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Hallo Freunde,

Ich taste mich derzeit vorsichtig in den Anfängen des FEM herum.
Momentan versuche ich noch an dem im Inventor 9 Pro enthaltenen stark abgespeckten Modul, werde aber in Kürze stolzer Besitzer von DesignSpace sein.

Nun meine Frage:
Für einen Kunden soll ich die elastische Verformung eines Zustellschlittens einer NC-Maschine rechnen.
Der Anteil der Verformung der durch die Stahlkonstruktion verursacht wird macht keine Probleme, jedoch wird es auch eine nennenswerte Verformung aufgrund der Nachgiebigkeit der Linearführungselemente (vor Allem der Laufschuhe) geben.
Nun kenne ich zwar die dynamische Nachgiebigkeit als Wert vom Herstellerkatalog. Aber, kann ich diesen Wert irgendwie in das Modell einbringen?
Muß man da einen Satz von dummies modellieren, die diese Nachgiebigkeit simulieren? Oder gibts einen klügeren/einfacheren Lösungsansatz?

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mfg - Leo

Ceterum censeo dynamic highlight obsoletus (est) (Autodesk hat ein offenes Ohr!)

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Hallo,

der Ansatz mit den Dummies gut.
Ich würde es in erster Näherung so machen:
Lager geometrisch einfach modellieren (also Schiene + Wagen).
1. Vorab-Modell zum Kalibrieren rechnen:
1.1 Schiene festhalten
1.2 Verformung von 1 mm auf Wagen vorgeben
1.3 rechnen und Reaktionskräfte anschauen.
1.4 Material Wagen modifizieren, bis Reaktionskraft = Betrag der Lagersteifigkeit (->Kraft / 1 mm Federweg=Lagersteifigkeit)
2. Verformung vorgeben löschen, kalibriertes Material beibehalten, eigentlichen Lastfall rechnen.

Detailaussagen im Lagerbereich sind nicht möglich, aber das Gesamtverhalten kann näherungsweise wiedergegeben werden.
Es geht so nur eine Lagersteifigkeit für alle Richtungen, man kann das noch weiter ausbauen, aber dazu ist dann einiges mehr an Erklärungen notwendig (-> Seminar).

Gruss
C. Gebhardt

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Christof Gebhardt
CAD-FEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
cgebhardt@cadfem.de
www.cadfem.de

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Hallo Christof,

Danke für die Auskunft, auch wenn meine Kenntnisse noch nicht ausreichen um Alles ganz zu verstehen, glaube ich doch damit zurechtzukommen!

Das Seminar in Innsbruck hat ja leider nicht stattgefunden, also bleibt mir nichts Anderes übrig als nach einer sehr guten "Blitzschulung" auf der CAT.Pro einfach mal ins kalte Wasser zu springen.

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mfg - Leo

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Hallo Leo!

Kann mich voll und ganz der Vorgehensweise von Christof anschließen. Die Modellierung von Dummies ist eigentlich schlußenendlich eine sehr elegante Art, Steifigkeiten abzubilden, - auch wenn es zuerst sehr nach massiven Workarround aussieht.

Wenn es die Kapazität erlaubt, rechnen wir soviele zusammenhängende Kompenenten wie sinnvoll und filtern im Report dann das gewünschte Teil raus.

Siegi

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S.+ M. JANK hydro power engineering

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Hallo Freunde,

Die Vorgangsweise mit den Dummies anstelle der Linearführungsschuhe wende ich mittlerweile positiv an, nun erhebt sich die Frage, mit welchen Lagerungsbedingungen man so eine Linearführung am Besten beschreibt.
Ich habe mal mit "Angegebene Verschiebung (dabei die entsprechenden Koordinaten auf 0 gesetzt) experimentiert, und ebenso mit "Reibungsfreie Lagerung".
Beides mit mäßigem Erfolg, bzw. mit tlw. unglaubwürdigen Ergebnissen.

Also stelle ich hier diese Frage, sorry, ich weiß daß man das normalerweise in der Grundschulung lernt, aber ich musste aus Zeitgründen gleich in's kalte Wasser springen...

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mfg - Leo

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.. Hallo, interessante Vorgehensweise. Ich habe aber nicht verstanden, wie Wagen und Führungsschiene zueinander in Verbindung stehen ?
- linearer Kontakt: Verbund/Bonded oder keine Trennung/minimales Gleiten
- nichtlinearer Kontakt: ?

"...Detailaussagen im Lagerbereich sind nicht möglich ..." - betrifft dies alle Ergebnisse?
Gibt es eine Vorgehensweise für die Ermittlung der Lagerkräfte? Kann ich beim angesprochenen Beispiel z.B. einfach den Wagen festsetzen, und die Reaktionskräfte und ~momente auslesen? Habe das mal gemacht (ohne Steifigkeit des Wagens über das Material anzupassen - einfach Stahl), bin aber unsicher bei den erhaltenen Kräften.

Wie heißt das Seminar bei CADFEM?

Frohes Schaffen. Stefan Frömer

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ina_dynamtrag.jpg ina_stattrag.jpg

... beim Blättern im Katalog Linearführungen der Fa. INA sind dann bei mir noch folgende Fragen zum Thema:
" ... Nun kenne ich zwar die dynamische Nachgiebigkeit als Wert vom Herstellerkatalog ... " aufgekommen.

- Die dynamische Nachgiebigkeit [N/mm] ist frequenzabhängig. Ist die hier wirklich verwendbar?
- Die Federkennlinie (statisch) gibt in diesem Beispiel z.B. bei 30 kN eine Einfederung von 20 µm an. D.h. man würde das Material des Wagens so lange modifiziern, bis sich eine Lagerkraft von 1500000 N einstellt. Dieses Diagramm ist für Zug- Druckbelastung. Zusätzlich gibt es noch eines für Seitenbelastung. Was mache ich damit?

Stefan Frömer

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Hallo,

im Sinne einer wirtschaftlichen Lösung würde ich einen linearen Kontakt hernehmen (Verbund oder keine Trennung). Ausserdem ist bei nichtlinearen Kontakten die Frage der Ersatz-Steifigkeit kaum zu lösen, da die Kontaktbedingungen im Kalibier-Lastfall und im Anwendungsfall wahrscheinlich unterschiedlich sind. Daher linearer Kontakt --> rechnet schnell, gleiche Bedingungen für Kalibrierung und Anwendung.

Zu "...Detailaussagen im Lagerbereich sind nicht möglich ..." - betrifft dies alle Ergebnisse?“ Naja, wir machen eine starke Vereinfachung, ersetzen die ganzen Details im Lagerbereich durch eine „Black Box“ die sich in Summe ungefähr so verhält (wir trimmen ja das Material daraufhin). D. h. aber die Feinheiten im Lager sind einfach weg. Und wir können nun mal keine genaue Aussage machen an einer Stelle, wo die wesentlichen Informationen nicht vorhanden sind.

Vorgehensweise: Schiene festsetzen, Wagen in späterer dominanter Verformungsrichtung mit angegebener Verschiebung 1 mm belasten, Reaktionskraft in der entspr. Richtung ablesen. Mat. Anpassen. Wenn man es umgekehrt macht (Kraft vorgibt), hat man das Problem, dass die Deformation über das Bauteil (Wagen) ungleichmässig ist, das ist unschön. Deshalb der Weg über die angegebene Verschiebung.
Hier sieht man auch schon eine Einschränkung: Die dominante Verformungsrichtung sollte ich vorher ungefähr kennen. Mit einem isotropes Material kann man eben nur für eine Richtung den Wert anpassen, die anderen Richtungen ergeben sich dann mehr oder weniger automatisch (man kann natürlich noch versuchen, durch andere Abmessungen das Verhältnis der Steifigkeit in verschiedenen Richtungen zu verändern, aber das heisst dann jedes Mal auch wieder die Kalibrierung neu vorzunehmen. Aufwändig. Besser wäre, über ANSYS-Skripts ein orthotropes Material zu definieren also mit E-Modul in x, y, z, aber das ist in DesignSpace nur indirekt (als undokumentierte Funktion) verfügbar und nicht so ohne tiefgehendere Erklärungen verwendbar. Welchen Wert bei isotr. Mat. in DS nehmen ? Siehe Bsp. unten.

Zur Frage der dynamischen oder statischen Dämpung:
Das ist zwar sehr vereinfachend, aber ohne den genauen Anwendungsfall zu kennen müssen wir ja jetzt eine Vereinfachung oder Annahme treffen. Einverstanden? Schauen wir uns mal die statische Kurve an.
Druckseite, mittlerer Bereich, ca 30 kN und 0.020mm, d. h. Steifigkeit von 1500 kN/mm. Zugbereich bei 10kN mit 0.01mm (1000 kN/mm) und 30 kN mit 0.038 mm(790kN/mm). Da müssten wir jetzt einen Wert rausmitteln der passt. Was nimmt man da? Tja, Mut zur Lücke. Für eine erste Abschätzung würde ich 1000 nehmen. Bei Druck etwas zu niedrig, nur bei grossen Zugbelastung zu gross (Ist die dominant?).
Jetzt vergleichen wir das mal mit der Frequenzkurve: Sind 1000kN/mm total unpassend? Das wäre als konstanter Wert im angegebenen Diagramm eine Nachgiebigkeit von 1 Mu (Gerade bei 1). In erster Näherung erträglich, oder?

Mit dem Diagramm für die Seitenbelastung würde ich ähnlich vorgehen. Wert ermitteln, schauen wir er reinpasst. Dann überlegen, wird die Führung mehr auf Zug, auf Druck oder seitlich belastet und dann bei der Wichtung der einzelnen Werte den Schwerpunkt mehr in die eine oder andere Richtung schieben.

Ich weiss, ich mache mich angreifbar mit dieser „hemdsärmeligen“ Methode. Man kann, wenn man den zu berechnenden Zustand besser kennt, die Werte sicher besser anpassen. Aber ohne mehr zu wissen wäre das hier ein gangbarer Weg für den ersten Schuß. Man kann ja mal nach der ersten Analyse schauen, wie groß der Einfluß dieser Lagersteifigkeit auf das Gesamtergebnis ist (z. B. mal um +-30% ändern). Wenn das Ergebnis sich kaum ändert, alles klar, wenig sensitiv bzgl. der Lagersteifigkeit, d. h. die zu optimierende Größe steckt in einem Teil meiner zu konstruierenden Struktur. Wenn es sich stark ändert, naja, dann weiss ich,  die Lagersteifigkeit ist die kritische Größe und ich muss mir ein paar mehr Gedanken darum machen.
Man kann natürlich auch ein Lager mit der wahren Geometrie (Kugeln, Kontaktflächen, abhebendem Kontakt usw.) modellieren (kennt man die? --> dafür gibt's die Kurven!). Aber für eine Gesamtbetrachtung einer Maschine ist das wohl keine wirtschaftliche Alternative.

Gruss
C. Gebhardt

PS: Kontakt Keine Trennung, weil sonst keine Verschiebung entlang der Führung (es sei denn es gibt eine Klemmung am Wagen).

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Christof Gebhardt
CAD-FEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
cgebhardt@cadfem.de
www.cadfem.de

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Hallo Christof,

Ich bedanke mich herzlichst für diese Nachhilfestunde!

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mfg - Leo

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