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file000.jpg Datei.txt

Hallo Zusammen,
im Zuge meiner Masterarbeit modelliere ich einen geschraubten Stützen-Riegel-Anschluss. Die Geometrie ist soweit fertig. Die Stütze und der Riegel bestehen aus shell181-Elementen und die Schrauben aus Volumenelementen (solid185). Habe dazu mal ein Bild mit eingestellt. Mein Problem ist folgendes: Die Rechnung konvergiert nicht. Mein Vorgehen sieht folgendermaßen aus:
Ich definiere Kontaktflächen zwischen:
- (1) Schraubenschaft und Stütze bzw. Riegel (Conta175/Targe170, bonded)
- (2) Schraubenkopf und Riegel (Conta173/Targe170, bonded)
- (3) Schraubenmutter und Stütze (Conta173/Targe170, bonded)
- (4) Stütze und Riegel (Conta173/Targe170, rough)
- (5) Schraubenmutter und Schraubenschaft (Conta 173/Targe170, bonded)
Wenn ich mir den Kontaktsatus anschaue, wird mir bei den Kontaktpaaren (1) folgendes angezeigt: CONTACT PAIR HAVING REAL ID = 12 IS INITIALLY OPEN BUT MAY BE AUTOMATICALLY CLOSED
Dies macht auch Sinn, weil ich das Modell mit Lochspiel modelliert habe, aber in den Keyoptions habe ich keyopt(5)=3 gesetzt. Zudem sind es ja „bonded“-Kontaktpaare.
Die Kontaktpaare (2), (3) und (5) sind geschlossen. Soweit auch gut. Beim Kontaktpaar (4) ist der Kontakt geöffnet.
Die Normalen der Kontaktelemente zeigen auch zueinander. Das habe ich schon kontrolliert.
Nun zu den Randbedingungen: Meine Stütze ist oben und unten festgehalten. Um Rigid Body Motion zu verhindern, möchte ich die Schrauben in einem ersten Lastschritt vorspannen. Dies geschieht mit den Pret179 Element. Die Vorspannkraft zeigt in x-Richtung, obwohl ich in z-Richtung (Axialrichtung meiner Schrauben)  vorspanne. Habe durch Suchen im Internet das so verstanden, dass die Kraft immer in x-Richtung angezeigt wird, aber die Vorspannung senkrecht zur Pretension Section aufgebracht wird. Also kann ich wohl damit leben.
Zudem halte ich die Schrauben in x und y-Richtung, ansonsten habe ich ja ein kinematisches System.
Im zweiten Lastschritt locke ich die Vorspannung, lösche die Halterungen an den Schrauben und bringe meine eigentliche Zwangsverschiebung am Riegel in y-Richtung auf.
Wie gesagt, die Lösung konvergiert nicht. Noch nicht mal der Lastschritt mit der Vorspannung konvergiert. So langsam weiß ich nicht mehr, woran es noch liegen könnte. In der Text-Datei habe ich die eben beschriebenen Schritte zusammenkopiert. Irgendwas stimmt wohl mit der Vorspannung noch nicht, vielleicht liegts auch an meinen Lösungsbefehlen… Für jeden Denkanstoß oder Tipp bin ich sehr dankbar!
Viele Grüße
Anja

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Warum es nicht konvergiert, kann man nicht so ahnen. Es kann an der Modellbildung, schlechten Geometrie und vieles anders liegen. Ich würde auf jeden Fall überprüfen, dass das Gesamtsystem, sowie die einzelne Teile nicht zu Starrkörperverschiebung kommen.

Zu Contact (1): Warum definierst du da Kontakt überhaupt, wenn die dazwischen Luft ist?

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Grüße, Moe

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Hallo Moe,

danke für Ihre Antwort. Das mit der Starrkörperverschiebung war auch mein erster Verdacht, aber das meine ich mit der Vorspannung zu lösen. Die Stütze ist sowieso gehalten und die Schrauben zumindest in x- und y- Richtung in z-Richtung bringe ich ja eben die Vorspannung auf. Vielleicht sollte ich den Palettenträger im ersten Lastschritt zumindest festhalten. Das könnte ich probieren.

Den Kontakt (1) definiere ich, weil ich den Anschluss so belaste, dass ich ein Lochleibungsversagen erwarte.

Nochmals vielen Dank! Werde mich gleich an die Arbeit machen.

Viele Grüße
Anja

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Hallo Anja,
hmmm, ich würde mir mal die Schraubenverbindung etwas genauer anschauen...
1. Wenn die Schrauben "Bounded" mit der Stütze verbunden sind und die Stütze fest eingespannt ist, warum benötigst Du dann noch Randbedingungen für die Schrauben?
2. Wenn Du ein Lochspiel definierst, warum sollen die Elemente dann Bounded sein?

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Gruss
Deepblue

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Hallo deepblue,

das stimmt, eigentlich macht es keinen Sinn, aber da ich schon seit fast zwei Wochen rumrätsel und ausprobiere, habe ich versucht jegliche Art von Starrkörperverschiebungen zu unterbinden. Damit ich erst einmal überhaupt die Rechnung zum Laufen bringe...
Wie wäre dein Vorgehen zu Berechnung dieses Anschlusses? Unabhängig davon, wie ich die Kontakte bzw. Randbedingungen definiert habe? Ich glaube nämlich, dass ich so langsam den Wald vor lauter Bäumen nicht mehr sehe. 

Gruß
Anja

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Schraubenverbindung.pdf

Hallo Anja,
ich würde die Schraubenverbindung mit den Kontakten wie im PDF gezeigt, aufbauen.
Da alle Teile dann Bounded miteinander verbunden sind, sollten keine Starrkörperbewegungen auftreten.
Bei den Kontakten (Reibungsbehaftet, Rau) ist wichtig, dass diese geschlossen sind und es nicht, beim aufbringen einer Last, zu einer Starrkörperbewegung kommen kann.

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Gruss
Deepblue

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Hallo deepblue,

vielen Danke für deine Hilfe. Habe es ausprobiert und bisher findet Ansys schon bei einigen Substeps Konvergenz, was ja leider noch nichts heißen muss...
Habe doch noch ein paar Fragen, um auf Nummer sicher zu gehen: Habe vorsichtshalber bei der Definition der keyoptions keyopt(5) = 3 gesetzt. Bei einigen Bonded-Kontakten wird mir angezeigt, dass der Kontakt offen ist, aber eventuell zu Beginn geschlossen wird. Kann es dort trotzdem zu Problemen kommen wie eben einer Starrkörperverschiebung? Also muss jeder Kontakt wirklich geschlossen sein? Ich dachte, dass ich mit dieser Option eventuelle kleine Lücken schließen kann.
Desweiteren brauche ich ja nun keine Vorspannung mehr definieren? Dies hatte ich ja nur gemacht, um anfänglich den Kontakt zu initialisieren.

Grüße
Anja

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Hmmm, Du arbeitest mit einem Flächenmodell, richtig?
Liegen die Elemente dadurch nicht aufeinander?
Ich arbeite normalerweise immer mit Volumen. Da meine Elemente im Kontaktbereich immer aufeinander liegen benötige ich diese Keyoption eigentlich nicht.
Ob man die Keyoption in Deinem Fall verwenden sollte, kann ich nicht genau sagen... Damit sollen Lücken zwischen den Kontakten geschlossen werden, dass ist richtig.
Keyopt(5)=1 Schließt Lücken
Keyopt(5)=2 Reduziert Durchdringungen
Keyopt(5)=3 1+2 zusammen
... damit wird Dein Modell nummerisch dicker bzw. dünner.

Die Keyoption gilt natürlich immer nur für einen Kontakt, nicht für alle.
Zur Vorspannung:
Damit ändert sich der Kraftfluss in Deiner Baugruppe. Davon ist auch Dein Verformungsverhalten abhängig. Ich würde immer mit Schraubenvorspannung rechnen - zumal Dein FE-Modell nicht besonders groß ist. Du kannst aber einmal ohne Vorspannung rechnen. Rechnet ANSYS anschließend mit Vorspannung nicht durch, stimmt etwas nicht mit der Definition (bei Volumenmodellen ist der Vektor immer parallel zur Schraubenachse).
Alle anderen Kräfte/Verformungen in Deinem System dürfen erst im zweiten Loadstep aufgebracht werden (das ist wie in der Praxis: Man fährt nicht mit dem Auto los, bevor man die Räder angezogen hat  ).

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Gruss
Deepblue

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Ja, genau. Meine Stütze und der Riegel sind Schalenelemente. Die Schrauben sind Volumenelemente.
Die Berechnung funktioniert erstmal, werde das mit der Vorspannung noch ausprobieren.
Eine weitere Frage stellt sich mir noch: Wenn ich Bonded-Kontakte definiere, z.B. der Schraubenkopf mit dem Riegel, ist es denn dann möglich, dass bei plastischen Verformungen Teile der Kontaktfläche unter dem Schraubenkopf herausrutschen können? Also, cih erwarte ja, dass sich das Schraubenloch aufweitet an einer Seite (Lochleibungsversagen). Oder müsste ich da z.B. auf die Option "keine Trennung, aber Gleiten erlaubt" umsteigen. Nur dann wären doch wieder Randbedingungen notwendig, oder?
Vielen Dank nochmal bis hierhin!
Gruß
Anja

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Wenn Du das Verformungsverhalten unter dem Schraubenkopf bei plastischem Verformungen berücksichtigen möchtest, musst Du dort auch Reibungsbehaftet rechnen.
Normalerweise geht man davon aus, das die Schraubenverbindung so ausgelegt ist, dass ein Versagen nicht eintreten soll. In diesen Fällen ist der Bonded-Kontakt ok.
Rechnest Du reibungsbehaftet unter dem Schraubenkopf ist eine Schraubenvorspannung notwendig. Sobald es zum gleiten unter dem Schraubenkopf kommt, hast Du aber schnell eine Starrkörperbewegung (Kraftgesteuert konvergiert das nicht).
Plastisch heisst ja Du bewegst Dich oberhalb von Rp0,2, somit brauchst Du auch das entsprechende Materialgesetz - ansonsten rechnet ANSYS mit dem linearen E-Modul bis ins unendliche weiter...

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Gruss
Deepblue

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Okay, das habe ich mir schon gedacht, dass ich reibungsbehaftet rechnen muss. Das Vorgehen ist doch recht simpel. Ich definiere die Kontaktart als standard und weise den Elementen über ein Material einen Reibungsbeiwert zu, oder?
Da ich jetzt alle Kontaktpaare, bis auf Kontakt (5), nicht mehr bonded definiere, wird es wohl zu Starrkörperverschiebungen kommen, Vorspannung hin oder her. Das bedeutet, dass Randbedingungen notwendig werden. Wie und wo ich welche Randbedingungen definiere, werde ich wohl erst morgen überlegen. Heute wird nichts produktives mehr bei rum kommen 
Ja klar, benutze ein entsprechendes Materialgesetz (mkin), um plastische Verformungen zu berücksichtigen.
Übrigens: Die Vorspannung funktioniert soweit mit den Bonded-Kontakten.
Vielen Dank für deine Hilfe den Tag über heute!
Morgen werde ich mich dann an die neue Kontaktdefinition und entsprechenden RB machen. Wenn wieder fragen auftauchen, melde ich mich nochmal! 
Einen schönen Abend!

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file000.jpg

Hallo,
zuerst habe ich doch nochmal eine Frage zur Vorspannung. Die Schraubenachse liegt parallel zur z-Achse. Meine Vorspannkräfte (s.Bild) zeigen aber immer in x-Richtung.
Mein Code für eine Schraube: psmesh,10,,,all,,0,z
                    sload,10,PL01,lock,forc,5000,1,2
Da gebe ich doch die z-Richtung an. Weiß da jemand Rat?

Nun zu den Randbedingungen: Meine Kontaktflächen sollen am Ende alle bis auf (5) als Standard-Kontakt mit Reibbeiwert modelliert werden (s. letzter Beitrag).
Als Testberechnungen habe ich zunächste einmal die Stütze mit dem Riegel als Verbundkontakt modelliert, um zu schauen, welche Randbedingungen ich für die Schrauben benötige und berechne auch erstmal nur den Lastfall Vorspannung. Ich habe mittlerweile so ziemlich alles ausprobiert, sogar die Lagerung in allen drei Richtungen (ux,uy,uz). Die Rechnung konvergiert nicht... Sobald ich die Kontakte zwischen Schraubenkopf/Riegel und Mutter/Stütze als Verbundkontakt definiere, konvergiert die Rechnung und ich benötige keinerlei RB'en. Stimmt etwas mit den Kontakten nicht? Oder hat jemand einen Ansatz zur Definition meiner Randbedingungen?

Viele Grüße
Anja

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Hallo Anja,
schau Dir in der ANSYS-Hilfe noch mal den psmesh-Befehl genau an!
Um mit dem psmesh richtig arbeiten zu können benötigst Du ein Koordinatensystem in der Mitte der Schraube (wird für die Schraubenvorspannung benötigt). Über das Koordinatensystem wird dort die Fläche geteilt. Dies muss mit dem Befehl richtig angegeben werden.

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Gruss
Deepblue

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Hallo Deepblue,
vielen Dank für den Hinweis. Da hat sich tatsächlich noch ein Fehler eingeschlichen bzw. ich hatte wohl die Ansys Hilfe falsch verstanden Habe die Vorspannung nun korrigiert.
Eine Sache, die ich noch nicht verstehe ist, dass die Lösung divergiert bei keiner Lagerung der Schrauben in z-Richtung (das liegt wohl an den Kontaktdefinitionen -> alle reibungsbehaftet bis auf (5)) und sobald ich die Vorspannung mittels mehrerer Substeps aufbringen möchte funktioniert das ganze auch nicht. Habe das Beispiel aus der Ansys-Hilfe durchgearbeitet und dort wird das zwar auch ohne Substeps durchgeführt, aber verstehe nicht, warum das mit Substeps nicht geht. Naja, sei's drum.
Wenn ich nun weiterrechne und meine Zwangsverschiebung aufbringe, bekomme ich folgende Fehlermeldung: Excessive thickness change in Element 8839. Ich arbeite ja mit Shell Elementen, aber so ganz viel kann ich mit der Fehlermeldung nicht anfangen. Könnt ihr mir da weiterhelfen?
Gruß
Anja

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Zitat:

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Original erstellt von AnjaP7:

Wenn ich nun weiterrechne und meine Zwangsverschiebung aufbringe, bekomme ich folgende Fehlermeldung: Excessive thickness change in Element 8839. Ich arbeite ja mit Shell Elementen, aber so ....

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Wo liegt das Element 8839? Wird es irgendwie direkt belastet zB. durch Schraubenkraft oder steht es unter einer großen Zwangsverformung?

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Grüße, Moe

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file000.pdf

Hallo Moe,

ja das Element liegt direkt unter dem Schraubenkopf (siehe Anhang) und wird dadurch durch die Vorspannkraft schon beansprucht.

Gruß Anja

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