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Gut zu wissen: Hilfreiche Tipps und Tricks aus der Praxis prägnant, und auf den Punkt gebracht für Ansys
Autor Thema:  Kontaktproblem (7033 mal gelesen)
Arno07
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Beiträge: 57
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erstellt am: 24. Jun. 2009 14:51    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


ScheibeBolzenVersion1.jpg


ScheibeBolzenVersion2.jpg

 
Folgendes Problem: In einer gelochten Scheibe (Thermoplast) steckt ein Stahlbolzen. Der Bolzen ist an seinen Stirnflächen gelagert (Verschiebung in in x-/y- und z-Richtung ausgeschlossen). Die Lagerung findet an allen Knoten der Stirnfläche statt. Der Lochdurchmesser ist 1mm größer als der Bolzendurchmesser. Dazu habe ich zwei Bilder angefügt:
Version 1: Mittelpunkt des Bolzen im Mittelpunkt des Lochs -> zwischen Bolzen und Lochrand rundherum 0,5 mm befindet sich ein Spalt.
Version 2: Mittelpunkt des Bolzens wurde um 0,5mm nach links verschoben, so dass schon von Beginn an auf der linken Seite keine Lücke zwischen Bolzen und Scheibe ist. Diese würde sich im Verlauf der Lastaufbringung sowieso schließen.

Nun wird an der rechten Seite der Scheibe eine Zugkraft aufgebracht. Diese greift über die gesamte Fläche der rechten Seite (Dicke x Breite) gleichmäßig konstant an.

Mein Problem ist nun folgendes:
Die Last wird in 20 Substeps aufgebracht. Im Laufe der Lastaufbringung erhalte ich zunächst die Warnmeldung
“Contact element 24343 (real ID 1) status changes abruptly from contact  (with target element 25235) -> no-contact.” Dann kommen 2 Warnungen bzgl “small equation solver pivot terms” und im Laufe dieses Substeps steigt ANSYS dann mit der Fehlermeldung:
“The value of UX at node 1621 is 2986867.26.  It is greater than the  current limit of 1000000.  This generally indicates rigid body motion as a result of an unconstrained model.  Verify that your model is properly constrained. If one or more parts of the model are held together only by contact verify that the contact surfaces are closed.  You can check contact status in the SOLUTION module for the converged solutions using CNCHECK. Rigid body motion can also occur when net section yielding has occurred resulting in large displacements for small increments of load or when buckling has occurred.  You can plot the time history curve for node 1621 in the UX direction to check for stiffness (slope of the curve) approaching zero.”

Was passiert ist klar: Die Scheibe wird – in dem Fall das Bolzenmittelpunkt und Lochmittelpunkt identisch sind - aufgrund der Kraft horizontal nach rechts bewegt bis sie vom Bolzen aufgehalten wird. Meiner Meinung nach geschieht dies im Laufe des zweiten Lastschritts. Das würde die Fehlermeldung/Abbruch erklären, da es zu einer Starrkörperbewegung (Scheibe) kommt. Deshalb habe ich den Bolzen so gelegt, das diese Bewegung der Scheibe schon vorweg genommen wurde (Version 2). Die Scheibe ist also schon am Bolzen “angekommen“ und trotzdem erhalte ich den Fehler/Abbruch.
Nun suche ich nach einem Ausweg und hoffe auf diesem Weg auf Tipps.
Mit den Keyopts habe ich schon experimentiert (Kontakt offen/geschlossen; Anpassung der Kontaktsteifigkeit, Anfangsdurchdringung ja/nein), das hat mich aber leider auch nicht weiter gebracht. Nun versuche ich über eine Erhöhung der Lastschritte bei gleichzeitiger Netzverfeinerung das Problem in den Griff zu bekommen (Rechnung läuft gerade). 

Als Elemttyp verwende ich Solid45, Kontakt-/Zielelementtyp sind Conta173/Targe160
Die Kontaktfläche ist auf der Scheibe definiert, Zielfläche auf dem Bolzen, FKN 1.0, FTOLN 0.1. Wenn ich die Kontakt- und Zielfläche umgekehrt definiere steigt Ansys schon im ersten Lastschritt aus.
Ich bin mir nicht sicher inwiefern die Werte von FKN und FTOLN passend sind. Die Scheibe ist gegenüber dem Stahl doch "relativ" weich (E-Modul Scheibe 1.4e9 gegenüber 2.10e11 vom Stahl). Andererseits erhalte ich keinerlei Meldungen das die Durchdringung zu groß ist.
An einen "bonded" Kontakt dachte ich auch schon kurz, habe den Gedanken aber recht bald wieder verworfen, den zusammengeklebt sind die beiden Flächen ja nicht und aufgrund der unterschiedlichen Härte würde es wohl auch keinen Sinn machen dies zu simulieren.

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solve1
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erstellt am: 24. Jun. 2009 16:51    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Arno07 10 Unities + Antwort hilfreich

hi,
das hört sich zumindest nach einem gängigen Problem an.
Die Scheibe wird bei der Belastung durch die Kraft sehr weit verschoben (F=m(ist hier 0)*a). Die Lösung ist üblicher Weise der Übergang zu einer Weggesteuerten Berechnung. D.H. die Kraft durch eine Verschiebung ersetzen und dann über die Reaktionslasten einstellen. Das ist deutlich stabiler. Was u.U. auch hilft, ist den Pinnballberecih sehr groß zu setzen. Dadurch bleibt der Kontakt u.U. bei der ersten Belastung innerhalb des Pinbals.

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Arno07
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erstellt am: 24. Jun. 2009 19:34    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo solve1 
vielen Dank für die beiden Hinweise. Das Verfeinern des Netzes und Vergrößern der Anzahl der Lastschritte war nicht wirklich erfolgreich.
Ich habe die Rechnung nicht durchlaufen lassen, da mir die Rechenzeit explodiert ist. Ich werde jetzt erstmal den Tipp mit dem Pinballbereich ausprobieren.
Vor einer weggesteuerten Berechnung scheue ich mich etwas, da ich neben dem beschriebenen Last-/Lagerungsfall noch zwei weitere untersuchen muss - beide Male Lastaufbringung auf den Bolzen, einmal davon cosinusförmig... 

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solve1
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Berechnungsingenieur


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Ansys APDL
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erstellt am: 24. Jun. 2009 20:59    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Arno07 10 Unities + Antwort hilfreich

ho,
na wenn du nicht um die Kraft herummkommst, dann kannst du auch schwasche Federn nutzen um zu beginn etwas steifigkeit ins system zu bringen.
Hab mir auch sagen lassen das ein anfänlicher lastschritt ohne eine Belastung als eine art "Initialisierung" des Kontaktes hilfreich sein soll. Habs aber selbst nie ausprobiert.

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Arno07
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erstellt am: 25. Jun. 2009 13:18    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo,
also das mit dem Pinballbereich vergrößern hat nicht geklappt. Ich habe es mit Werten zwischen +/-100 versucht aber ohne Erfolg bzw. das Problem blieb bestehen.
Ein erster Lastschritt ohne Last (also F=0) hat auch nichts gebracht.
Dazu muss ich aber noch dazu sagen bzw. schreiben, das ich - ohne einen Lastschritt mit F=0 - schon zwei Lastschritte aufbringe:
Im ersten Lastschritt eine relativ kleine Last über 10 Substeps verteilt. Danach ermittle ich die daraus resultierende maximale Spannung in der Scheibe und vergleiche sie mit der maximal zulässigen Spannung (maxSpannung/zulSpannung). Im zweiten Lastschritt erhöhe ich dann die Last um das Verhältnis maxSpannung/zulSpannung, so daß ich die Grenzlast (20 Substeps) aufbringe (lineares Werkstoffverhalten). Diese Grenzlast müsste so ca. 10kN sein (zulSpannung 105 N/mm^2).
Wenn ich also einen Initialisierungslastschritt aufbringe erhalte ich schon im ersten Lastschritt einen Fehler mit anschließendem Abbruch anstatt erst im zweiten. Sorry das ich das im Ausgangsposting so nicht erwähnt habe.

Nun bin ich also bei schwachen Federn angelangt. COMBIN14 scheint mir da geeignet. Die Keyopts habe ich so eingestellt:
KEYOPT, 3, 1, 1
KEYOPT, 3, 2, 1
KEYOPT, 3, 3, 0

Dann wollte ich 8 Federn einbauen - jeweils vier an der Vorder- und Rückseite der Scheibe im Abstand von je 90°.
Dazu wollte ich den E Befehl so einsetzen
E,NODE(x1,y1,z1), NODE(x2,y2,z2)
da ich die Knotennummern nicht kenne, nur dessen Koordinaten.
Ich erhalte dann aber 8 Fehlermeldungen "Nodes I and J have been defined as duplicate nodes for element 24114 ( COMBIN14)". Die X/Y/Z Koordinaten sind aber nicht identisch.

[Diese Nachricht wurde von Arno07 am 25. Jun. 2009 editiert.]

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MGebhardt
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erstellt am: 25. Jun. 2009 16:19    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Arno07 10 Unities + Antwort hilfreich

Also, was mir gerade so einfällt:
(hab meine Spielereien mit Kontakten aufgegeben. Ich werf also nur mal ein paar Fragen auf)

- Du hast ja eigentlich (zumindest erstmal) keinen flächigen, sondern einen linienförmigen Kontakt. Ich weiß nicht, wie gut Ansys damit umzugehen weiß...
Und ich hab jetzt auch erstmal kein Abhilfe parat
- bei 'nem linienförmigen Kontakt hast Du im schlechtesten Fall 'ne Singularität -> Bums!
damit kann Ansys aber wohl umgehen (es gibt ja Flächen-Linien Kontakte)

dann:
- bricht das mit initialen Schritt jetzt ab, sobald Du die erste Last aufbringst und vorher erst, wenn Du die zweite Last aufbringst, oder wie? Das hab ich nicht ganz verstanden.

Standards:
- erhöhe doch mal die Anzahl der Substeps während der Lastaufbringung
- zurre mal das Konvergenzkriterium fest, um den mitgeschleppten Fehler zu verringern (CNVTOL,F,,0.001)
- bist Du Dir sicher, dass Du eine statisch bestimmte Lagerung hast?

beste Grüße und viel Erfolg
Moritz

------------------
Moritz Oliver Gebhardt

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Arno07
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erstellt am: 25. Jun. 2009 18:20    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


ScheibemitBolzen.txt

 
Hallo,
zuerst nochmal zu meinem letzten Beitrag:
Ich habe nun 16 neue Knoten definiert. Die Nummern fangen ab 100001 an, so daß es keine Überschneidungen mit schon vorhandenen Knoten gibt.
Nun rechnet ANSYS zwar, ich erhalte aber zu Beginn im Outputfenster für jede Feder den Warnhinweis "Nodes I and J of element 24113 ( COMBIN14 ) are not coincident." den ich nicht verstehe. Also ich weiß was es heißt, aber inhaltlich verstehe ich es nicht.
Außerdem ist die Keyopt 1 nicht 1, sondern 0, also
KEYOPT, 3, 1, 0

Moritz,
vielen Dank für deinen Beitrag. Das mit dem Kontakt ist richtig (und bis zu deinem Beitrag habe ich dieses Detail zugegebenermaßen nicht so beachtet). Andererseits kann und habe ich doch eine Anfangsdurchdringung vorgegeben. Damit sollte ich doch von Beginn an einen Flächenkontakt haben? *)


Zu deiner zweiten Frage: Die Berechnung bricht ab während des zweiten Lastschritts ab. Das ist der in dem ich die maximal zulässige Last - das müssten ca. 10. kN sein - aufbringe. Ich hänge mal zum besseren Verständnis meine Eingabedatei mit an. Die maximal zulässige Last gilt für die voreingestellten Abmessungen. In der Datei steht auch ein Lastschritt mit einer Last 0 (allerdings gerade inaktiv) und die Verwendung von Federn (ebenfalls inaktiv).

Mit den Federn komme ich gerade überhaupt nicht klar. Die Berechnung bricht schon im ersten Substeps des ersten Lastschritts ab, die Force Convergence Value ist von Beginn an um mehrere Zehnerpotenzen höher als das Criterion? Und eine Änderung der Federsteifigkeit hat mich auch nicht weitergebracht...

Ich probiere jetzt mal die Anwendung von CNVTOL und werde die Substeps evtl. nochmals etwas erhöhen, auch wenn die Rechenzeit wieder in die Höhe schnellt.
 
*)Ergänzung: Nach nochmaligen lesen in der Hilfe (Contact Technology Guide) denke ich, das ein surface-to-surface Kontakt schon passt. Zum einen steht im Kapitel
1.2.1. Surface-to-Surface Contact Elements:
[...]Surface-to-surface contact elements are not well-suited for point-to-point, point-to-surface, edge-to-surface, or 3-D line-to-line contact applications, such as pipe whip or snap-fit assemblies.[...]
edge-to-surface ist dabei wirklich als Kante und nicht als Linie zu  
verstehen, den im Kaitel 3 Surface-To-Surface Contact geht es im Abschnitt 5 um die Festlegung welche die Kontakt- und welche die Zielfläche ist. Dort steht unter anderem:
If a convex surface is expected to come into contact with a flat or concave surface, the flat/concave surface should be the target surface.
Das ist ja bei mir der Fall - eine Fläche ist konvex (Bolzen) und eine konkav (Scheibe).
Dort stehen verschiedene Punkte die in meinem Fall sowohl eine Defintion der Zielfläche auf dem Bolzen und Kontakt im Lochrand der Scheibe zulassen, als auch umgekehrt. Ich habe, wie bereits erwähnt, beides ausprobiert und die Defintion Kontakt-Scheibe Ziel-Bolzen funktioniert "besser".


[Diese Nachricht wurde von Arno07 am 25. Jun. 2009 editiert.]

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MGebhardt
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erstellt am: 26. Jun. 2009 09:50    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Arno07 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo,

-CNVTOL,F,,0.001 = 1/1000; nicht CNVTOL,F,,0.01 = 1%.
-Wenn ich das richtig gesehen habe ist Dein Bolzen beidseitig eingespannt, während Deine Scheibe gar nicht gelagert ist.
Also: erst mal Scheibe ordentlich lagern (mindestens in der Höhe, am besten aber auch quer zur Verschiebungsrichtung).
Dann denk noch mal drüber nach, ob der Bolzen wirklich beidseitig eingespannt sein muss.

-Versuchen kannst Du mal:
NROPT,AUTO,,OFF
LNSRCH,ON
PRED,OFF

Gruß
Moritz

------------------
Moritz Oliver Gebhardt

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F.Anna
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erstellt am: 26. Jun. 2009 09:53    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Arno07 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo,
hier mal kurz ein paar Gedanken und Anmerkungen hierzu:

- Übliche Lösung für Starrkörperbewegung:
In einem ersten Lastschritt eine geringe Verschiebung aufgeben und weggesteuert berechnen um den Kontaktstatus zu stabilisieren.
Im zweiten Lastschritt die Verschiebung entfernen und kraftgesteuert rechnen (Kraft aufgeben). Allerdings in einer angemessenen Anzahl von Substeps. Wenn Du gleich die volle Last aufgibst hat das System keine Chance einen Gleichgewichtszustand zu erreichen.

- Darauf achten, gleiche Elementgrößen bei Kontakt und Target zu verwenden.

- Auf die Zuordung der Kontaktpartner achten. Kontaktergebnisse werden z.B. nur in den Contact-Elementen ausgegeben (Druck, Penetration ect.) Ggf. Symmetrischen Kontakt erstellen.

- Anfangskontaktbedingungen auf close cap / reduce penetration setzen. Diese Randbedingungen beachten und entsprechend umsetzen

- Vertiefung  der Kontakt-Thematik durch Schulung oder /Literatur...

Soweit so gut...hab wenig Zeit 
Gruß
Frank

------------------
Gruß
Frank

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Arno07
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erstellt am: 27. Jun. 2009 13:38    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Ich habs 
eine Erhöhung der Zwischenschritte sowie eine Lagerung der Scheibe in vertikaler Richtung hat zum Erfolg geführt.

Vielen Dank euch allen für die Hinweise und guten Ratschläge - ihr habt mir dadurch sehr geholfen

schönes Wochenende 
Arno

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