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Hallo Community,
ich möchte eine Isolierglasscheibe mit Gasfüllung mit ANSYS modellieren um eine Kopplung der beiden Scheiben über dieses eingeschlossene Gasvolumen zu erzeugen. Es sollen Flächenlasten auf eine Scheibe aufgebracht werden, welche dann mit dem Innendruck des Gasvolumens überlagert, eine Belastung auf die Innen- und Außenscheibe ergibt.
Ich habe keine Ahnung, mit welchem Elementtyp das Gasvolumen modelliert werden kann.
Kann mir hier jemand einen Tip geben, wie ich dieses am besten umsetze?
Vielen Dank im voraus.

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Spricht etwas dagegen, wenn du nur den Gasdruck als Flächenlast berücksichtigst ohne es überhaupt zu modellieren?

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Grüße, Moe

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Ja, der Gasdruck verändert sich abhängig von der Steifigkeit der Scheiben. Geben diese elastisch nach, vergrößert sich das Gasvolumen und die Belastung auf die Scheiben wird geringer.

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Wenn du die Wechselwirkung zw Gas und Glas mitberücksichtigen musst, die typische Analyse ist FSI. Dabei brauchst du den Gaselementen (Volumenelementen) die entsprechenden Gaseigenschaften (Materialmodel) zuweisen.

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Grüße, Moe

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Hallo Moe,
erst einmal vielen Dank für Dein Interesse.
Was heißt FSI?? und mit welchem Elementtyp in Ansys muss ich mein Modell aufbauen?

Grüße chrisfem

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FSI=Fluid Structure Interaction
(fast) mit allen Volumenelementtypen

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Grüße, Moe

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Hallo Chrisfem,

der theoretische Ansatz ist klar - die Koppelung beider Glasscheiben über eine quasi nichtlineare elatsiche Bettung mittels des Gasvolumens.
Meine Frage dazu ist dann aber eher ingenieursmäßig - spielt die Druck- bzw Volumenänderung überhaupt eine signifikante Rolle? Wie groß sind die Verformungen einer einzelen Scheibe aufgrund des äußeren Drucks und wie groß ist die Druckänderung des Füllgases mit einem einfachen Überschlag?
Evtl. läßt sich das nämlich über eine linearisierte elastische Bettung beider Scheiben realiseren ohne groß Volumenelemente mit Gasgesetzen zu etablieren.

Gruß
Gerd

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Hallo Moe,
vielen Dank für den Tipp. Ich werde es mal damit versuchen. Sollte ich nicht weiterkommen, würde ich mich gerne noch einmal bei dir melden - Danke!
Grüße chrisfem

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Hallo Gerd,
für die Ermittlung der auf die Scheiben einwirkenden Belastung infolge des isochoren Druckes im Scheibenzwischenraum gibt es schon vereinfachte numerische Berechnungsmethoden. Dies gilt jedoch nur für ebene Scheiben. Sind die Scheiben nun aus irgendwelchen Gründen steifer, z.B gebogenen Gläser oder mit Lochbohrung gelagerte Gläser, dann ist dieses vereinfachte Verfahren nicht mehr anwendbar. Eine genaue Ermittlung kann dann nur über ein solches Modell mit Gasvolumen erfolgen. Bezüglich der Lasten die sich hier einstellen, folgendes Beispiel: Gegeben ist eine Isolierglasscheibe mit einem Luftzwischenraum von 16 mm (das besagte Gasvolumen)und zwei Einzelscheiben mit je 6 mm Stärke. Im Luftzwischenraum wird ein isochorer Druck von 16 kN/m² angesetzt (dieser ergibt sich aus Luftdruck- und Temperaturunterschieden). Bei einer Scheibenabmessung von 1m x 1m reduziert sich dieser isochore Druck von 16 kN/m² auf 0,94 kN/m²; nur infolge der Weichheit der Scheiben und dem daraus resultierenden vergrößerten Gasvolumen.
Falls Du eine Idee für einen Modellaufbau in Ansys hast, dann wäre ich dir dankbar. Moe hat mich auf FSI verwiesen. Ich kenne mich allerdings nicht sehr gut aus und muss hierzu erst einmal recherchieren ob ich damit weiterkomme.
Viele Grüße chrisfem
 

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Bei Verwendung von FSI wird doch aber mit Kanonen auf Spatzen geschossen. Wenn ich dich richtig verstanden habe, dann ist der Gasdruck über die Plattenfläche konstant, nur eben abhängig vom Fluidvolumen, das sich je nach Durchbiegung einstellt. Die Vergrößerung des Fluidvolumens kannst du aber berechnen, indem du die Durchbiegung über die Fläche integrierst. Wenn du dann bei der linearen Plattentheorie bleibst, kannst du sogar eine analytische Formel erstellen, wie groß die Durchbiegung und damit die Vergrößerung des Fluidvolumens in Abhängigkeit von der Last ist, schon bist du (fast) fertig.

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Hallo ChristophN,
das ist korrekt, jedoch nicht, wenn sich die Verformung nicht so einfach berechnen lässt. Bei den weiter oben genannten Beispielen, wenn die Scheiben gebogen oder punktförmig durchschraubt sind, lässt sich diese Volumenänderung nicht so einfach ermitteln. Und es geht mir speziell um diese Sonderfälle, welche ich mit dem Berechnungsmodell erschlagen möchte.

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Grüße chrisfem

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Zitat:

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Original erstellt von chrisfem:
das ist korrekt, jedoch nicht, wenn sich die Verformung nicht so einfach berechnen lässt.

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Das macht doch Ansys für dich und dem ist es vollkommen Wurscht, wie gebogen oder löchrig die Scheibe ist... Die Vergrößerung des Fluidvolumens bekommst du durch numerische Integration über die Durchbiegung heraus und schon bist du fertig. Die perfekte Anwendung für ein kleines nettes APDL-Programm.

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Hallo Chrisfem,

bist Du Dir sicher das der Druck von 16 KN/m2 auf 0.94 KN/m2 sinkt? Dieses Verhälnis erscheint mir etwas merkwürdig.
ChristphNŽs Weg ist das Mittel der Wahl über eine numerische der Verformungen die Volumenänderung zu berechnen.

Gruß
Gerd

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Zitat:

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Original erstellt von ChristophN:
Das macht doch Ansys für dich und dem ist es vollkommen Wurscht, wie gebogen oder löchrig die Scheibe ist... Die Vergrößerung des Fluidvolumens bekommst du durch numerische Integration über die Durchbiegung heraus und schon bist du fertig. Die perfekte Anwendung für ein kleines nettes APDL-Programm.

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Hallo ChristophN, Dein Vorschlag könnte klappen. Ich habe so etwas noch nie programmiert, die Vorgehensweise erscheint mir aber logisch. Ich habe nur die nächsten 2-3 Wochen keine Zeit dafür, werde es aber danach probieren. Sollte ich nicht weiterkommen, dann melde ich mich noch einmal. Erst einmal vielen Dank für Deinen Vorschlag.
Ich habe aber noch einen Einwand bezgl. Deiner Lösung. Das Gasvolumen erfüllt noch einen weiteren Zweck. Es überträgt die Lasten, welche auf eine Scheibe einwirken, auf die andere. Somit gibt es eine Lastverteilung für äußere Lasten. Bei einem fertigen Modell mit Gaselementen, würde man somit auch diese Lastverteilung gleich mit erschlagen. Der Rechenaufwand ist zwar größer, jedoch scheint mir insgesamt die Lösung mit einem kompletten Modell praktikabler.
Ich dachte eigentlich, dass es hier eine ganz einfache Lösung gibt, um so ein Modell zu erstellen. Allerdings habe ich mittlerweile das Gefühl, dass das doch nicht so einfach ist, da ich immer nur Vorschläge bekomme, wie ich die Modellierung umgehen kann. Diese Vorschläge helfen mir natürlich auch weiter, so dass ich hoffentlich, z.B. mit Deinem Vorschlag der numerischen Integration, mein Problem gelöst bekomme, aber es muss doch möglich sein, so ein Modell zu erstellen - oder? Die Aufgabenstellung ist doch eigentlich ganz simpel. Ein Gasvolumen, welches von 4 Flächen eingeschlossen ist und über Druckkontakt eine Verbindung mit den umschließenden Flächen eingeht. Ich selbst habe keinen Plan, wie man das umsetzt, da ich bisher nur triviale Modelle mit shells, solids und links erstellt habe. Naja, die Hoffnung stirbt zuletzt. Also auf jedenfall schon einmal vielen Dank für Deinen Vorschlag, der mit Sicherheit auch zielführend ist!
Grüße chrisfem

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Grüße chrisfem

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Zitat:

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Original erstellt von smittytomcat:
Hallo Chrisfem,

bist Du Dir sicher das der Druck von 16 KN/m2 auf 0.94 KN/m2 sinkt? Dieses Verhälnis erscheint mir etwas merkwürdig.
ChristphNŽs Weg ist das Mittel der Wahl über eine numerische der Verformungen die Volumenänderung zu berechnen.

Gruß
Gerd

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Ja, die eklatante Reduzierung des Druckes ist korrekt. Da der Scheibenzwischenraum mit 12-16 mm relativ schmal ist, erfährt das Gasvolumen, schon bei einer Scheibenverformung von z.B. 5 mm pro Scheiben, schon eine große Volumenzunahme. Dieses wiederum führt natürlich zu einem großen Druckabfall.

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Grüße chrisfem

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Hallo Chrisfem,

irgendwie kann ich Deine Angabe über den ernormen Druckabfall auch mit den gegebenen Verformungen von ca 5 mm und dem Spalt von 16 mm nicht nachvollziehen.

Selbst wenn sich die Scheibe quasi uniform um 5 mm verbiegen würde, dann ergäbe sich eine Volumenänderung von: dV = a*b*w

und mit den Zahlenwerte ein Verhältnis von dV/V0 = 5mm/16mm = 0.42 und für den Fall das jede Scheibe sich um w verformt ein dV/V0 = 0.82, daraus ergäbe sich fast eine Verdoppelung des Volumens
Nun ist meine Thermodynamikvorlesung etwas her, aber bei einem Gasgesetz  von p*V = const, (vernachlässigen wir mal eine Abkühlung zunächst) kann der Druck mit Deinen Werten nur um die Hälfte sinken.
Hingegen wenn der Fülldruck bei 1.6 KN/m2 läge, dann könnte ich mir ein Ergebnis von 0.94 KN/m2 als Grenzwert schon eher vorstellen.
Die Frage ist doch wann wird der Druck gemessen ?

Gruß
Gerd

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 18. Feb. 2012 editiert.]

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