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Hi Leute,

ich bin etwas verzweifelt!
Ich möchte einen Biegebalken und dessen Schwingung simulieren. Das funktioniert so schon ganz gut, aber die Auslenkungen in der Resonanz sind ohne Dämpfung natürlich riesig.

Wie kann ich aber realistische Werte für die Dämpfung angeben, wenn ich viskose Dämpfung in Fluiden (Wasser, Luft, etc.) als einzige Dämpfungsquelle annehmen möchte?

Dazu müsste ich doch wohl irgendwie diesen BETAD-Faktor nehmen, oder? Aber wie kann ich da einen realistischen Wert eintragen? Ich habe ja aus Tabellen nur die Dichte bzw. die Viskosität des Fluids (Wasser, Luft, etc.).

Versteht irgendjemand was ich meine? Kann mir da jemand weiterhelfen? Wo kann ich nachschauen?

Vielen Dank für die Hilfe!

Stefan

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Hallo Stefan,

bei den einfachen Betrachtungen hinsichtlich der Schwingungseigenschaften eines Systems - der sog. Modalanalyse - geht es ja mehr um Frequenzen und Schwingformen. Da spielen Dämpfungseigenschaften keine Rolle.
Offensichtlich versuchst Du aber eine angeregte Schwingung darzustellen - dies ist im allgemeinen Fall eine transiente Berechnung, oder - wenn Du nur auf den eingeschwungenen Zustand fokusiert bist - eine Frequenzganganalyse.
Im Regelfall wird das Bauteil nicht durch aerodynamische Effekte gedämpft - also setzt Du primär die Werkstoffdämpfung und ggf. die durch die Einspannung generierten Effekte um. Dafür ist ein viskoses Dämpfungsmodell vielleicht ausreichend - zumeist hat man kaum bessere Ideen.
Den Dämpfungsgrad kann man im Regelfall z.B. als Bruchteil der kritischen Dämpfung angeben. Das wäre also der aperiodische Grenzfall und übliche Systeme mit kleineren Reibungseffekten in irgendwelchen Trennfugen erreichen vielleicht einen Wert von 1 bis 2 % der kritischen Dämpfung (also 0.01 oder 0.02). Die Materialdämpfung selbst ist oftmals sehr viel geringer, aber mit diesen viskosen Modellen versucht man eben alle relevanten Dämpfungseffekte zusammenzufassen.

Vielleicht hilft das schon. Wenn nicht, melde Dich einfach nochmal.

Gruss
Ruediger

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Hi,

danke für die Antwort!
Ich habe ein nicht ganz so einfaches Problem: Ein Biegebalken soll schwingen und diese Schwingung wird durch die viskose Reibung im Fluid gedämpft. Die Materialdämpfung ist definitiv sehr klein und zu vernachlässigen. Die Resonanzfrequenzen habe ich schon ohne Dämpfung berechnen können, dass ist richtig.
Allerdings würde mich nun auch interessieren, wo die Auslenkungen in etwa (Größenordnung reicht mir)liegen. Wenn man keine Dämpfung angibt, dann ist die Auslenkung ja quasi unendlich.
Ich habe recherchiert und das Tutorial auf ansys.net hat für viskose Dämpfung den BETAD-Koeffizienten vorgeschlagen. Das hat nun auch den Vorteil, dass ich den grob mit der Viskosität des Fluids überschlagen könnte. Nun kommt da aber nur Murks raus, oder ich mache etwas falsch. (Wie kommt Ansys auf negative Resonanzfrequenzen?) Ich habe die Modalanalyse mit der Option DAMP gestartet. Wenn ich das richtig verstehe, dann zeigt die mir den Resonanzfall, oder?

Sorry für den langen Text, aber ich weiss nicht so genau, wie ich das erklären kann.

Stefan

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Konstante Materialdaempfung ueber alle Frequenzen ist mittels DMPRAT
bspw fuer harmonisch (full, reduced, mode superposition) spezifizierbar. Wobei die eingegebene Daempfung, wie bspw 0.01,
fuer full und reduced intern in entsprechendes Beta damping (Multiplikator auf Steifigkeitsmatrix, Komponente der Rayleigh Daempfung) umgerechnet wird.

Wenn Stroemungswiderstaende gering sind, sei es durch niedrige Geschwdkt, geringe Schwingausschlaege, niedrige Fluiddichte oder Viskositaet, geringe umstroemte Flaeche, kann man diese vernachlaessigen.

Falls daempfende Kraefte Umstroemung, Stroemungsvorgang relevante Groesse aufweisen, kann man dies bspw mit COMBIN37/7 ueber function RVMOD realisieren - indem man zusaetzlich zur eigentlichen schwingenden Struktur Elemente diesen Typs generiert welche, ueber entspechende Spezifikation RVMOD Koeffizienten, zur Erzeugung
Widerstandskraft analog Fw= cw * rho / 2 * A * v**2 im Model eingesetzt werden.

Damit Stroemungswiderstand welcher die aktuelle Form umstroemter Schwingkoerper(Widerstandszahl cw, Anstroemflaeche A), aktuelles Fluid (rho), aktuelle Umstroemungsgeschwindigkeit v abbildet.

Dieses erweiterte Model kann man dann transient(Mode superposition) betrachten (da in einer harm Analyse Stroemungskraefte via COMBIN nicht eingehen koennen) unter Beibehalt DMPRAT fuer vorhandene Materialdaempfung.
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Bei Modal Rechnung mit MODOPT,DAMP hat man  (falls Daempfung spezifiziert) einen komplexen Resultset. Im imaginaeren Teil befindet sich die jeweilige Resonanzfrequenz, im real Teil ein zu dieser Frequenz gehoeriges Stabilitaetskriterium.

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Gruss,
Frank Exius
IFE Deutschland www.ife-ansys.de

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Hi Frank,

vielen Dank für die Hilfe!

Wenn ich das hinkriege, dann war das genau das, was ich gesucht habe. Jetzt ist die Diplomarbeit vielleicht doch gerettet. ;-)

Stefan

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da kann man auch locker noch ein interessantes, durchaus anspruchvolles Doktorat daraus gestalten,
etwas ausgebaut und ueberarbeitet hinsichtlich der verschiedenen Auspraegungen stroemungsbedingte Daempfung, Daempfung durch fluidische Massen, oder wahlweise Integration des Argumentes Interface/Einspannungsdaempfung wie von Ruediger angedeutet, dabei bleibt noch genug Interessantes zu erforschen, auch fuer spaetere Habilitation ; ) Viel Erfolg.

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Gruss,
Frank Exius
IFE Deutschland www.ife-ansys.de

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Hallo zusammen,

ich dachte eigentlich für Ansys wäre so ein Problem ein Klacks. Schliesslich hat es ja die Fluid-Struktur-Kopplung zu Flotran.
Vielleicht ist ja folgendes Beispiel interessant:
http://www.dhcae.de/SER_FSI_EXP3.htm
(ist schon ein paar Jahre alt)
oder auch:
http://www.dhcae.de/SER_FSI_EXP4.htm

Nach meiner Einschätzung (hängt natürlich auch von der balkenumgebenden Geometrie ab) hilft bei solchen Problemen nur die gekoppelte Betrachtung (Strömung+Balken), da die Geschwindigkeitsgradienten im Fluid bei der Balkenumströmung ja die Schubspannung und damit die Kräfte auf den Balken beeinflussen.

Gruss

Ulrich

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Dr.-Ing. Ulrich Heck
ulrich_heck@dhcae.de
http://www.dhcae.de

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fuer ANSYS ist das ein Klacks - wenn das FSI Problem geeignet modelliert ist. Wie bei jedem Code (der dies kann).
Setzt allerdings voraus das der Anwender mit CFD vertraut ist, hier im Forumkontext mit ANSYS/FLOTRAN oder ggf ANSYS/CFX.

Das heisst Wahl geeignete Vernetzung, Fluidproperties, CFD spez. Randbedingungen u.a. Settings, geeignete transiente Meshadaption. Wahl der Loesungsstrategie - Physics Files, Fluid Solid Interaction Solver oder Multifield Solver, ggf anstehende FSI Kopplung ANSYS/CFX.

Im aktuellen Fall, einer fluidgedaempften Schwingbewegung im offenen d.h. unbegrenzten Fluidraum, kann die vorgeschlagene Ausfuehrung mittels COMBIN ggf Machbarkeitseffizienz, Rechenzeit- und Kostenvorteile ggue 'full blown' FSI bieten.

Was bei begrenztem Zeit- und/oder allg. Budget durchaus entscheident fuer die Abwaegung "machen wir's oder lassen wir's" sein kann. Dabei werden ggf kleinere Abweichungen in den Dampfungskraeften auftreten, was sich aber bei der aktuell angestrebten Loesung ggf vertreten laesst,

auch unter dem Gesichtspunkt das FSI basiert Kraeftebestimmung durchaus eigene Tuecken aufweisen kann (nicht muss), denke da, neben der geeigneten Zeitschrittwahl bei Lasttransfer mech-fluidisch an geeignetes Turbolenzmodel und andere Aspekte, die nicht immer so einfach abzuschaetzen sind.

Wenn's denn um komplexere Geometrie Schwingkoerper, ggf stroemungsbeeinflussende Kavitaet, d.h. komplexeres Stroemungsfeld geht - da kommt Ihr Vorschlag natuerlich zum Tragen.

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Gruesse,
Frank Exius
IFE Deutschland www.ife-ansys.de

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