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Hallo,

ich habe folgendes Problem. Ich habe eine Baugruppe aus einer Gabel mit 20er Bohrung, wodurch konzentrisch ein 19er Bolzen gesteckt wird. Als Belastungen sollen in unterschiedlichen Winkeln Kräfte auf den Bolzen aufgebracht werden.

Hierfür habe ich mittig auf die Bolzenachse ein kartesisches KS gelegt. In einem ersten Lastschritt, bewege ich den Bolzen über externe verschiebung in z-Richtung des KS um 0,5mm, damit dieser an der Bohrungsfläche tangential anliegt. In einem zweiten Lastschritt wähle ich die Mantelfläche als Kraftangriffspunkt und im anglegten KS die z-Achse als Kraftrichtung aus. Der Bolzen wird also erst zum Kontakt mit der Bohrung hinbewegt und dann wird eine Kraft aufgebracht. Dies funktioniert auch wunderbar und ich bekomme ein gut konvergierendes Ergebnis.

Problematisch wird es erst, wenn ich unterschiedliche Winkel simulieren will. Hierfür drehe ich das KS um 10° weiter. Da sowohl Verschiegungsrichtung, als auch Kraftrichtung abhängig vom KS sind, drehen diese sich auch wie gewünscht mit. Leider konvergiert schon der 1. Substep nun nicht mehr.

Hat so spontan jemand eine Idee, was an meinem Ansatz nicht stimmt? Mir erscheint alles schlüssig... leider sieht Ansys das anders    Was mach ich also falsch?

Als Kontakt verwende ich übrigens reibungsfrei, pure-penalty-Verfahren, aktualisiere die Steifigkeit bei jedem Iterationsschritt und überlasse alles weitere dem Programm. Das Netz ist tetraedrisch mit Mittenknoten.

Schonmal vielen Dank für die Mühe.

Gruß
Steffen

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Hallo Steffen,

hast du die Verschiebung nach dem 1 Lastschritt wieder deaktiviert?
Zumal finde ich eine Krafteinleitung an der Bolzenfläche eher ungünstig.
Besser wäre es den Bolzen in vier 90° Stücke zu zerschneiden und die Krafteinleitung in der entstehenden Mittellinie des Bolzens einzuleiten.

Ich habe ähnliches gerechnet. Allesrdings nicht mit drehendem Kordinatensystem, sondern mir Kräftezerlegung und mit mehreren Lastschritten.
Ich gehe wiefolgt vor:
LF1: Kontakt mit Verschiebung (0,01mm Durchdringung) in Richtung von LF2, danach Verschiebung deaktivieren
LF2: Kräfte Lastfall2
LF3: Kräfte Lastfall3
...
usw....
Die Kräfte bewegen sich ebenfalls etwa 10° Radial weiter. Sobald der erste Lastschritt konvergiert rechnet auch der Rest.

Vernetzung: Bolzen und Bohrung strukturiert und relativ fein
(Solid 187 oder 186)

Kontakteinstellung:
- Argumented Lagrange
- Auf Berührung anpassen
- Asymetrischer Kontakt
- Kontaktsteifigkeitbei jedem Iterationschritt anpassen: Nein
- Pinballradius mit leichter Überschneidung zwischen beiden Körpern

So hat es bei mir bis jetzt immer gut geklappt bei nichtlinearen Kontaktrechnungen.

Gruß

Suinilippis

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Mit der Option - Auf Berührung anpassen - wird allerdings der Spalt ignoriert und man bekommt nicht mehr die Spannungsverteilung wie beim Hertzschen Kontakt Zylinder-Zylinder. Die Modellierung mit vorangegangener Verschiebung ist dann auch hinfällig.

Die Verschiebung würde ich so ansetzten, dass sich die Körper geringfügig (zehntel oder hundertstel Bereich) Durchdringen. So wie ich es interpretiert habe setzt du vor jedem neuen Winkel die Verschiebungsrandbedingung um die Kontaktelemente zu finden, das ist bei weiteren Substeps aber nicht mehr nötig. Versuche lieber nach erster Verschiebung und Kraft nur noch die Kraftrichtung zu ändern, aber in kleineren Steps (vielleicht Gradweise).

Außerdem solltest du das Kontaktnetz anpassen. Mapped mesh, gleichmäßig, vielleicht sogar viereckige Elemente und nicht zu grob diskretisieren. Außerdem achte darauf, dass sich der Bolzen nicht frei drehen kann (Starrkörperbewegung) und setze die Kraft, weder auf die Mantelfläche noch an der Mittellinie an, sondern am richtigen Einleitungspunkt, welches ja meist eine weitere Lasche mit Bohrung ist, also entsprechende Fläche einprägen. Dadurch wird der Bolzen realitäts-treuer verformt, was ja auch einen Einfluss auf das Ergebnis hat. Ist das alles nicht von interesse kann man auch rigid body contact benutzen, also den Bolzen auf starr setzen, symmetrischer Kontakt geht dann nicht mehr, aber die Auswertung ist schöner.

Gruß,
Tobster

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Hallo,

also ich habe mein Modell jetzt folgendermaßen geändert.
KS liegt auf der Bolzenachse und hierüber soll der Winkel für die Verschiebung und Kraftrichtung angegeben werden.
Die Verschiebung erfolgt in einem ersten Lastschritt 0,5mm radial in Kraftrichtung, um eine Berührung zu erziehlen und dann in einem 2. Lastschritt die Kraft aufzubringen. Diese wird jetzt über eine extra fläche zwischen den beiden Gabeln aufgebracht (wo in der Realität die weitere Lasche sitzen würde).
Für eine reine Zugbelastung für 0° Drehwinkel konvergieren beide Lastschritte sehr gut. bei 1° auch noch. Sobald ich z.B. 10° oder mehr einstelle, konvergiert zwar der erste Lastschritt, der 2. (Kraftaufbringung) jedoch nicht. Im Ergebnis sehe ich, dass der Bolzen einfach weg ist. Es wurde also kein Kontakt gefunden!

Ziel des Modells ist es, das Bauteil mit unterschiedlichen Lastrichtungen zu prüfen. Deshalb will ich auch nicht erst auf 0° die Verschiebung durchführen und dann von da aus die jeweiligen Kraftrichtungen, sondern jedes mal eine neue Rechnung starten (im bestimmten Winkel den Bolzen verschieben und dann im selben Winkel belasten).

Warum findet mein Modell keinen Kontakt mehr, sobald ich meinen Winkel des KS veränder?

Gruß
Steffen

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Der Kontakt wird verloren, wenn zwischen den Steps große Änderungen stattfinden. Änderung der Kraftrichtung um 10° kann schon zu groß sein. Deshalb hab ich ja gesagt nur in 1° Schritten die Richtung verändern. Genauso grob ist es zwischen Steps wieder Verschiebungen einzubauen und dann die Kraft aufzugeben, da kannst du dann gleich innerhalb der Workbench mit Parametern arbeiten, was der Zielstellung wohl am nächsten kommt.

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Hallo Tobster,

danke für deine Antwort (die ich aber leider noch nicht ganz versehe) 

Ziel des gedrehten KS ist es, dass ich mir nicht lauter krumme Werte für Verschiebungen ausrechnen muss, sondern jeweils das KS drehe und dann in radiale Bolzenrichtung den Bolzen um 0,5mm verschiebe, um ihn in Kontakt mit dem Bauteil zu bringen. Ohne das KS müsste ich die 0,5mm jeweils in z- und y-Komponente zerlegen und dann um krumme Werte verschieben. Aber scheinbar funktioniert das so nicht.

Gradweise zu rechnen kommt für mich eigentlich nicht in Frage, da ich für jedes Bauteil sonst 181 Rechnungen durchführen müsste (Belastung über 180°). Mich interessiert auch nicht jedes einzelne Grad, sondern es würde völlig ausreichen, alle 10° Kraftrichtung ein Ergebnis zu bekommen.

Noch irgend ne Idee, wie ich unterschiedliche Winkel durchrechnen kann, ohne in ProE den Bolzen jeweils in Kontakt zu bringen?

Gruß
Steffen

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Hallo,

also wie gesagt ich denke nicht das 10° Probleme machen dürfen.
Ich habe bereits ähnliche Fälle gerechnet die alle konvergiert haben, sobald der erste Kontakt geklappt hat und die Vernetzung ausreichend fein ist. 

@tobstar: Ja das mit "auf Berührung anpassen" bei den Kontakteinstellungen stimmt, das hatte ich bei meinen Rechnungen nicht eingestellt.

Ich vermute das mit den Randbedingungen etwas nicht stimmt. Z.B der Bolzen fliegt in den Weltraum, da er nicht richtig gelagert ist. Dies kann man in den Lösungsinformation kontrollieren. Z.B. welcher Knoten zu hohe Verschiebungen aufweist. Einfach im Protkoll nach Error suchen und die Meldung lesen.

Bei richtig gelagertem Modell kann bei Konvergenzproblemen auch die Vorgabe von Substeps in den Analyseeinstellungen helfen. Hier z.B. mal min 1 max 10 Substeps pro Lastschritt vorgeben und erneut rechnen.

Vielleicht könnteast du mal ein Bild mit deinen Randbedingungen hochladen, so könnte man das Problem schneller lösen.

Gruß
Suinilippis

[Diese Nachricht wurde von Suinilippis am 31. Aug. 2011 editiert.]

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Ich habe schon verstanden was du rechnen willst, Verformungen und Spannungen bei einer Bolzenverbindung rauslesen, wobei der Bolzen in verschiedenen Positionen, bedingt durch die anliegende Kraft, aufliegt.

Ich empfehle dir das über die Workbench mittels Parameter zu lösen. Sprich 18 Berechnungen, in denen du nur das Koordinatensystem drehst und nicht alles in einer Berechnung zu erschlagen. Dann kannst du auch schöne Graphen erzeugen lassen, abhängig von dem Winkel die Verformung und Spannung in einem Berich usw...

Ein Bild wie es Suinilippis schreibt wäre auch sehr hilfreich.

[Diese Nachricht wurde von tobster am 01. Sep. 2011 editiert.]

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Hallo zusammen,

so mein Problem ist soweit gelöst, dass ich jetzt ein schön konvergierendes Ergebnis bekomme. Ich habe das Modell jetzt nochmal als Halbmodell aufgebaut und jetzt läuft alles. Mir ist zwar nicht genau klar, warum es als Vollmodell nicht lief, aber so ist es mir auch recht. Ich fahr jetzt in einem ersten Lastschritt den Bolzen auf 0,01mm Durchdringung in die Lasche und gebe dann in weiteren Lastschritten 10°-weise eine Kraft drauf. Diese muss ich allerdings z-/y-Komponentenweise aufbringen, weil ich nicht weiß, wie man das KS in WB parameterweise drehen kann.

Eine Frage habe ich jetzt aber trotzdem noch... und zwar wenn ich über den elastischen Dehnungsanteil belaste wird sich das Modell plastisch verformen, was natürlich zu veränderten Voraussetzungen für den nächsten Lastschritt führt. Gibt es hier eine Möglichkeit, das Bauteil nach jedem Belastungsschritt wieder in einen unverformten Zustand zu bekommen? Mir würde hier nur einfallen in Workbench jedes mal die komplette Simulation zu duplizieren und in der Kopie den Winkel zu verändern.

Gruß
Steffen

[Diese Nachricht wurde von Steffffen am 02. Sep. 2011 editiert.]

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Hallo Stefffen,

rechnest du mit nichtlinearen Materialverhalten?

Bei den Standart Materialen in der Workbench handelt es sich um eine lineare Spannungs- Dehnungskurve, daher ergibt sich keine Plastifizierung. Daher ergibt sich zu jedem Lastschritt eine andere elastische Verformung.

Gruß

Suinilippis

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Zitat:

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Original erstellt von Steffffen:
Hallo zusammen,

so mein Problem ist soweit gelöst, dass ich jetzt ein schön konvergierendes Ergebnis bekomme. Ich habe das Modell jetzt nochmal als Halbmodell aufgebaut und jetzt läuft alles. Mir ist zwar nicht genau klar, warum es als Vollmodell nicht lief, aber so ist es mir auch recht. Ich fahr jetzt in einem ersten Lastschritt den Bolzen auf 0,01mm Durchdringung in die Lasche und gebe dann in weiteren Lastschritten 10°-weise eine Kraft drauf. Diese muss ich allerdings z-/y-Komponentenweise aufbringen, weil ich nicht weiß, wie man das KS in WB parameterweise drehen kann.

Eine Frage habe ich jetzt aber trotzdem noch... und zwar wenn ich über den elastischen Dehnungsanteil belaste wird sich das Modell plastisch verformen, was natürlich zu veränderten Voraussetzungen für den nächsten Lastschritt führt. Gibt es hier eine Möglichkeit, das Bauteil nach jedem Belastungsschritt wieder in einen unverformten Zustand zu bekommen? Mir würde hier nur einfallen in Workbench jedes mal die komplette Simulation zu duplizieren und in der Kopie den Winkel zu verändern.

Gruß
Steffen

[Diese Nachricht wurde von Steffffen am 02. Sep. 2011 editiert.]

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Gerade wenn du plastisch rechnest wäre die parametergesteuerte Simulation angebracht. Dazu gibts diese weißen Kästen in denem man mit Klick und erscheinendem "P" für Parameter den entsprechenden Wert rausschreiben lassen kann. In deinem konkreten Fall müsstest du im Design Modeller eine Ebene erstellen und diese dann rotieren, den Winkel dabei als Parameter deklarieren. Dann noch einstellen, dass Koordinatensysteme in die Simulation mit übernommen werden. Den rest stellst du dann auf der Projektseite ein.

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