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beulen1.JPG beulen2.jpg

Hallo,
ich versuche in WB die Beulanalyse eines Behälters auf Füßen durchzuführen - sowohl linear als auch nichtlinear, mit Imperfektionen. Da ich mit der nichtlinearen Beulanalyse bisher keine Erfahrung hatte, versuchte zuerst die Analyse auf dem Beispiel eines einfachen Balkens durchzuführen (Bild beulen1). In der nichtlinearen Analyse wollte ich die Reaktionskraft der fixierten Lagerung berechnen und auf Grund dessen die Beullast (collapse load) zu ermitteln. D.h. auf dem Diagramm den Zeitpunkt zu erkennen, ab dem die Steigung der Verschiebung die Senkung der Reaktionskraft zur Folge hat.In der linearen Beulanalyse wird der Lastmultiplikator auf 1900 geschätzt. In der nichtlinearen Beulanalyse bekommt man aber keine vergleichbaren Ergebnisse - die Reaktionskraft steigt linear, auch wenn die Kraft 1900 N weit weit überschritten wird. Das Problem sieht so aus, als wäre bei der Berechnung die Nichtlinearität nicht erkannt.Ich weiß nicht warum. Unten alle Schritte meiner Analyse aufgelistet (siehe auch Bild beulen2 ):

1) Static Structural (linear) - Last 1N
2) Linear Buckling
3) Übernahme des deformierten Modells:

*den folgenden APDL-Befehl als .inp Datei einfügen

/prep7
upgeom,2,1,1,file,rst
cdwrite,db,file,cdb

4) Darstellung des deformierten Modells in FEModeler
5) Static Structural (nichlinear)
* Verschiebung definieren
* Auto Time Stepping ON
* Initial Substeps 50
* Minimum Substeps 50
* Maximum Substeps 50
* Material: Structural Steel NL (General Non-linear Materials)
* Large Deflection ON

Grüße,
Michal

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Was du da machst, kann nach meinem dafürhalten nicht funktionieren! 1. kann ein Stab nicht beulen sondern nur knicken, für Ansys ist das aber die gleiche Analyse! 2. Deine Belastung 90° zur Richtung der Normalen führt nicht zu Knickung sondern zu einer ganz normalen klassischen Biegung! 3. trage die Kraft als Druckkraft in Richtung der Normalen auf! Dann kann Ansys auch das Vielfache dieser Kraft ermitteln, bei der der Stab ausweicht und somit knickt! lg Jens

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Hallo Jens,
danke für die Hinweise.
a) "...Deine Belastung 90° zur Richtung der Normalen führt nicht zu Knickung sondern zu einer ganz normalen klassischen Biegung!"

Es stimmt, dass das Knicken infolge der Druckkräfte vorkommt, aber bei den Berechnungen habe ich mich auf das Tutorial unter http://www.edr.se/blogg/blogg/ansys_tutorial_non_linear_buckling  gestützt. Dort wurde ein ähnliches Beispiel (also mit der Kraft senkrecht zum Stab) auch auf Knicken analysiert.

b) "...trage die Kraft als Druckkraft in Richtung der Normalen auf! Dann kann Ansys auch das Vielfache dieser Kraft ermitteln, bei der der Stab ausweicht und somit knickt"

Die Druckkraft habe auch in Richtung der Normalen aufgetragen, aber auch in diesem Fall gab nichtlineare Beulanalyse kein plausibles Ergebnis.  Der in der linearen Beulanalyse ermittelte Lastmultiplikator betrug 150000, also in der nichtlinearen Beulanalyse (nach dem selben Prinzip durchgeführt, wie in meinem ersten Thread beschrieben) habe ich die Kraft 200000 N angegeben, aber dies führte nur zu minimalen Verschiebungen und zu keinem Knicken, was erwartet wurde, weil doch lineare Beulanalyse nicht-konservative Ergebnisse darstellt.

Grüße,
Michal

[Diese Nachricht wurde von szczepan am 23. Mrz. 2011 editiert.]

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Hallo

Eine nichtlineare Beulanalyse wuerde ich immer weggesteuert Belasten. Man stochert sonst immer im Nebel rum ,wie hoch die Beullast anzusetzen ist, wenn es nicht konvergiert, weiß man nicht ob es physikalische oder numerische Gruende sind. Bei weggesteuerter Last funktioniert das Ganze viel robuster. man sieht den Anstieg der Kraft und genau den Punkt an dem das System kollabiert.
Gruß
CG

------------------
Christof Gebhardt
CAD-FEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
cgebhardt(at)cadfem.de
www.cadfem.de

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beulen5.JPG beulen6.JPG

Hallo Herr Gebhardt,

danke für den Hinweis, ich habe den Balken nach Ihrem Vorschlag weggesteuert belastet (in Richtung der Normalen), aber das Ergebnis sieht immer noch schlecht aus: Die Reaktionskraft steigt und steigt, auch wenn die theoretische Knickkraft deutlich überschritten wird (Bild beulen5.jpg). Wie kann man dieses Problem beseitigen? Auf dem Bild beulen6 - der Konvergenzverlauf.

Verlauf meiner Analyse:
- lineare Beulanalyse
- UPPGEOM Command - mit dem Faktor 2
- nichtlineare Beulanalyse
* Auto Time Stepping ON
* Initial Substeps 80
* Minimum Substeps 80
* Maximum Substeps 80
* Large Deflection ON
* Material: Structural Steel NL (General Non-linear Materials)

[Diese Nachricht wurde von szczepan am 24. Mrz. 2011 editiert.]

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Apropos weggesteuert, meinen Sie damit das substepping bei der nichtlinearen Analyse, sprich displacement/force/arclength. Oder wirklich mit einer Verschiebung belasten?

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Mit weggesteuert meine ich eine große Verschiebung in der vertikalen Richtung anzugeben (Remote Displacement). In den Analyseeinstellungen habe ich auch die Nummern von Substeps gewählt (initial, minimum und maximum). Alle anderen nonlinear controls, wie force convergence, moment convergence, displacement convergence, rotation convergence und line search werden vom Program kontroliert (Program controlled). Ich versuche schon seit Wochen dieses Problem zu lösen, aber bisher hat es nicht geklappt.. :/ Ich bin für alle weiteren Hinweise sehr dankbar.

Grüße,
Michal

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stabilitaet_files.zip

Hallo,

kann es sein, dass die Imperfektion nicht wirklich wirksam ist? Oder sie ist so stark runterskaliert, dass sie keine Rolle spielt.

Dazu kommt: Sind die Randbedingungen in der linearen und nichtlinearen Analyse wirklich identisch. Also beide Mal eine Belastung gleichartig definieren. Wenn die nichtlineare weggesteuert ist, sollte die lineare durch die gleiche Randbedingung belastet sein (man kann ja im linearen auch die Reaktionskraft hochskalieren, die auf der Einheitsverschiebung der statischen Vorabanalyse errechnet wird).

Ich hab mal ein Beispiel gebastelt.
Beides mal mit externer Verschiebung belastet, nur in Balkenlängsrichtung. Gegenseite eingespannt, drehsteif.
Balken ist 60x40. Die lineare gibt eine Beullast von 29322x0.61135=17926N.

Die nichtlineare ohne Imperfektion liefert keine Beullast.
Als Imperfektion habe ich einen kleinen Versatz des LAsteinleitepunktes gewählt, also einen Punkt leicht ausserhalb der Mitte für die externe Verschiebung. Wenn man diese Imperfektion zu klein macht (kleiner als 0.01 mm) wirkt sich das nicht mehr aus. Ob man jetzt aber 0.01, 0.1 oder 1 mm wählt ist eigentlich wurscht, die Knicklast selbst beeinflusst das kaum, lediglich die "Schärfe" des Versagens, also wie plötzlich das Knicken eintritt, wenn die LAst erhöht wird. Je kleiner die Imperfektion, desto "überraschender" kommt der Instabilitätspunkt. Sieht man schön am Verlauf der Kraft-Weg-Kurve (unterstes Diagramm im Baum).

Gruss
CG

PS: Modell ist in V13, ich hab im Moment keine andere Version, ich hoffe das klappt damit.

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Christof Gebhardt
CAD-FEM GmbH
Marktplatz 2
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cgebhardt(at)cadfem.de
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