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Abbildung1.png Abbildung2.png

Hallo zusammen,

ich arbeite seit kurzem mit Ansys Workbench 13 und möchte für meine Bachelorarbeit eine parameteranalyse hinsichlich der Vorspannungsvariation
von Transportbändern mit Hilfe des transienten Strukturmechanik Moduls simulieren. Ich habe bereits einige Tutorials absolviert,
jedoch keines der Tutorials konnte direkt auf meine Problemstellung umgelegt werden.
Das Ziel der Simulation ist mit Hilfe des Kontakt Tools den Gleitweg bzw. Reibspannung der verschiedenen Vorspannungen (Verschiebungen) zu vergleichen.

Hierfür wurden diverse Materialparameter expermientell/rechnerisch bestimmt, wie bspw. der E-Modul sowie die Querkontraktionszahl des Transportbandes.
Zudem wurde in der Materialdefinition das Neo-Hook'sche Modell gewählt. Des weiteren wurde die Antriebs- bzw Umlenktrommel mit rotiereden Freiheitsgrad versehen (Joints, s. Abb.1),
sowie die Kontakte zwischen Transportband und Trommeln als Reibungsbehaftet definiert.
Um ein "Abrollen" des Tranportbandes zu ermöglichen habe ich die Kontaktsteifigkeit manuell eingestellt, welches folgende Fehlermeldung(en) erzeugte (s. Abb.2)

Leider bin ich mir absolut unschlüssig wo der/die Fehler liegen könnten und wäre für jegliche Tipps bzw. Anregungen sehr dankbar.

[Diese Nachricht wurde von zieho am 27. Aug. 2012 editiert.]

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Hallo,

keine ganz triviale Analyse, sow wie sie hier aufgesetzt ist.
Wie bei allen nichtlinearen Kontaktanalysen ist auch hier darauf zu achten, dass keine Starrköperverschiebung auftreten kann.
die rechte Rolle hat 2 Freiheitsgrade, die linke 6, das wird nicht funktionieren. Die linke Rolle muss ebenfalls fixiert werden, die axiale Verschiebung würde ich durch einen Symmetrieschnitt längs verhindern (reibungsfreie Lagerung in der Symmetrieebene). Das Band ist mit Joints an die Rollen gebunden, das würde ich so nicht machen, sondern mit Kontakt.
Die Analyse als transiente aufzusetzen würde ich mir gut überlegen, der Berechnungsaufand wäre mir zu hoch, die Dynamik bringt zusätzliche Fragen, die nicht so ad hoc zu beantworten sind. Z. B.  In welcher Zeit soll denn die Vorspannung aufgebracht werden? Wie schnell soll das Band anlaufen?
Ich würde stattdessen auf eine adäquate statische Lösung, wenn möglich mit nur 1 Rolle, setzen, die die zentrale Aussage liefert. Eigentlich ist ja nur der Grenzzustand interessant, an dem eine Relativbewegung stattfindet. Ich würde daher das Modell auf eine halbe Rolle redzieren. Das Band festhalten. Und die Rolle unterhalb des Bandes in Drehung versetzen und zwar in einer statischen Analysen mit KLEINEN Drehwinkeln, die langsam ansteigen. In einer statischen Mehrschrittanalyse Drehwinkel erhöhen und Antriebsmoment beobachten. Das Antriebsmoment wird immer weiter steigen, bis die Rolle durchrutscht. Das ist dann das maximale übertragbare Moment.
Das ist ungefähr das, was beim Durchrutschen einer Presspassung passiert, dafür habe ich eine Beispielanalyse, die ich aber wg. Grössenbeschränkung hier nicht anhängen kann, die ich aber gern per Email zusende. Diese Art von Analyse kann also unter der Frage der ungleichen Lastverteilung und Kontaktpressung berücksichtigen, welches Moment übertragen werden kann. WENN Dynamik eine Rolle spielt, würde ich die analytisch versuchen in eine entsprechende Kraft/Momentenbelastung umzurechnen, das führt erfahrungsgemäss deutlich schneller zum Ziel.

Gruss
CG

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Christof Gebhardt

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

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PS: Bitte Beitrag in das Ansys Forum verschieben, dort ist er besser aufgehoben

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Ergebniss.png Verschiebung.png

Hallo,

zunächst mal einen herzlichen Dank für Ihre Analyse meiner Simulation.
Ich habe mir Ihren Ratschlag zu Herzen genommen und das alte Modell verworfen und verfolge den von Ihnen vorgeschlagenen Ansatz, die benötigten Größen mittels einer statisch-mechanischen Analyse zu ermitteln.

Hierfür wurde eine Umlenktrommel mit einem Bandausschnitt modelliert, wobei das Band (am Querschnitt) mittels einer fixierten Lagerung "festgehalten" wird. Des Weiteren wird die Umlenktrommel mit Hilfe einer Verschiebung ausgelenkt um hiermit die sogenannte Vorspannung zu generieren. Nun zu meinem Problem:

Ich möchte eine Parameteranalyse durchführen in welcher die Vorspannung (Verschiebung) variiert bei einem konstanten Moment, welches ich im Vorfeld analytisch berechnet habe (analog zur Aufg. "Presspassung" aus Ihrem Buch, wenn ich mich nicht täusche). Nun möchte ich die resultierende Reibspannung sowie den dazugehörigen Gleitweg hierfür jeweils ermitteln. Jedoch ist das Problem, wenn die Vorspannung erhöht wird, steigt auch der Gleitweg. Dies kann natürlich nicht korrekt sein, da anhand des Coulombschen Gesetzes, durch erhöhung der Vorspannung auch eine erhöhung der Normalkraft bzw. der Druckspannung eintritt und somit sich der Gleitweg verringern müsste. Aus diesem Grund habe ich die erstellte Grafik im Mechanical Fenster betrachtet und es scheint mir, als ob die Verschiebung mit in das Ergebnis des Gleitweges mit einfließen würde (deshalb auch ein höherer Gleitweg, bei höherer Verschiebung). Abbildung 1 zeigt, die beschriebene Situation.

Nun führt mich dies zu der Annahme, das ich höchstwahrscheinlich einen Denkfehler bei Anwendung der Zeitschritte begehe, welcher sich mir leider nicht erschließt. (Abbildung 2)

Meine Frage hierbei ist: Ist es möglich die Verschiebung bei der Ergebnissausgabe des Gleitwegees auszugrenzen? Oder liegt der Fehler meinerseits hinsichtlich der Gestaltung der Zeitschritte?

Ich bedanke mich nochmals für jegliche Hilfestellungen bzw. Anregungen die zur bewerkstelligung der Problematik beitragen. Des Weiteren habe ich die Gesamte Projektdatei hochgeladen, da Ansys schon relativ komplex ist und dies sicherlich zum Verständnis beiträgt.

Viele Grüße
zieho

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Hallo,

ich glaube nicht, dass die Zeitschrittweite eine Rolle spielt, zumindest keine dominante. Das könnte man aber rauskriegen indem man sie verändert und das Ergebnis beobachtet. Ich vermute, auch wenn Sie die Zeitschrittweite modifizieren (das bedeutet ja lediglich gröber oder feiner abgestufte Laststeigerung), ändert sich das Ergebnis nur marginal, die Tendenz bleibt gleich.

Ich habe vielmehr Bauchschmerzen mit der von Ihnen postulierten Aussage "höhere Vorspannung muss kleineren Gleitweg ergeben". Ist das wirklich so?
Was dafür spricht:
- Die Normalkraft steigt. Die Reibkraft steigt.
Was dagegen spricht
- Das Band längt sich viel mehr
- Das Die Welle kann sich stärker verlagern/verformen.

Ich glaube, dass durch die höhere Vorspannung das Band sich stärker dehnt. Warum soll es sich nur ab dem Berührpunkt stärker dehnen, warum nicht auch über den Umfang verteilt. Ich würde daher umgekehrt davon ausgehen, dass sich der Gleitweg AUFGRUND DER VORSPANNUNG sogar erhöht.
Das was sie eigentlich wissen wollen, ist aber nicht der Gleitweg aufgrund der Vorspannung, sondern nur die Änderung des Gleitwegs zwischen Vorspannung und anschliessender Belastung, oder? Vergleichen Sie die doch mal, das wird sicher interessant.

Gruss
Christof Gebhardt

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Christof Gebhardt

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Hallo,

zunächst möchte ich Ihnen in Ihren Ausführungen gänzlich zustimmen, natürlich ist das generierte Ergebnis des Gleitweges unter einbeziehung der Vorspannung/ Verschiebung korrekt.
Selbstverständlich wird bei einer maximierung der Vorspannung die ausdehnung des Transportbandes steigen und somit eine höhere relativ Bewegung zwischen Band und Trommel resultieren.
Jegliche weitere Interpretation würde auch mir Bauchschmerzen bereiten.  

Der Aspekt, auf welchen ich in meiner obrigen Ausführung hinaus wollte, bezog sich hinsichtlich der Annahme, das die Vorspannung vorher aufgebracht wird, jedoch nur die dadurch resultierenden Druckspannungen einfluss nehmen auf die Simulation bei aufbringung des Momentes.

Wie Sie bereits richtig erwähnt haben, möchte ich nicht den Gleitweg aufgrund der Vorspannung aufzeigen, sondern den Gleitweg aufgrund des aufgebrachten Momentes unter den einflüssen der resultierenden Druckspannungen. Jedoch bin ich etwas ratlos hinsichtlich der notwendigen Einstellungen / modifizierung des Modells um das oben genannte Ergebnis zu generieren.

Welche Möglichkeiten gibt es denn, den Gleitweg darzustellen, ohne das der Weg der Vorspannung/Verschiebung in das Ergebnis des Gleitweges mit einfließt?

viele Grüße
zieho

[Diese Nachricht wurde von zieho am 20. Sep. 2012 editiert.]

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Achso, dann ist ja alles ok. Das geht dadurch, dass man einmal den Zustand Vorspannung rechnet, und vergleicht mit Vorspannung PLUS das Moment/ den Drehwinkel, also die Differenz bildet. Dasmacht man entweder zu Fuss oder durch Solution combination. Gruss cg

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Christof Gebhardt

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Nochmals herzlichen Dank für Ihre Hilfe,

mit freundlichen Grüßen
zieho

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