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Hallo!
Ich habe ein seltsames Phänomen bei Ansys festgestellt. Ich habe testweise einen einfachen 10x10x100mm Balken auf Biegung beansprucht. Einspannung an der einen Seite, Kraft von 1000N an der andren Seite. Die max. Vergleichsspannung befindet sich dabei wie erwartet an der Einspannung. Wenn ich ein einfaches Tet-Netz von 5mm Elementgröße erstelle wird mir eine Vergleichsspannung von ca. 320 MPa errechnet. Wenn ich nun das Netz an der Fläche der Einspannung (bei dem Bereich der max. Spannung) schrittweise verfeinere, vergrößert sich die Vergleichsspannung stetig, ohne sich bei einem Wert einzupegeln.

z.B.:

Elementgröße an der Einspannung -> max. Vergleichsspannung
5 mm -> 320 MPa
1 mm -> 560 MPa
0,1 mm -> 930 MPa.

Woran kann das liegen? Wenn ich ein feineres Netz habe müsste ich doch eine exaktere Spannung rausbekommen (diese müsste sich bei einem Wert einpegeln). Warum steigt diese stetig an, je feiner mein Netz ist?
Dieses Problem habe ich auch mit MSC.Nastran festgestellt.

Schonmal Danke für die Hilfe!

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Servus,

grundsätzlich ist es immer so, dass, je feiner ich das Netz mache, mein  Ergebnis genauer wird. Das liegt an der verwendeten Theorie und Elementtypus. Lediglich wenn ich p-Elemente verwende ist das etwas anders.

Aus deinen Ausführungen zu urteilen benutzt du ein 3D-Modell zur Berechnung. Dabei kann es, zum Beispiel am Auflager, zu lokalen Spannungsspitzen kommen. An diesen Stellen wird die Spannung nahezu unendlich. Das kann zum Beispiel an der benutzen Einspannung liegen. Beispiel: Kanten benutzt statt die gesamte Fläche

Da solltest du vieleicht mal nachschauen. Tip: bei einfachen Geometrien eine kurze Handrechnung um zu sehen was ungefähr rauskommen muss.

Gruß

Micha

[Diese Nachricht wurde von Micha K. am 11. Sep. 2009 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Micha K. am 11. Sep. 2009 editiert.]

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Ich werf mal als Stichwort "Singularität" in den Raum!

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Ich möchte mal anmerken das eine feinere Elementteilung nicht unbedingt zu genaueren Ergebnissen führt. Speziell bei Singularitäten z.B. bei der Modellierung von Schweißnähten schießen die Ergebnisse in der Nähe der Singularität noch oben, und liefern Spannungen die versuchstechnisch nicht bestätigt werden können.
In den Vorschriften des Germanischen Lloyd für Betriebsfestigkeitsrechnungen sind sogar die Elementgrößen im Auswertebereich vorgeschrieben. Für Schalenelemente werden Elemente mit den Kantenlängen t*t gefordert.
Auch bei Auflagern schießen die Spannungen nach oben, da es zu Behinderungen der Querkontraktion kommt. Dort sollte man sich nicht unbedingt die Vergleichspannung anschauen sondern die entsprechenden Normalspannungsanteile, und dann auch mal prüfen wie die Auflagerlasten aussehen.

Gruß
Gerd

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 11. Sep. 2009 editiert.]

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Ich habe mir es jetzt nochmal genau durchdacht und ich glaube ich bin zu einer Lösung gekommen. Am Rand der Aufhängung ist das dem Auflager zugehörige Element fest fixiert, kann also nicht nachgeben. Die Kraft als Resultat der Biegung wird vom Element neben dem Auflager-Element auf dieses weitergeben. Wenn ich nun das Netz verfeinere, verkleinert sich dieses Element, muss aber immer noch die selbe Kraft übertragen -> selbe Kraft, kleinere Fläche (kleineres Element) bedeuten höhere Spannung.

Die Einspannung des Balkens kann man sich in der Realität z.B. in einer Wand vorstellen. Somit liegt der Fehler hier im FEM-Modell, da es in der Realität ab einer gewissen Vergrößerung in dem Bereich des Überganges von Balken zur Wand eine Abrundung des 90 Grad Winkels zwischen Balken und Wand existiert. Somit pegelt sich dann dort die (Kerb)spannung in einem Bereich ein, auch bei unendlicher Vergößerung.

Sind meine Überlegungen korrekt?

Mir stellt sich nun allerdings ein weiteres Problem damit. Wie kann man denn nun dieses Phänomen in einem komplexen Bauteil vermeiden? Es tritt bei jeder noch so kleinen Kerbe oder auch leichten Abknickung der Oberfläche in eine andere Richtung, auf, wenn man das Netz in diesen Bereichen nur groß genug macht. Ich kann ja jetzt nicht überall Verrundungen einfügen (auch wenn sie in der Realität existieren)?

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Sorry,

aber ich kann Dir in Deiner Beschreibung nicht folgen. Ich glaube Du solltest mal Dein Modell zeigen. Ich habe den Verdacht das die Einspannung nicht ganz in Ordnung ist.

Gruß
Gerd

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 11. Sep. 2009 editiert.]

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ansys.jpg

Hier ein Screenshot von dem Balken. Links an der Fläche greift die Kraft nach oben gerichtet an. Mit der Fläche rechts ist der Balken eingespannt.
Das scheint wohl so eine Singularitätsgeschichte zu sein. Nur wie kann man sowas in einem großen komplexen Bauteil verhindern??

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Ich kann leider nicht sehen welche Randbedingungen Du angesetzt hast. Könntest Du das eventuell noch einmal im Detail zeigen.

Gruß
Gerd

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1.jpg 2.jpg

Hier zwei Bilder, die fixierte Lagerung im ersten Bild befindet sich über der gesammten Fläche welche dort auf der verdeckten Seite ist.

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Moin,

wenn Du Elemtverfeinerungen durchführts, dann solltest Du vielleicht mal kontrollieren wie die Randbedingungen an den Knoten ankommen. Das ist dann auch der korrekte Weg für größere Modelle.
So wie Du es auf den Bildern darstellst würde man mir meine Nachweise nicht genehmigen.
Und, wesentlich für den Vergleich sind doch die Normalspannungen und nicht die Vergleichspannungen.
Anhand der Bilder habe ich den Eindruck das irgendwie an den Eckpunkten Freiheitsgrade unterdrückt wurden die ansonsten an den Kanten frei bleiben.

Stell doch mal Plots auf Elemtbasis mit den Freiheitsgraden an den Knoten als Bild hier rein.
Noch ne Frage. Die Plots sehen nicht nach Ansys Classic aus, welche Version von Ansys WB verwendest Du?

Gruß
Gerd

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 12. Sep. 2009 editiert.]

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Hi!
Soweit hab ich das jetzt verstanden warum diese großen Spannungen zustandekommen. Dadurch das ich die komplette Fläche in allen 6 Freiheitsgraden fest verankert habe, sind somit auch die 4 Eckpunkte fest wo die größten Spannungen auftreten. Damit hab ich dort ne Singularität im Modell.

Soweit hab ich das ja jetzt bereits verstanden, evtl. ist damit dieses Modell vielleicht hinfällig.
Was mich jedoch interessieren würde ist wenn ich ein Modell habe mit z.B. einer Kerbe drin, dann berechnet eine FEM Software ja auch eine immer größere Kerbspannung bei feinerem Netz solange es sich um eine "perfekte" Kerbe handelt (also ohne einen Radius drin). Da ja jede Kante auch wenn sie noch so seicht verläuft eine Kerbwirkung hervorruft, wie muss ich da denn mein Modell aufbauen? Ich kann ja nicht an jede beliebige Kante einen Radius einfügen??

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Moin,

also, jede vernünftige Konstruktion wird schon irgendwelche Abrundungen haben, aber selbst wenn man die mit modelliert bekommt man dort Peak-Spannungen. Die muß man halt in Kauf nehmen und etliche Vorschriften berücksichtigen auch die erhöhten Spannungen an Ecken. Man muß halt die Herkunft von Spannungen erklären und einordnen können. Selbst bei einem Radius wirst Du einen leichten Peak sehen beim Übergang. Wenn die Spannung mal zu hoch wird und es geht um Metalle, dann löst Mutter Natur das Problem schon indem das Material leicht fließt und danach ist die Welt wieder in Ordnung, d.h. es kommt zu einer Spannungsumlagerung. Genau aus diesem Grunde werden manche Konstruktion z.B. im Behälter- und Schiffbau auch mit einer Prüflast beaufschlagt die zu den beschriebenen Spannungsumlagerungen führt.

Gruß
Gerd

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Hi!
Danke für die Erklärung, jetzt decken sich meine Überlegungen auch mit meinem Modell wenn ich die Rundungen an den Kanten beachte.
Danke für die Hilfe! :-)

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