knotenoutput kann man auch sehen, wann wo wieviel gedämpft wird.

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Airfox
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erstellt am: 18. Jun. 2019 17:25    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


schoenes_bild.png

 
Hallo Mustaine,

vielen Dank für die schnelle Antwort. Ich habe das ganze einmal wie vorgeschlagen berechnet. Für alle interessierten habe ich hier ein Bild hochgeladen, ich denke man kann den beulenden Bereich gut erkennen.

Nun noch eine kurze Rückfrage zwecks des Verständnisses:

Grundsätzlich ist bekannt, dass Abaqus Standard ein impliziter Gleichungslöser ist. Für ein linear elastisches Problem wird 1 "Step" erstellt. Bei kleinen Verformungen kann er so das Gleichnungsystem P - I = 0 auflösen. Handelt es sich jedoch um größere geometrische Verformungen (siehe [1]) muss der entsprechende NLGEOM Option gewählt werden. Bei der Lösung des GS "fällt dem GL auf" dass die Verformung nicht mehr linear ist, um das zu lösen halbiert er jetzt die aufgebrachte Kraft (oder 1/4 je nach Einstellung).
Kommt es hierbei jetzt zu negativen Eigenwerten (siehe [2]) könnte man in meinem Fall von einer lokalen Beulung ausgehen. (Nicht globale Beulung da man dies ggf. anders behandeln muss [3])
Hierfür bietet Abaqus eine automatischen Mechanismus zur Stabilisierung an, wie Mustaine bereits vorgeschlagen hat. Der Abaqus Doku [3] zu entnehmen ist:

"....eignet sich das automatische Stabilisierungsschema mit einem konstanten Dämpfungsfaktor typischerweise gut, um Instabilitäten abzubauen und Starrkörpermodi zu eliminieren, ohne einen größeren Einfluss auf die Lösung zu haben......."[3]

Um das geometrisch nichtlineare Problem zu lösen, wird sich somit eines "mathematischen Tricks" bedient, der oben angesprochenen Dämpfung. Diese verändert jedoch das Ergebnis leicht, um sicherzustellen, wie viel die Veränderung ist muss man sich gewisser Kriterien bedienen. (Ist jetzt nicht wissenschaftlich "korrekt" ausgedrückt, aber ich hoffe es ist verständlich was ich meine)

"Compare the viscous forces (VF) with the overall forces in the analysis, and ensure that the viscous forces are relatively small compared with the overall forces in the model." [3]

"Compare the viscous damping energy (ALLSD) with the total strain energy (ALLIE), and ensure that the ratio does not exceed the dissipated energy fraction or any reasonable amount. The viscous damping energy may be large if the structure undergoes a large amount of motion." [3]

In dem von mir gezeigten Modell sind die angesprochenen Werte klein, deswegen scheint die Simulation "realistisch" zu sein. Ich hoffe das habe ich richtig verstanden?

[1] : https://www.researchgate.net/post/NLgeom_off_on_in_Abaqus
[2] : https://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum254/HTML/000190.shtml
[3] : https://www.sharcnet.ca/Software/Abaqus610/Documentation/docs/v6.10/books/usb/default.htm?startat=pt03ch07s01aus46.html

[Diese Nachricht wurde von Airfox am 18. Jun. 2019 editiert.]

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Mustaine
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Abaqus

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Das ist korrekt.

Sehr schön zu sehen, dass du die Sachen hinterfragst und dich informierst. So soll es sein.

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Airfox
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erstellt am: 20. Jun. 2019 19:59    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


Energie.png


schoenes_bild.png

 
Hallo noch mal,

ich habe zu dem Profil jedoch in einer anderen Konfiguration doch noch ein weiteres Problem. Ich hoffe das ist okay, dass ich es hier "hinan" hänge. Wenn nicht erstelle ich sonst gerne eine neue Frage.

Ich habe in dieser Konfiguration keinen Holm/Steg sondern Balsaholzverstärkungen (!isotrop modelliert!), welche auf den Flügelschalen befestigt sind. Über diesen ist jeweils ein weiteres Laminatstacking.

Einfach gesagt, die Rechnung unter Berücksichtigung von NLGEOM und einer Stabilisierung wie oben durchgeführt funktioniert hier leider nicht. Die Energien über die Zeit geplottet sind im Anhang, wenn ich das richtig interpretiere sollte es daran jedoch nicht liegen.
Meine Vermutung, basierend auf einer Durchdringung bei 15 facher Skalierung, ist dass sich die Bauteile berühren könnten. Dies kann ich jedoch durch den zweiten Anhang ausschließen.
(Die extreme Delle am Ende des Flügels war beim oberen Modell auch kein Problem.)
Für ein besseres Verständnis habe ich auch hier die Datei über einen externen Anbieter hochgeladen, da sie 20MB groß ist.

PS: Mesh/Tie -> ich habe probiert die "Warnings" bestmöglich zu reduzieren,....die vorhandenen "Warnings" bezüglich der Elemente könnte man meiner Meinung nach ignorieren. (Ich hoffe mit der Aussage trete ich keinem auf die Füße    )

INPUT FILE:
https://filehorst.de/d/ctDqEcev

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Mustaine
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erstellt am: 24. Jun. 2019 09:12    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 Airfox 10 Unities + Antwort hilfreich

Ich habe die Rechnung mit R2018HF7 laufen lassen und sie wurde erfolgreich beendet.

Am Ende durchdringen sich aber die Strukturen. Du solltest an der Innenseite des Beulfeldes Kontakt zur Gegenseite definieren.

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Airfox
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erstellt am: 24. Jun. 2019 12:02    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


grafik.png


grafik2.png

 
Hallo Mustaine,

danke für deine Antwort. Ich war letzte Woche, gerade auch im Bezug auf die Rechenzeit sehr ungeduldig und hatte irgendwann selbständig abgebrochen, als die Ausgabe stand, Conversion seams unlikly.

Nun zu meinem Vorgehen am Wochenende, ich habe mir die Konstruktion noch mal angesehen und ein paar Tie bedingungen aktualisiert. Anschließend lief es auch bei mir ziemlich gut durch (ca. 2 Stunden). Dadurch habe ich dann genau wie du das erste Ergebnis bekommen. Festzustellen ist ein durchschlagen der Bauteile, siehe Bild 1.

Um dem entgegen zu wirken, habe ich eine penalty contact Methode, welche reibungslos ist, hinzugefügt. Gewählt habe ich diese, da die Bauteile anfangs noch nicht in Kontakt sind und erst im Laufe der Rechnung in Kontakt kommen. Reibungslos deswegen, weil ein abgleiten der Bauteile sehr wahrscheinlich ist. Natürlich ist dies in der Realität nicht reibungsfrei, aber ich denke darauf kann man an dieser Stelle erstmal verzichten. Meiner Meinung nach ist noch wichtig, dass man die reale Bauteildicke berücksichtigt, sofern man mit Schalenelementen Arbeitet.
Um die Rechenzeit gering zu halten, habe ich die Sets nur im Bereich der Kontakt stelle definiert und nicht im kompletten Innenraum.

Nach der Berechnung lässt sich das Ergebnis in der 2 Abbildung erkennen. Vielen Dank auf jeden Fall schon mal bis hier hin. Ich hoffe ich konnte anderen Leuten mit ähnlichen Problem indirekt helfen.

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