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Hallo zusammen,

Im Zuge meiner Diplomarbeit versuche ich eine Bauteilsubstitution eines Stahlrohr-Rahmens durch ein CFK Schalenmodell durchzuführen.

Nachdem ich die entsprechenden Konstanten über die Netztheorie/Klassische Laminattheorie ermittelt habe, wollte ich selbige dann nach ANSYS übertragen. Leider werde ich weder aus der Online-Hilfe noch aus sonstigen Unterlagen die mir zur Verfügung stehen schlau. Für ein orthotropes Material kann/muss ich diverse Daten angeben, die nach der Laminat-Theorie (Scheibe/Platte) nicht ermittelt werden. So z.B. E-Modul für Z-Richtung, 2 weitere Querkontraktionszahlen und zwei weitere Schubmouln.

Wenn ich Shell99 verwende, um dann über die Option K2 meine Dehnsteifigkeitsmatrix (3x3) bzw. in den Real Constants zus. noch die Biegesteifigkeiten einzugeben, erfolgt bei die "Solve " die Fehlermeldung, dass die Diagonale meiner "input matrix of element 1 " den Wert 1e9 überschreitet??

Zusätzlich hab ich zur Sicherheit zu den schon in den real constants angegebenen Schichtdaten auch noch mal über Sections alle Daten gefüllt (ist das ein kann oder ein muss?).

Und zu guter letzt die Frage : Wenn ich die E-Moduln angebe, dann bezieht sich doch Ex auf den Faserparallelen E-Modul usw.?

Ich sag schon mal "Vielen Dank im Voraus!"

Gruss ferret

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OK...nach drei Tagen intensiven suchens, sind mir folgende Dinge aufgefallen klar geworden:

Die Nomenklatur für die senkrechten Richtungen G-Modul/Querkontraktionszahlen hab ich gefunden - ich hab sie bis dato nie gebraucht.....

In den Material Properties werden entsprechend der Faserrichtungen die Daten eingegeben (also keine globalen Laminatwerte). Wenn über Real Constants der Laminataufbau vorgegeben wird, werden die Material Properties darauf angewendet.

Die Handrechnung deckt sich dabei mit fast 5% Genauigkeit mit den Werten aus ANSYS für die Dehnsteifigkeitsmatrix.
Allerdings läuft mir die Biegesteifigkeitsmatrix komplett davon.

Ich geb mal ein paar Rahmendaten an, vielleicht weiß ja jemand was ich falsch mache......

Symmetrischer Laminataufbau (0/90/45/-45)
Schichtdicke der Einzelschichten 0.35
Kennwerte:
  EX  =  54100.   
  EY  =  4684.0   
  EZ  =  4684.0   
  NUXY =  0.25108E-02
  NUYZ =  0.33000   
  NUXZ =  0.37662E-01
  GXY  =  3564.0   
  GYZ  =  1631.0   
  GXZ  =  3564.0   
  PRXY =  0.29000E-01
  PRYZ =  0.33000   
  PRXZ =  0.43500 

Modelliere ich eine Platte (1000mmx1000mm) und bringe "pressure" als nx=10N/mm und ny=10N/mm auf, erhalte ich über die Handrechnung globale Laminatspannungen von -2,5N/mm^2 für die x und y Richtung. Ansys gibt dabei einen Wert von -3.5N/mm^2 aus...das ist ja schonmal ok.

Nehme ich eine andere Spannungskonstellation wie z.B. Zugspannung nx=180 ny=65 und nxy=0 erhalte ich mit der Handrechnug sigma x =57 N/mm^2 und sigma y=4 N/mm^2.

Ansys gibt mir auch einen vergleichbaren Sigma-x Wert raus, aber Sgima-y wird mit 36 N/mm^2 veranschlagt. Da die globalen Laminatdehnungen von Hand und Ansys übereinstimmen, und der Globale E-Modul für X und Y-Richtung für das o.g. Laminat gleich ist (Ex=Ey), müssten eigentlich die Spannungsausgaben von Ansys sich doch auch aus der Formel Sigma y = Ey * Epsilon y berechnen (global).....

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Weiteres suchen und ausprobieren hat folgendes ergeben:

Wenn ich mir die Spannungen ausgeben lasse, ohne die "Output Option" zu ändern, werden nur die Spannungen (oder was halt angezeigt werden soll) der ersten Schicht ausgewiesen. Diese Spannnugen sagen aber nichts über das gesamte Laminat aus, da zwar die Dehnungen in die globalen x oder y Richtungen über alle Schichten konstant sind, der E-Modul aber Richtungsabhängig ist (was bei 45° Lagen natürlich stark vom Faserparallelen Modul abweicht). Ich hab die Berechnungen der 0/90 Lagen mit meiner Handrechnung verglichen - nun passt es - egal welcher Lastzustand aufgebracht wird 

Nun werde ich mich noch mit den entsprechenden Versagenskriterien auseinandersetzen müssen, da diese scheinbar die Ergebnisse der Spannungsplots beeinflussen (ist die Ausgabe in "Options for Output" aktiviert, werden die kompletten Laminatspannungen erst angezeigt.

Für Tips bin ich jederzeit sehr dankbar!

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hi ich hab grad auch ziemlich dringend dieses problem mit den faserdaten, woher hast du deine vollständigen laminatdaten denn gekriegt?
ich suche noch laminatdaten für ansys für ein cfk-UD mit epoxy und ein +-45 cfk-gewebe in epoxy...mehr bräuchte ich nicht (halt ansys-fähig inkl . aller 9 notwendigen daten e;g;pr....)

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Hi,

Ich hoffe ich lehne mich nicht zu weit aus dem Fenster mit dem was ich schreibe - denn wirklich verifizieren konnte ich es noch nicht  ,
da jeder den ich gefragt habe, nur isotrope Werkstoffe bzw. kein "geschichtetes" Laminat in Ansys verwendet, sondern das ganze dann "verschmiert" rechnet.

Also, die Daten für eine Faserverbundschicht kannst du anhand der regulären Formeln ermitteln - d.h. der Faserparallele E-Modul der Schicht anhand von Ep=Efp*phi + Em(1-phi) usw. (Ep= Faserparalleler E-Modul aus Herstellerangabe z.B. 130.000N/mm^2 und Em= Matrix E-Modul z.B. 3500N/mm^2). Diese "Ingenierurskonstanten" trägst du dann in die Material Props ein - eine Umrechnung für ein globales Laminatkoordinatensystem erfolgt über Ansys.

Da die Klassische Laminattheorie davon ausgeht, dass die Geometrie eher Scheibenförmig ist, benötigtst du für die "z-Richtung" die Daten von Gss (Gleitmodul senkrecht,senkrecht) und nü,ss (Querkontraktionszahl) meist nicht. ANSYS will diese Eingaben aber alle haben. Daher habe ich für die Z-Richtung den senkrechten E-Modul (E22) genommen, und die anderen Daten bekommst du aus den regulären Formeln. Im angelsächsischen Raum werden allerdings die Indices die bei uns aus dem Holzbereich kommen vertauscht (bei uns ORT,Ursache - bei denen scheint die Indizierung umgekehrt zu laufen).

Wenn du Shell99 oder Shell91 nimmst, kannst du über die Real Constants den Laminataufbau bestimmen (incl. der Schichtwinkel). Ansys führt dann die komplette Winkeltransformation für die E-Module, Spannungen etc. durch.

Wenn du die programmseitig vorgegebenen Kriterien verwendest kannst du dir die Schichten auswerten lassen. Du bekommst dann angezeigt dass z.B. eine Schicht im Sinne eines Zwischenfaserbruchs (Epsilon-senkrecht < 0,3%)  versagt.

Es wurde allerdings darauf hingewiesen, dass das Tsai Wu-Kriterium nicht mehr aktuell ist und dementsprechend Puck-Bruchkriterien verwendet werden sollen - wie ich die genau festlege muss ich mir erstmal anlesen 

Bloß wenn man über eine Auslegung und deren Festigkeits/Steifigkeitsanalyse eine genauere Aussage treffen will, sollte man auch verstehen nach welchen Kriterien Ansys vorgeht. Und das ist im Moment bei mir eher "try and error" 

Eine sehr gute Hilfe ist dabei das Buch von Helmut Schürmann "Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden"(ist nicht zu wissenschaftlich gehalten, und damit sehr gut nachvollziehbar weil anwendungsnah).

Wenn ich dir sonst mit Formeln helfen kann - ich hab meine Excel-Berechnungen nach Word übergeben und mit nem Formeleditor die Formel alle zusammengefasst.

Gruss ferret

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evtl. hilft dir das hier weiter (25MB):
http://www.klub.tu-darmstadt.de/downloads/Puck_Buch.zip

MfG,
Meijer

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ja, vielen dank schon mal! werde mal sehen was ich im buch finde (wobei ich da gar nicht so verlegen bin mit.)
laminat verschmieren bin ich mir nicht so sicher wie schlau des ist bei meinem prof. da ist er glaube ich zu fit und zu pinibel um da drüber hinwegzusehen.
ist auch echt nicht schlau, seine DA zu lang zu schieben !

vg michael

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@nasello (zum thema verschmieren)

ehrlich gesagt glaube ich das Ansys entsprechend den analytischen Methoden die Faserverbundberechung vornimmt.
d.h. es wird die ABD-Matrix aus den einzelschichteigenschaften errechnet. mit dieser werden die verschiebungen berechnet. aus den verschiebungen wird wieder über die steifigkeitsmatrix auf die spannungen der einzelschicht rückgerechnet.
das bedeutet: ob nun du die verschmierung vornimmst oder ansys sollte im endeffekt gleich sein.

------------------
Jens Friedrich
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
TU-Dresden

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Hallo Jens,

Sorry wenn ich nachhake - aber wenn du "verschmiert" rechnest, also nicht die einzelnen Schichten angibst (bzw. den Schichtaufbau und bei gleichem Flächengewicht und Faser/Matrix Daten nur einmal die Material Props für eine Schicht), dann kann Ansys anhand der vorgegebenen Steifigkeitsmatrix doch nur das komplette Laminat rechnen? Wenn du aber auch noch eine Aussage über die Einzelschichten haben möchtest, kommst du doch nicht drum herum alle "Ingenieurskonstanten" und den Laminataufbau einzugeben.

Leider fehlen mir das Wissen bzw. Informationsquellen um den korrekten Eingabeweg in Ansys komplett nachvollziehen zu können.

Ich hab gesehen, dass du schon ein paar Threads mit FVB hattest - deswegen die Frage: wie geht ihr beim erstellen vor?

Danke und Gruss
ferret

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@ferret

hmmm... wie soll ichs erklären?!?
mit einem Element welches die gleiche steifigkeit hat wie der verbund bekommt man den globalen dehnungsvektor (Dehnung und Krümmung). Aus Dehnung und Krümmung lassen sich die Dehnungen der einzelschichten berechnen. Mit diesen Einzelschichtdehnungen kann man mit der Steifikeitsmatrix (Q) der Einzelschicht auf die Spannungen (Global) der Einzelschicht rückschließen. Diese Spannungen werden über die Tranformaitonsmatirx in das Materialkoordinatensystem (12)gedreht und daraus die Dehungnen der einzelschicht im 12System berechnet.
D.h. mit etwas Matrizenrechnung bekommt man auch aus einem verschmierten modell die Spannungen und Dehnungen der Einelschicht im Materialkoordinatensystem, welche eine aussage zum Versagen möglich machen.

Diese ganzen berechnungen macht natürlich auch Ansys für dich, aber verstehen kann mans am besten mit einer Handrechnung.

Zur Modellerstellung kann ich dir nur raten die VM82, VM78 und VM144 durchzuarbeiten. Die Beispiele sind einfach und man hat den input zur erstellung komplexere probleme
ich persönlich habe bis jetzt vorrangig mit shell99 (8Knoten)und shell181 (4knoten) gerechnet.

Hier der Input von VM82 direkt aus der Hilfe
/COM,ANSYS MEDIA REL. 9.0 (10/15/2004) REF. VERIF. MANUAL: REL. 9.0
/VERIFY,VM82
/PREP7
SMRT,OFF
/TITLE, VM82, SIMPLY SUPPORTED LAMINATED PLATE UNDER PRESSURE
C***    EXACT SOLUTIONS OF MODERATELY THICK LAMINATED SHELLS,
C***    J.N. REDDY, JNL. OF ENGR. MECHANICS, VOL 110, NO.5, MAY'84.
ANTYPE,STATIC
ET,1,SHELL99,,,,,,,1        ! 8 NODE LAYERED SHELL
R,1,4,1                    ! 4 LAYERS; SYMMETRIC STACKING
RMORE
RMORE,1,0,.025,1,90,.025    ! LAYER 1 AND 2 OF (0/90/90/0)
MP,EX,1,25E6                ! ORTHOTROPIC MATERIAL PROPERTIES
MP,EY,1,1E6
MP,EZ,1,1E6                ! EZ=EY ASSUMED
MP,GXY,1,5E5
MP,GYZ,1,2E5
MP,GXZ,1,5E5
MP,PRXY,1,0.25              ! MAJOR POISSONS RATIO
MP,PRYZ,1,0.01              ! MAJOR POISSONS RATIO
MP,PRXZ,1,0.25              ! MAJOR POISSONS RATIO
K,1                        ! CORNER KEYPOINTS OF QUADRANT (AREA)
K,2,5
K,3,5,5
K,4,,5
A,1,2,3,4
ESIZE,,3                    ! 3X3 MESH USING QUARTER SYMMETRY
AMESH,1
NSEL,S,LOC,X,0
DSYM,SYMM,X
NSEL,S,LOC,Y,0
DSYM,SYMM,Y
NSEL,S,LOC,X,5              ! APPLY FREELY SUPPORTED B.C.
D,ALL,UZ,,,,,UY
NSEL,S,LOC,Y,5
D,ALL,UZ,,,,,UX
NSEL,ALL
SFE,ALL,2,PRES,,1          ! APPLY UNIFORM PRESSURE
OUTPR,,1
FINISH
/SOLU   
SOLVE
FINISH
/POST1
NSEL,S,LOC,X                ! SELECT CENTER NODE
NSEL,R,LOC,Y
PRNSOL,U,Z                  ! PRINT CENTER DEFLECTION
*GET,DEF99,NODE,1,U,Z
*DIM,LABEL_1,CHAR,1,2
*DIM,VALUE_1,,1,3
LABEL_1(1,1) = 'DEF,m (S'
LABEL_1(1,2) = 'HELL99)'
*VFILL,VALUE_1(1,1),DATA,.0683
*VFILL,VALUE_1(1,2),DATA,ABS(DEF99)
*VFILL,VALUE_1(1,3),DATA,ABS(DEF99/.0683)
SAVE,INF1
FINISH
/CLEAR, NOSTART
/PREP7
SMRT,OFF
/TITLE, VM82, SIMPLY SUPPORTED LAMINATED PLATE UNDER PRESSURE
C***    EXACT SOLUTIONS OF MODERATELY THICK LAMINATED SHELLS,
C***    J.N. REDDY, JNL. OF ENGR. MECHANICS, VOL 110, NO.5, MAY'84.
ANTYPE,STATIC
ET,1,SOLID46,,,,,,,1        ! 8 NODE LAYERED SOLID
R,1,4,1                    ! 4 LAYERS; SYMMETRIC STACKING
RMORE
RMORE,1,0,.25,1,90,.25      ! LAYERS 1 AND 2 OF (0/90/90/0)
MP,EX,1,25E6                ! ORTHOTROPIC MATERIAL PROPERTIES
MP,EY,1,1E6
MP,EZ,1,1E6                ! EZ=EY ASSUMED
MP,GXY,1,5E5
MP,GYZ,1,2E5
MP,GXZ,1,5E5
MP,PRXY,1,0.25              ! MAJOR POISSONS RATIO
MP,PRYZ,1,0.01              ! MAJOR POISSONS RATIO
MP,PRXZ,1,0.25              ! MAJOR POISSONS RATIO
K,1                        ! CORNER KEYPOINTS OF QUADRANT (VOLUME)
K,2,5
K,3,5,5
K,4,,5
KGEN,2,1,4,1,,,0.1
L,1,5
*REPEAT,4,1,1
LESIZE,ALL,,,1
V,1,2,3,4,5,6,7,8         
ESIZE,,6                    ! 6X6 MESH USING QUARTER SYMMETRY
VMESH,1
NSEL,S,LOC,X,0
DSYM,SYMM,X
NSEL,S,LOC,Y,0
DSYM,SYMM,Y
NSEL,S,LOC,X,5              ! FREELY SUPPORTED B.C.
D,ALL,UZ,,,,,UY
NSEL,S,LOC,Y,5
D,ALL,UZ,,,,,UX
NSEL,ALL
SFE,ALL,6,PRES,,1          ! APPLY UNIFORM PRESSURE ON TOP SURFACE
OUTPR,,1
FINISH
/SOLU   
SOLVE
FINISH
/POST1
NSEL,S,LOC,X                ! SELECT CENTER NODES
NSEL,R,LOC,Y
PRNSOL,U,Z                  ! PRINT CENTER DEFLECTION
*GET,DEF46,NODE,1,U,Z
*DIM,LABEL_2,CHAR,1,2
*DIM,VALUE_2,,1,3
LABEL_2(1,1) = 'DEF,m (S'
LABEL_2(1,2) = 'OLID46) '
*VFILL,VALUE_2(1,1),DATA,.0683
*VFILL,VALUE_2(1,2),DATA,ABS(DEF46)
*VFILL,VALUE_2(1,3),DATA,ABS(DEF46/.0683)
SAVE, INF2
FINISH
/CLEAR,NOSTART
/PREP7
SMRT,OFF
/TITLE, VM82, SIMPLY SUPPORTED LAMINATED PLATE UNDER PRESSURE
C***    EXACT SOLUTIONS OF MODERATELY THICK LAMINATED SHELLS,
C***    J.N. REDDY, JNL. OF ENGR. MECHANICS, VOL 110, NO.5, MAY'84.
ANTYPE,STATIC
ET,1,SOLID191,,,,,,,1        ! 8 NODE LAYERED SOLID
R,1,4,1                    ! 4 LAYERS; SYMMETRIC STACKING
RMORE
RMORE,1,0,.25,1,90,.25      ! LAYERS 1 AND 2 OF (0/90/90/0)
MP,EX,1,25E6                ! ORTHOTROPIC MATERIAL PROPERTIES
MP,EY,1,1E6
MP,EZ,1,1E6                ! EZ=EY ASSUMED
MP,GXY,1,5E5
MP,GYZ,1,2E5
MP,GXZ,1,5E5
MP,PRXY,1,0.25              ! MAJOR POISSONS RATIO
MP,PRYZ,1,0.01              ! MAJOR POISSONS RATIO
MP,PRXZ,1,0.25              ! MAJOR POISSONS RATIO
K,1                        ! CORNER KEYPOINTS OF QUADRANT (VOLUME)
K,2,5
K,3,5,5
K,4,,5
KGEN,2,1,4,1,,,0.1
L,1,5
*REPEAT,4,1,1
LESIZE,ALL,,,1
V,1,2,3,4,5,6,7,8         
ESIZE,,6                    ! 6X6 MESH USING QUARTER SYMMETRY
VMESH,1
NSEL,S,LOC,X,0
DSYM,SYMM,X
NSEL,S,LOC,Y,0
DSYM,SYMM,Y
NSEL,S,LOC,X,5              ! FREELY SUPPORTED B.C.
D,ALL,UZ,,,,,UY
NSEL,S,LOC,Y,5
D,ALL,UZ,,,,,UX
NSEL,ALL
SFE,ALL,6,PRES,,1          ! APPLY UNIFORM PRESSURE ON TOP SURFACE
OUTPR,,1
FINISH
/SOLU   
SOLVE
FINISH
/POST1
NSEL,S,LOC,X                ! SELECT CENTER NODES
NSEL,R,LOC,Y
PRNSOL,U,Z                  ! PRINT CENTER DEFLECTION
*GET,DEF191,NODE,1,U,Z
*DIM,LABEL_2,CHAR,1,2
*DIM,VALUE_2,,1,3
LABEL_2(1,1) = 'DEF,m (S'
LABEL_2(1,2) = 'OLID191) '
*VFILL,VALUE_2(1,1),DATA,.0683
*VFILL,VALUE_2(1,2),DATA,ABS(DEF191)
*VFILL,VALUE_2(1,3),DATA,ABS(DEF191/.0683)
SAVE, INF3
RESUME,INF1
/COM
/OUT,vm82,vrt
/COM,------------------- VM82 RESULTS COMPARISON --------------
/COM,
/COM,                |  TARGET  |  ANSYS  |  RATIO
/COM,
*VWRITE,LABEL_1(1,1),LABEL_1(1,2),VALUE_1(1,1),VALUE_1(1,2),VALUE_1(1,3)
(1X,A8,A8,'  ',F10.4,'  ',F10.4,'  ',1F5.3)
/NOPR
RESUME,INF2
/GOPR
/NOPR
/COM.
*VWRITE,LABEL_2(1,1),LABEL_2(1,2),VALUE_2(1,1),VALUE_2(1,2),VALUE_2(1,3)
(1X,A8,A8,'  ',F10.4,'  ',F10.4,'  ',1F5.3)
RESUME, INF3
/GOPR
*VWRITE,LABEL_2(1,1),LABEL_2(1,2),VALUE_2(1,1),VALUE_2(1,2),VALUE_2(1,3)
(1X,A8,A8,'  ',F10.4,'  ',F10.4,'  ',1F5.3)
/COM,----------------------------------------------------------
/OUT
FINISH
*LIST,vm82,vrt

------------------
Jens Friedrich
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
TU-Dresden

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Hallo!
Ich hole diesen Thread mal aus der Versenkung hervor. 
Habt ihr Quellen dafür, dass ANSYS die Transformationen der Schichteigeneschaften auf das globale Kos selbst durchführt? Steht das irgendwo in der Help oder im Theorie Manual? Ich habe mir da schon die Finger wund gesucht. Ich brauche eine Quelle für meine DA. 

Gibt es eventuell auch eine Beschreibung in der Help wie ANSYS die ABD-Matrix berechnet?
Danke euch schon mal im Voraus!
Gruß!

nico

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Für die Berechnungsgrundlagen ist die VDI-Richtlinie 2014 - Blatt 3 (erschienen September 2006) empfehlenswert.

Zur Umsetzung in ANSYS empfehle ich folgende Vorgehensweise:
- Eingabe der Einzelschichtkennwerte
- Modellierung mittels SHELL181
- Laminataufbau über Sectionbefehl eingeben
- damit wird später eine schichtweise Spannungsanalyse ermöglicht

Gruß
Sascha

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Hallo!
Das ist nicht das Problem.  Ich verstehe das Vorgehen der CLT. Ich bin nun auf der Suche nach einer Quelle in der steht das ANSYS das auch anhand der CLT macht. In der Help findet man immer nur Angaben das man auch die komplette ABD-Matrix selbst eingeben kann, nur eben nicht das ANSYS diese auch selbst berechnet und nach welchen Richtlinien. 
Gruß!

nico

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Da der oben angegebene Link auf das Buch (Puck-Kriterium) nicht mehr aktuell ist, stelle ich hier mal den neuen rein...
http://www.klub.tu-darmstadt.de/forschungsbericht/downloads_3/downloads_3.de.jsp

Grüße
GD

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