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Hallo liebe Mitglieder im Forum,

für eine Modalanalyse an einem Knochen stehen mir verschiedene FE-Netze zur Verfügung. Die Netze unterscheiden sich lediglich in der Anzahl der Knoten und Elemente. Jedes Element erhält aufgrund der inhomogenem Materialeigenschaften ein separates E-Modul und eine separate Dichte. Dabei treten tw., gerade weil die Dichte in tonnen/mm^3 angegeben ist, sehr, sehr kleine Dichtewerte auf.

Das Problem ist nun, dass für die unterschiedlich vernetzten Modelle extrem unterschiedliche Ergebisse rauskommen. Z.B. ist die erste Eigenfrequenz bei 150000 Knoten bei 800HZ (das Ergebnis könnte stimmen) und bei 270000 Knoten bei 0,105HZ. Bei 100000 Knoten wiederum bei 200Hz. Kann es sein, das evtl. die tw. sehr kleinen Dichtewerte die Ursache dafür sind, da ANSYS begrenzte Kommastellen hat o.Ä.?

Der einzige Unterschied in der Berechnung ist mir in der out-Datei aufgefallen. Dort Variieren die Werte in der Angabe "...Element Maximum Matrix" (hab die out-Datei gerade nicht zur Hand) von sehr klein bis sehr groß zwischen den Modellen. Ich weiß jedoch nicht um welche Matrix es sich handelt.
Die Massen stimmen ganz gut mit der von mir in Mathematica ausgerechneten überein, wenn auch nicht exakt, was eigentlich der Fall sein müsste.

Kann mir jemand bei diesem Problem helfen, bitte?

Grüße
Falk

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Moin.

Ausgehend davon, dass die Modelle alle die gleichen Elementtypen aufweisen und die Modelle alle gleich gelagert sind sowie die Vernetzung "sauber" ist (kein Klaffen etc.), würde ich mir zunächst die Eigenformen ansehen. Die sollten mindestens gleich sein. Vielleicht vergleichst du nicht wirklich identische Eigenfrequenzen? Allerdings erscheint mir die 0.105Hz eher eine Starrkörperbewegung zu sein.

Es gibt eine Abhängig der Eigenfrequenzen von der Element - jedoch unterscheiden die sich dann nicht um mehrere Größenordnungen.

Enra

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Hallo,

die Eigenformen stimmen überein. Die Starrkörperbewegungen, also die ersten 6 Frequenzen liegen bei allen nahe null. Die Netze sind automatisch in der Workbench erstellt und recht sauber, auch wenn die Geomtrie recht komplex ist, da es sich um einen Beckenknochen handelt. Ich hab gestern noch rausgefunden, das die Werte in der out-Datei, die wie oben erwähnt stark voneinander Abweichen (Element MAximum Matrix...) aus der Steifigkeitsmatrix stammen. Bei den Modellen, bei denen also die falschen Ergebnisse stammen, scheint also die Steifigkeitsmatrix nicht korrekt zu sein.
Hilft das?

Grüße
Falk

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Die Eigenfrequenz ist abhängig von der Masse und der Steifigkeit des Systems. Wenn die Dichte korrekt zugewiesen ist, wäre eine Fehlerquelle in der Masse auszuschließen. Mit den Einheiten hat Ansys kein Problem, wenn Du sie korrekt umgerechnet eingibst.

Ansonsten ist von linearen Tetraeder-Elementen bekannt, dass sie versteifenden Einfluss auf das Modell haben. Dies liegt an den fehlenden Mittelknoten. Somit wäre jedenfalls ein Einfluss der Elementierung erklärbar. Welche Elementypen verwendest Du denn ?

Interessant hierzu :
http://www.cadfem.de/fileadmin/files/9_service_newsletter/2003/0308/qvernetzII.pdf

Gruß

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Mit Humor geht alles besser.......

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Hallo,

es kommen Tet10-Elemente (Solid 187) zum Einsatz. Selbst wenn ein Einfluss auf die Steifigkeit von denen ausgeht, so können doch die Ergebnisse nicht in doeser Größenordnung voneinander Abweichen. Es ist m.E. ziemlich sicher, dass der Fehler in der Steifigkeitsmatrix liegt. Die Elemente bei den hochvernetzten Modellen haben Kantenlängen von etwa 1.5-2mm.

Grüße
Falk

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Welche Abmasse hat Dein Modell? 100mmx10mmx10mm? 10mx10mx10m?

Ich glaube, dass es an den kleinen Zahlen liegt. Bist Du sicher, dass das Einheitensystem konsistent ist? In welchem System arbeitest Du? Wäre es nicht möglich in m,kg,s zu arbeiten?

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Grüsse, Torsten

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Das Modell ist ein Beckenknochen, also ca. 200mm*100mm*50mm. Es wurde in der Workbench in mm vernetz, deshalb muss in ANSYS Classic das Einheitensystem kg, N, tonnen/mm^3, s genommen werden. Wie gesagt, bei manchen Modellen kommen ja auch gute Ergebnisse raus. Zumeist bei den hochvernetzten Modellen sind die Ergebnisse so extrem daneben.

Grüße
Falk

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Hallo,

Probleme nur aus kleinen Zahlen resultierend würde ich mal ausschließen.
Ich gehe davon aus, daß Du das Modell in der Workbench vernetzt hast und dann in der Classic Umgebung weitermachst.

Hast Du die übertragenben Abmessungen überprüft, ist das Classic Modell wirklich in mm aufgebaut?
Stimmen die im output angegebenen Massen wirklich? Die Masse muß auch wirklich in Tonnen angegeben sein!
Stimmt der E-Modul? Ist wirklich N/mm^2 bzw MPa vereinbart?

Viel erfolg!

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Hallo zusammen,

heute hab ich nochmal einen Versuch mit verändertem Emosul gestartet. Bisher waren, gerade bei den hochverntzten Modellen sehr viele Elemente mit sehr kleinem Emodul vorhanden. Die untere Schranke habe ich mit 10^-4 festgelegt. Das Modell heute, hat nun sehr viel weniger solcher Elemente und es kamen plausible Ergebnisse heraus. Scheinbar treten bei zu vielen Elementen mit so geringen Emodul Probleme mit der K-Matrix auf oder er konvergiert schlecht/in die falsche Richtung etc. Meiner Meinung nach könnte das Problem als gelöst betrachtet werden.

Vielen Dank an Euch
Grüße
Falk

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Hallo,

was ist denn bei Dir mit einem E-Modul von 0,0001 N/mm^2 abgebildet?
Knochen würde ich doch einiges mehr zutrauen und kurzes googeln bringt 11000 N/mm^2 zutage.
Also noch mal zu den Einheiten:
Wenn Dichte in t/mm^3, dann Abmessungen in mm und E-Modul in N/mm^2 bzw. MPa.

Gruß Stabbels

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Auf meine ANSYS-Seite http://wase.urz.uni-magdeburg.de/schaetzi/ansys/ansys1.html  habe ich (gleich oben) eine Arbeitsversion eines Einheitenrechners gestellt. Damit lassen sich konsistente Einheitensysteme ermitteln bzw. überprüfen.

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Hallo,

in organischen Materialien kommen Stoffe vor, die zwar Masse, aber keinen Emodul (oder nur einen sehr geringen) besitzen, beispielsweise Wasser.

Grüße
Falk

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Hey,
interessantes Thema, hast du den einzelnen Elementen zufällig eine Materialeigenschaft zuweisen lassen? Ich denke, dass die niedrige Eigenfrequenz damit zu erklären ist, dass zu viele Elemente mit kleinem E-Modul in dem Modell vorhanden waren, damit die Steifigkeit des Modells zu klein war und entsprechend die berechneten Eigenfrequenzen kleiner wurden. Und mit veränderter Elementzahl hat sich die Verteilung günstig/ungünstig verändert, was zu den großen Abweichungen führt.

 

Zitat:

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Original erstellt von FalkLpz:

Kann es sein, das evtl. die tw. sehr kleinen Dichtewerte die Ursache dafür sind, da ANSYS begrenzte Kommastellen hat o.Ä.?

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Nein, das ist nicht möglich, es wird ja mit normalisierten Gleitpunktzahlen gerechnet. Nur weil ANSYS mit einer 16-stelligen Matisse rechnet (glaube ich) heißt das nicht, dass nur Werte > E-16 abgebildet werden können.

 

Zitat:

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Original erstellt von FalkLpz:

Scheinbar treten bei zu vielen Elementen mit so geringen Emodul Probleme mit der K-Matrix auf oder er konvergiert schlecht/in die falsche Richtung etc.

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Nicht wenn er dir die richtigen Eigenvektoren berechnet (du sagtest ja, dass die Eigenformen stimmen). Dann hat der Block-Lanczos-Algorithmus seinen Dienst getan und mit gewisser Genauigkeit die Eigenfrequenzen richtig berechnet (zumindest sind so keine Abweichungen mit Faktor E4 zu erklären). Ich habe es auch noch nicht erlebt, dass der Block-Lanczos nicht konvergiert hat, ist ein sehr intelligentes Verfahren...

Grüße
Christoph

[Diese Nachricht wurde von ChristophN am 02. Feb. 2009 editiert.]

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