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Bild1.jpg

Hallo liebe Mitglieder des Forums,

ich habe hier schon vieles über Ansys gelesen, aber konnte keine Lösung für mein Modell finden. Stattdessen kamen nur noch mehr Fragen auf. Ich habe als Aufgabe bekommen, einen Zugversuch mit diesen Knotenblechen durchzuführen und zu prüfen welche Kraft dieses Rechteck (siehe Bild) aushält. Auf der linken seite (Lager A) ist die erste Einspannung in der Zugmaschine und auf der rechten Seite (Lager B) ist die zweite, an der gezogen wird. bei den ersten Simulationen hatte ich die Kontakte als Verbund gelassen und bei feinerer Vernetzung Singularitäten bekommen. Alle Verbindungen, außer Schrauben und Bolzen sollen geschweißt sein. Da ich nicht weiß, wie Schweißverbindungen markiert werden, habe ich die Kontaktstellen als Verbund gelassen, da dies auch so herauskommen sollte. Wenn ich aber die Stellen der Kantakte zwischen den Schrauben, Bolzen und der Platte als reibungsfrei oder reibungsbehaftet kennzeichne, kommt nur Schrott heraus. Die Platte, welche seitlich mit Schrauben fixiert wird, kann auch als Verbund eingestellt werden, denke ich.

Nun brauche ich eure Hilfe !!
Was mache ich falsch? Was habe ich vergessen? Ist das überhaupt die richtige Vorgehensweise?

Ich danke euch schon mal im Voraus für eure Hilfe!!

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Hallo,

aufgrund der Symmetrie würde ich nur die Hälfte des Modells abbilden. Das heißt, schon im CAD das CAD-Modell in die Mitte schneiden. Auf der symmetrischen Ebene kann man dann in Ansys Symmetrierandbedingungen definieren.

Dann muss man aufgrund sehr viel Wert auf ein gutes Netz legen, weil die Spannungen für die Berechnung der Bruchlast sehr wichtig sind. Also auf jedem Fall mit Hexaederelementen vernetzen.

Drittens, wenn man davon ausgeht, dass das Bauteil am Rechteckrohr oder Knotenblech versagen wird, kann man getrost die ganzen anderen Teile weglassen. Dann hat man sowieso keine Kontakte mehr.

Wenn du doch "mit Kanonen auf Spatzen schießen möchtest" (sorry) und die gesammte abgebildete Baugruppe abbilden möchtest, bitte vergiss nicht Reibung für die Kontakte zu definieren. Setz die Kontakte (wenn nicht schon gesetzt) auf Penalty-Formulierung mit Reibung (ein Reibkoeffizient von 0.08 dürfte reichen).

Viele Grüße
Alex

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Ist mir gerade aufgefallen: Das Modell hat mindestens zwei Symmetrieebenen. Ich würde also nur ein Viertel modellieren.

Auch wichtig: die Randbedingungen überprüfen, wenn du Singularitäten bekommst.

Viele Grüße
Alex

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Hi Alex,

erstmal danke ich Dir für die schnelle und ausführliche Antwort .
Was das Modell angeht, ich wollte das als ganzes simulieren, da ich die Spannungen an der großen Schraube und am Bolzen prüfen wollte. Die bisherigen Simulationen ergaben Resultate unter der Streckgrenze, daher kann ich sie auch weglassen.
Der Tipp mit dem Viertelmodell ist gut, die Lagerbedingung müsste dann lauten, dass es auf der einen Seite fest eingespannt wird, sich also nur nach rechts bewegen kann und es sich in die Ebene hinein bzw. hinaus auch nicht bewegen darf?

Das Netz hatte ich bei den ersten Berechnungen mit kleineren Elementen versehen, an den Kontaktflächen der Knotenbleche verfeinert und anschließend alles nochmal strukturiert.
Die Singularitäten tauchten an der abgerundeten Stelle der Knotenbleche auf.
Kannst du mir vielleicht noch sagen, warum ich Pure-Penalty und nicht Lagrange verwenden soll?
Im Prinzip sind die ja gleich, nur dass Pure-Penalty eine Strafffungktion aktiviert, wenn eine minimale Durchdringung stattfindet.

Nochmals vielen Dank für die Antwort!

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Hallo,

die Symmetrierandbedingungen sind bei Volumen, wie du auch erkannt hast, Verschiebungsrandbedingungen auf allen Knoten der Symmetriefläche, in normaler Richtung. In Ansys APDL und Workbench gibt es dafür schon eine spezialisierte Funktion, aber man kann es auch mit Standardbefehlen machen.

Pure Penalty ist einfacher zum lösen als Lagrange oder Augmented Lagrange. In vielen praktischen Anwendungen ist die Kontaktdurchdringung aufgrund der Kontaktsteifigkeit sehr wichtig, weil sie ja die reale Kontaktsteifigkeit aufgrund von Oberflächenrauhheiten abbildet. Petuelli war einer der Ersten, der Messungen der Kontaktsteifigkeit in Fügestellen untersucht hat. Die ist sehr groß (ca. 5e12 N/m/m^2 bei gefrästen Oberflächen) aber vorhanden. Bei dir könnte man die Penalty-Steifigkeit dafür nutzen um die Nachgiebigkeit der Schweißverbindung zu approximieren.

Viele Grüße
Alex

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Bild2.jpg Bild3.jpg Bild4.jpg

Hi Alex,

ich habe mit dem Viertelmodell versucht zu rechnen, aber bei den Randbedingungen war ich mir nicht ganz sicher, aus diesem Grund habe ich das halbe Modell genommen. Es wurde alles so gemacht, wie du es mir empfohlen hast. Es treten aber immer noch Singularitäten auf, wenn ich das Netz verfeinere. Ich habe auch keine Ahnung mehr was ich noch dagegen unternehmen kann. Bin am verzweifeln!

Hilfeeee!

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Hallo,

ich vermute, die Lösung im dritten Bild hast du mit dem groben Netz erhalten. Warum es beim feinerem Netz nicht mehr klappt, kann ich von hier nicht sagen. Evtl. postest du das Output der Lösung.

Ich tippe aber auf die Kontakte zwischen den Rohren.

Das Tetraeder-Netz sollte zumindest auf den Rohren aus Hexaedern mit mindestens 3 elementen pro Dicke bestehen.

Viele Grüße
Alex

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Gruezi,

was genau ist die Aufgabenstellung?

Ich meine

- um einen Querbelasteten Bolzen zu dimensionieren brauche ich kein FEM

- Zum Nachweis des geschweissten Rahmens brauche ich keine Kontak^te

Gruss,

der Rechenschieber

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Hallo,

die angegebene Lösung ist mit dem Netz erstellt, welches auch auf dem Bild zu sehen ist.
Die Aufgabe ist, zu vergleichen ob bei einer Karosserie eine Versteifung mir Hilfe von Knotenblechen oder einer Diagonalstrebe, bei Belastungen, besser ist. Das ganze natürlich bei gleichem Gewicht. Dies soll ich mit Ansys simulieren und dann mit Hilfe eines Zugversuches belegen.

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@Rechenschieber: die Kontakte ergeben sich, wenn man aus CAD eine Baugruppe importiert. Die Kontakte sind standardmässig auf "Bouded" eingestellt, dass keißt keine Trennung der Kontaktflächen. Diese Art von Kontakte ist auch dann geschickt, wenn man die Nachgiebigkeit der Schweißverbindung annähern möchte.

Viele Grüße
Alex

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Hallo Meshparts,

Richtig. Obwohl "Bonded" dann ja feste Verbindungen darstellen - also keine nichtlineare Berechnungen erfordern. Also lediglich eine statische Berechnung ist. Hier können dann eben auch keine instabilitäten im Solver auftreten.

Viel wichtiger ist doch die Frage, was der Threadsteller mit den erhaltenen Spannungen in Schweissnahtnähe anstellt.

Gruss,

der Rechenschieber

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Hallo,
dass an den Kannten Singualaritäten auftreten ist ja wohl vollkommen normal, wenn man das Material einigermaßen ausnutzen möchte und keine zichfache Sicherheit einbaut ist!
Dies ist aber auch kein Problem, denn dort liegen ja die Schweißnähte die du nicht modelliert hat, diese bilden eine Art Radius und mildern die Kante somit ab... wenn du also noch weiter rein willst, dann bitte mit modellierten Schweißnähten!!! Ansonsten einfach die Kraftreaktionen an den Kontakten auswerten und überprüfen und die Schweißnähte konventionell nachweisen.
Im übrigen werden diese Spannungsspitzen nach der ersten Belastung über der Streckgrenze plastifiziert und treten bei erneuter Belastung nicht wieder auf, da dort im unbelasteten Zustand dann aus Zug Druck wird und umgekehrt und im Belastetem Zustand deutlich geringere Spannungen anliegen.
Also kannst die einfach vergessen.
Das gezeigte Netz sieht gut aus und ist fein genug, eine Verfeinerung bringt nur noch höhere Werte in den Singularitäten zu Tage!
Ich glaube hier fehlt einfach ein bisschen die Routine im Umgang mit dem Werkzeug FEM, nur weil etwas rot ist, ist es noch lange nicht "BÖSE".
Wenn du die roten Bereiche raus fillterst und nur diese anzeigen lässt wirst du bei den meisten feststellen, dass sie nur an der Oberfläche liegen...

lg Jens

[Diese Nachricht wurde von Jens2001 am 18. Mrz. 2013 editiert.]

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[Diese Nachricht wurde von Jens2001 am 18. Mrz. 2013 editiert.]

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Hallo Rechenschieber,

es kann eben zu Singularitäten kommen, wenn die linearen Kontakte nicht mehr automatisch erkannt werden. Dann wird an der stelel keine Verbindung erstellt und manche Teile können lose werden. Dies führt in einer statischen Analyse zu diesem Fehler über Singularitäten.

Aber das sind alles nur Vermutungen. Am besten postet Seroegin sein Outputfile...

Viele Grüße
Alex

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Hallo Leute,

@Jens: ich bin leider noch ein Neuling in Bezug auf FEM und brauche deshalb auch eure Hilfe. Es geht aber nicht nur um die rote Stelle, an der sich, mit jeder Netzverfeinerung, die Spannung erhöht. Der gesamte Verlauf erhöht sich ja. Um die rote Stelle zu reduzieren, müsste ich also an die Kante eine Abrundung erstellen?

@Meshparts: ich würde dir gerne mein Outputfile zeigen, aber ich weiß nicht was das ist und wo ich es finde. Kannst du es mir erklären?

Gruß
Seroegin

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ja!
1.) Entweder mit Kontakten rechnen und an diesen dann die Kraft und Momentreaktionen sowie die Spannungen hinreichend weit aus den Ecken Kanten und Kontakten auswerten und dazu ein Zweckmäßig vereinfachtes Modell verwenden, wie du es getan hast!
Dein Netz sieht schon ordentlich fein aus kann man natürlich aus der ferne schlecht beurteilen...
Ich hätte wohl ein Mittelflächenmodell erstellt und alles mit Solidshell Elementen vernetzt.... fertig!

oder wenn du mehr Details sehen willst...

2.) dann mußt du natürlich auch das Originalteil mit allen Radien etc. (auch denen die durch Schweißnähte entstehen) abbilden dazu verzichtest du am besten auch ganz auf Kontakte und verschmilzt die Baugruppe zu einem Teil.
Bei den Kehlnähten musst du aufpassen nur Verbindung in der / über die Schweißnaht- oder bei dem dünnen Blech häufig der Fall durchgeschweißte Kehlnähte auch im Grundwerkstoff durch den Einbrand dies ist einfacher zu modellieren und ist in der Praxis auf Grund des Einbrandes auch häufig der Fall und hält sogar besser, aber nur bis etwa 1,5 max 2 mm Blech realistisch möglich.
Wenn du den zweiten Weg gehen möchtest, dann musst du die Singularitäten natürlich beachten...
Die Schweißnähte selbst und die höchst belasteten Bereiche am besten im Submodell

beim ersten Vorgehen führen dich die Singularitäten leider in die Irre und treten IMMER auf so lange du den Werkstoff einiger maßen ausnutzen möchtest... diese dann einfach ignorieren... dazu braucht es aber ein wenig Erfahrung und nen Arsch in der Hose... weil ist ja alles Rot
Aber genau dies richtig zu werten unterscheidet den Ingenieure vom Produzenten bunter Bilder!

lg Jens

[Diese Nachricht wurde von Jens2001 am 18. Mrz. 2013 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Jens2001 am 18. Mrz. 2013 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Jens2001 am 18. Mrz. 2013 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Jens2001 am 18. Mrz. 2013 editiert.]

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Hallo Jens,
ich würde es gerne auswerten, aber ich habe das Problem, dass ich zwar ein feines Netz erstelle und dann auch Ergebnisse bekomme. Doch um sicher zu gehen, dass sich der Wert nicht stark ändert, probiere ich immer ein feineres Netz aus. Das Problem ist nun, woher weiß ich, wann das Netz ausreichend ist, um einigermaßen genaue Ergebnisse zu bekommen? Dazu fehlt mir halt noch die Erfahrung, da wir das Programm in einem Semester hatten und den Umgang mit Singularitäten nicht besprochen haben, sie kamen nur bei einem Aufgabenteil dran um zu zeigen, dass sowas vorkommen kann. Damals war es bei einer Knickung eines Bleches und mit jeder Verfeinerung hat sich die Spannung immer weiter auf einen Punkt reduziert und erhöht.

Gruß
Seroegin

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dafür bekommst du im Laufe der Zeit einfach ein Gefühl.
Ich hätte das Netz garnicht so fein gemacht wie du, hätte aber auch wie schon erwähnt mit einem (Mittel-)Flächenmodell und nicht mit einem Volumenmodell gerechnet.
Das hat bei dünnen Blechen fast immer entscheidende Vorteile. Schweißnähte dann konventionell nachweisen.
Als Anhaltspunkt kann du sagen, das Netz ist dann ok (fein genug), wenn sich die Spannungen innerhalb eines Elementes nicht gravierend ändern, überall wo das gegeben ist kannst du auswerten, die Orte mit den extremsten Werten am besten im Submodell auswerten, dass spart dann Rechenzeit und Stress...

Wie schon gesagt, bei deinem Modell wenn du es so wie du es auswerten möchtest... alle Schweißnähte, Radien Ausklinkungen etc. mit Konstruieren und als ein Bauteil.
Und da das Ding in den Ecken "überbestimmt" ist mit einem plastischen Materialmodell rechnen und den Abbau der Spannungsspitzen in den Ecken und Kanten durch Plastifizierung berücksichtigen.
Dies wäre mir aber zu viel Aufwand für dieses Bauteil!
Den Aufwand würde ich dann nur bei einem Sicherheitsrelevantem Bauteil mit extremer Belastung treiben wollen...

lg Jens

[Diese Nachricht wurde von Jens2001 am 18. Mrz. 2013 editiert.]

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Hallo,

das Output-File hat die Endung .out und befindet sich in einem der Unterordner des Workbench-Projektordners. Einfach die Suchfunktion verwenden.

Alternativ, das Ansys Workbench in Mechanical APDL öffnen und den Contact Manager öffnen. Dort den Kontaktstatus überprüfen. Schauen, ob alle Kontakte "closed" sind.

Gruß
Alex

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MESHPARTS
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Hey Leute,

ich danke euch für eure Unterstützung. Ich habe die Kontakte überprüft und sie sind alle geschlossen. Habe eure Tipps umgesetzt, das Netz grober gemacht und nur an der wichtigen Stelle feiner und der Wert ändert sich nicht mehr so groß. Es klappt jetzt alles!

Vielen Dank. Ein großes Lob an das Forum!

Gruß
Seroegin

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Hallo,

also wenn ich das richtig sehe hast Du Dein Maxima an einer einspringenden Ecke.
Einspringende Ecken sind eine der Hauptursachen für Singularität.
Es lassen sich auch nicht immer in jedem Fall alle Singularitäten vermeiden.
Du könntest bei allen einspringenden Ecken Radien aufbringen, dass ist eine Frage inwieweit das deiner Realität enstpricht.
Ansonsten heißt Singularität im Modell primär, das Du an dieser Stelle nicht Auswerten darfst. Du mußt also in etwas Abstand zu der Singularität auswerten, hängt vom Grad der Vernetzung ab.
Singularitäten haben starke Spannunggradienten, wenn Du mit ein paar Elementen Abstand, oft reichen schon 3 bis 5, auswertest ist das Ergebnis durchaus repräsentativ.

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Gruß
femfan

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ich kann "femfan" nur uneingeschränkt zustimmen, und ihn nur danken...
hat er doch besser verständlich noch einmal das dargelegt, was ich weiter oben schon versucht habe zu erklären...

vielleicht noch einmal soviel:

FEM ist keine Zauberkiste, sondern ein Werkzeug mit dem man den Umgang erlernen muß!
Für den Anfang empfehle ich immer wieder FEM an bekannten Problemen, sowie an funktionierenden Bauteilen, als auch an Bauteilen die versagt haben zu "kalibrieren" dann lernt man am schnellsten, wie weit man den Ergebnissen seiner FEM Rechnungen vertrauen kann und wo die Schwächen (z.B. Singularitäten) liegen...
Das es in den Ecken und Kanten Spannungsspitzen gibt ist immer so und sollte klar sein!!!
Wenn sowas jedoch kritisch werden könnte und ausgewertet werden muß - dann hilft immer nur eine nichtlineare Rechnung (plastisches Werkstoffmodel) mit mehreren Lastschritten (Belastetes Model=> Lastfreies Model (zeigt die Restspannungen durch partielles Fließen => erneut belastetes Modell)), in dem der Abbau der Spitzenspannungen durch partielle Plastifizierung des Werkstoffes berücksichtigt wurde.
Liniare Rechnungen mit den Annahmen des Hookschen Gesetzes führen dann leider nicht mehr zum Ziel und liefern in den Bereichen vollkommen falsche Ergebnisse und sollten deshalb nicht ihrem Betrag nach ausgewertet werden! Sehr wohl aber mit einem "Achtung" da gibt es möglicherweise Probleme zur Kentniss genommen werden um evtl. geeignete Maßnahmen zu ergreifen.

lg jens 

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