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Hallo,

ich bräuchte nochmal Eure Hilfe.

Ich arbeite mit Ansys Workbench 13.

Ich habe ein rotationssymetrisches 2D Modell erstellt mit einem Gummie- Werkstoff. Die Kontaktbedingungen sind reibungsbehaftet. Der Gummi soll gespannt werden und dadurch einen Spalt überbrücken und sich schlussendlich an ein Stahlteil anlegen. Dann möchte ich gern eine Schwingung aufgeben und die Dämpfung des Gummis ermitteln. Letztlich soll der Gummi wieder entspannt werden.

Ich hab mich insoweit schon in das Thema eingelesen. Das Modell ist erstellt und eine mechanisch Analyse habe ich auch durchgeführt (Spannen und Entspannen). So weit mein
technisches Verständnis reicht, hauen die Ergebnisse (Verformung u. Spannung) einigermaßen hin. Jetzt stehe ich vor dem Problem mit der Schwingung.

Könnt Ihr mir bitte Tipps zur allgemeine Vorgehensweise bei solch einem Problem geben? Muss ich das Spannen und Entspannen miT einer transiente Analyse machen oder reicht
eine mechanische Analyse aus (Ergebnissicherheit?)? Wie bekomme ich die Schwingung auf das Bauteil?

Wie Ihr seht bin ich Anfänger auf diesem Gebiet. Für hilfreiche Hinweise und Tipps währe ich sehr dakbar.

Gruß
Schnürschuh

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Hallo,

es gibt 2 Lösungsansätze.
1. man arbeitet im Frequenzbereich
2. man arbeitet im Zeitbereich (transient)

Zu 1.:
Hier muss das Modell für die Schwingungsanalyse linearisiert sein.
d. h. man macht eine nichtlineare Statik, linearisiert diesen Punkt und kann darauf aufbauend eine Modalanalyse durchführen. Die Technik die man dazu braucht heisst Linear Perturbation. Vorteil: Sehr schnell, einfache Durchführung. Nachteil: man braucht ein linearisiertes System.

2. Hier kann man alle Nichtlinearitäten mitnehmen. Aber man arbeitet im Zeitbereich. d. h. die höchste mitzunehmende Schwingung muss man mit mindestens 10, besser 20 Zeitschritten auflösen, man muss den Einschwingzustand natürlich mit betrachten. Wenn man z. B. 5 Perioden zur zum Einschwingen braucht, gehen dafür schon 5x20 Zeitschritte drauf. Nichtlineare wohlgemerkt. Bei Verwendung eines impliziten Solvers (Transient Structural im Projektmanager) wird jeder dieser Zeitschritte iterativ gelöst. Nehmen wir mal an, im Schnitt sind 10 Gleichgewichtsiterationen erforderlich, wird das Gleichungssystem 5x20x10=1000 mal gelöst. Nach dem Einschwingen kommt dann der eigentlich interessante Teil, auch dafür braucht man ein paar Perioden. Implizit kann es also viel Rechenzeit erfordern, weil ich in jedme Zeitschritt das Gleichungssystem mehrfach löse. Dafür kann ich ohne ernsthafte "Zusatzkosten" (Rechenzeit) lokale Netzverdichtungen z. B. für Spannungsspitzen realisieren.

Statt dem impliziten Solver kann man für sowas auch die explizite Dynamik verwenden. Dort sind die Zeitschritte von Haus aus so klein, dass die hohe Frequenzen auflösen und es braucht keine Gleichgewichtsiterationen. Beides ist also gut für schnell ablaufende Phänomene mit Nichtlinearitäten (Crash, Durchschlag, Ansprenung, Aufprall). Allerdings bestimmt die kleinste Elementkante (je nach Material) den Zeitschritt. 
Mann kann eine Static-structural vor eine Explicit dynamics vorschalten (erst das System für static-structural erzeugen, dann explicit dynamics auf Zelle 6 Solution dieser Static-structural ziehen), dann muss man die statische Vorspannung nicht als langsame Dynamik rechnen (würde zuviel Rechenzeit kosten).

Ebenfalls wichtig: die Materialeigenschaften richtig zu definieren um die auftretenden Effekte überhaupt zu sehen. Es gibt beispielsweise viskoelastisches Verhalten (frequenzabh. Dämpfung), die ich nur bei einem entsprechenden Materialmodell in der Simulation sehen werden.

Deshalb zurück zum Ausgangspunkt: Was ist das Ziel der Analyse ("Dämpfung des Gummis ermitteln")? Wodurch wird dieses Ergebnis bestimmt und steckt dies im Simulationsmodell drin? Kann die Simulation diese Aussage mit den ihr zugrunde liegenden Informationen abbilden?

Tip: Mehr Infos einholen als über Foren, das kann man nicht über einige Posts erledigen. 

Gruss + viel Erfolg 
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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Vielen Dank für die ausführliche Antwort.

Sind Sie der Autor des Buchs "Praxisbuch FEM mit Ansys Workbench"?
Das hab ich mir vor ca. 1 Woche gekauft und bin schon fleißig am Durcharbeiten.

Ich habe jetzt eine transiente strukturmechanische Analyse erstellt und den Spann- und Entspannvorgang simuliert.

Beim Entspannen des Gummis ist jedoch eine sehr große Zeitspanne nötig um die Kraft zu minimieren. Ansonsten konvergiert die Berechnung nicht.
Wir die Relaxationszeit des Werkstoffes mit simuliert oder hat dies andere Ursachen?

Gruß
Schnürschuh

[Diese Nachricht wurde von schnürschuh am 03. Nov. 2011 editiert.]

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Hallo,

wenn man das Spannen/Entspannen sehr schnell macht, kann natürlich die Dynamik ein Eigenleben verursachen. Deshalb ist die Transiente Dynamik hier nicht zu empfehlen, wenn man ein langsames, nicht-dynamisches (statisches) Verhalten untersuchen möchte. Sowas würde mann dann als Statik rechnen. Die Zeit ist dann nur noch das Ordnungskriterium (was kommt zuerst, was kommt als 2., 3. usw.)

Ob das Materialverhalten geschwindigkeitsabhängig ist? Das hängt vom definierten Materialmodell ab. Zeitabhänige Materialmodelle sind z. B. Kriechen, viscoelastizität oder Viscoplastiziät. Aufgrund der Frage schliesse ich darauf, dass das hier nicht zutrifft, dann ist die Konvergenzfrage vielleicht auf dynamische Effekte zurückzuführen, vielleicht sind aber auch die Zeitschritte zu gross, um die Änderungen im Ergebnis mit wenigen Iterationen zu finden.

Wie gesagt, ich vermute, dass eine Kombination von Statik und expliziter Dynamik die effektivste Vorgehensweise ist. Wenn erst mal klar ist, welche Effekte die Simulation abbilden soll und welches Materialmodell das abdeckt.

Gruss
CG

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Christof Gebhardt
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