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Gut zu wissen: Hilfreiche Tipps und Tricks aus der Praxis prägnant, und auf den Punkt gebracht für Ansys
Autor Thema:  Starrkörperbewegung durch Schwerkraft verhindern (4460 mal gelesen)
Schwungscheibe
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Beiträge: 5
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Schwungscheibe.PNG


Unbenannt1.PNG

 
Hallo zusammen,

im Rahmen meiner Bachelorarbeit untersuche ich eine Schwungscheibe (Spannung,Verformung) in Ansys Workbench 14.0

Problemstellung:
Die Schwungscheibe besteht aus einer inneren Scheibe(grün), auf die ein Ring (braun) gesteckt ist.
Die Scheibe und der Ring sind angeschrägt, sodass eine Art Keilverbindung entsteht.
Nur die Scheibe ist an ihren Enden gelagert.
In radiale Richtung sind Bolzen in die Scheibe geschraubt, die als Mitnehmer für den Ring dienen. Im Ring sind Nuten, keine Löcher eingebracht. Dadurch kann sich der Ring unter Fliehkrafteinfluss leicht weiten und an der Scheibe entlang ein Stück nach unten rutschen.

Nun meine Frage(n):
Theoretisch könnte sich der Ring ja in der Nut auch nach oben bewegen. Kann ich durch Aufbringen einer Gewichtskraft in -y - Richtung dies verhindern? Bzw. versteht Ansys dass sich die Scheibe aufgrund ihres Gewichtes niemls nach oben bewegen wird?
Ist das Herunterrutschen durch Aufweitung des Ringes überhaupt erlaubt oder gilt dies auch als Starrkörperbewegung?
Wenn ja, wie könnte man dieses Verhalten in der Simulation berücksichtigen?

Ich arbeite erst seit einigen Wochen mit Ansys Workbench, d.h. ich bin noch ein ziemlicher Anfänger, ich hoffe ihr verzeiht mir die eine oder andere dumme Frage   

Grüße
Schwungscheibe   

PS: Ich weiß nicht warum Ansys mir die Geometrie im Schnitt als Schale anzeigt, es handelt sich definitiv um einen Solid-Körper. Die Baugruppe ist aus Pro/E importiert.

Edit: Ich habe ein zweites Bild angefügt auf dem man die Konstruktion von außen sieht. Bolzen und Nut haben den gleichen Durchmesser, sodass ein Linienkontakt entsteht. Diesem habe ich die Bedingung "Reibungsbehaftet" gegeben..

[Diese Nachricht wurde von Schwungscheibe am 21. Jun. 2013 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Schwungscheibe am 21. Jun. 2013 editiert.]

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cgebhardt
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erstellt am: 22. Jun. 2013 15:47    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Schwungscheibe 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo,

ohne die Definition einer Gewichtskraft oder einer Beschleunigung weiß der Ring nichts von einer Erdanziehung. D. h. es gäbe keine Bewegungsrichtung durch diese. Man muss die Erdanziehung aktivieren (Erdanziehungskraft oder Beschleunigung) um diesen Effekt zu sehen.

Das Herunterrutschen ist "erlaubt", da spricht nichts gegen. Die Bewegung wird ja durch den Kontakt unterbunden, sofern die Kraft in die richtige Richtung wirkt. Je nach Definition Kraft oder Beschleunigung ist die Richtung unterschiedlich, am Besten mal ohne Kontakt und zusätzlicher Lagerung testen, um die gewünschte Wirkrichtung sicherzustellen.

Die Flächen in der Darstellung rühren übrigens vom Schnitt her. Im Netz oder Ergebnis sieht das besser aus.

Der Vollständigkeit: Ich würde das Modell achteln. Rechnet dann 8x schneller. Vor allem gibt es aber keine Starrkörperbewegung in Umfangsrichtung. Dadurch ist die Analyse auch robuster. An allen durch den Symmetrieschnitt entstandenen Flächen dann eine reibungsfreie LAgerung definieren. Geht allerdings nur bei symmetrischen Lasten (wie z. B. Fliekraft).

Gruß
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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Schwungscheibe
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erstellt am: 24. Jun. 2013 17:40    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


Verformung_Gewichtskraft.PNG

 
Hallo,

erst einmal vielen Dank für die Antwort!

Ok, die Erdanziehungskraft gebe ich einfach als Trägheitslast vor, so gibt es sie ja schon "vorgefertigt".
Ich habe eine Analyse nur unter Schwerkrafteinfluss gemacht und der Ring rutscht an der Schrägen entlang nach unten.
Allerdings "haften" die Bolzen am Ring, obwohl ich als Kontakttyp "keine Trennung" eingegeben habe. 
Kontakttyp zwischen Ring und Scheibe ist ebenfalls "keine Trennung", zwischen Bolzen und Scheibe "Verbund".

Inwiefern kann es zu Starrkörperbewegung in Umfangsrichtung kommen?
Ich dachte eigentlich dass durch die Bolzenverbindung Relativbewegungen zwischen Scheibe und Ring verhindert werden.
Außerdem wirkt die Rotationsgeschwindigkeit konstant auf die gesamte Baugruppe, somit sollte es in diese Richtung sowieso keine Rel.Bewegung geben.
An eine Ausnutzung der Achsensymmetrie habe ich auch schon gedacht, allersings kenne ich in diesem Bereich nur eine vollständige Symmetrie, sodass man ein 2D-Modell erstellen kann. wie ein Achtelschnitt richtig "verklebt" wird, weiß ich leider nicht.

Viele Grüße

Edit: Gerade habe ich herausgefunden dass für die Option "keine Trennung" die Flächen parallel zueinander sein müssen.

[Diese Nachricht wurde von Schwungscheibe am 24. Jun. 2013 editiert.]

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Schwungscheibe
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erstellt am: 26. Jun. 2013 09:52    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hat jemand eine Idee welche Kontakttypen in diesem Fall angebracht sind?
Ich habe jetzt schon so ziemlich sämtliche Kombinationen ausprobiert, aber jedes Mal konvergiert die Lösung nicht und Workbench meldet, dass es zu Starrkörperverschiebungen kommt.
Die Einzige Option die durchläuft ist, wenn alle Kontakte des Ringes auf "keine Trennung" gestellt sind. Das führt dann aber zu dem obigen Fehler.

Meines Erachtens nach wäre es sinnvoll die Kontakte zwischen Scheibe und Ring auf "keine Trennung" zu stellen und die zwischen Bolzen und Ring auf "reibungsbehaftet" bzw. "reibungsfrei".
Der Kontakt zwischen Scheibe und Ring würde somit die Position des Ringes exakt vorgeben und zwischen Bolzen und Ring würden keine Zugkräfte übertragen werden, was ja ebenfalls realistisch ist.

Ich hoffe es kann jemand etwas Licht ins Dunkel bringen 
Vielen Dank!

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cgebhardt
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erstellt am: 30. Jun. 2013 19:19    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Schwungscheibe 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo nochmal,

darf ich nochmal auf die Empfehlung des Achtelmodells verweisen? Achteln und alle Flächen, die durch den Schnitt entstehen, mit "Reibungsfreier Lagerung" versehen.
Die Starrkörperbewegung kann im Moment in axialer und radialer Richtung auftreten. Der Kontakt sollte das verhindern SOFERN er wirkt (das ist aber Teil der zu findenden Lösung, d. h. es gibt für den Solver Situationen wo er nicht wirkt und dann fliegt das Zeugs aufgrund der noch nicht ausiterierten Kontaktkräfte weg). Achteln heisst, es gibt keine radiale Bewegungsmöglichkeit mehr, "nur" noch axial.
Die Stifte in den Langbohrungen können mit "Keine Trennung" nicht gleiten, wenn die Flächen nicht tangential zueinander laufen (tun sie nur auf einer Linie im Berührpunkt, der Kontakt erstreckt sich aber auf den gesamten Zylinder des Bolzens, das verhindert das Gleiten). Wenn das mit dem Achteln nicht klappt (Was ich eindeutig präferiere) wäre eine Bastellösung, die Bolzen parallel zur anliegenden Fläche leicht "anzuschleifen" dass 2 parallele Flächen entstehen UND NUR DIESE mit einem Kontakt "keine Trennung" als gleitend verbinden.
Scheibe und Ring auf Trennung: Kann man machen, aber mein Bauchgefühl sagt mir, dass die Aufweitung dazu führt, dass die Konusfläche ihren Winkel verändern und zwar für Aussen- und Innenteil ungleich. Das wird mit "keine Trennung" unterbunden (klebt sozusagen wie ein Magnet auf einem geölten Gegenkonus") und damit wird der Ring durch diesen Kontakt künstlich versteift (ob das wichtig ist? schwer einzuschätzen, nach einem Vergleich weiss man es, solche Effekte unterschätzt man aber leicht, deshalb wäre ich vorsichtig, ihn hier einach unter den Tisch fallen zu lassen). Reibungsbehafteter Kontakt wäre besser. Falls er nicht konvergiert: Für die Kontakte an den Konusflächen Pinballradius erhöhen und Last langsam steigern (automatisches Timestepping mit 100,5,1000).

Gruß
CG

------------------
Christof Gebhardt

CAD-FEM GmbH
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Schwungscheibe
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erstellt am: 02. Jul. 2013 17:59    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo Herr Gebhardt,

erst einmal vielen Dank dafür dass Sie sich die Mühe gemacht haben das Problem noch einmal zu durchdenken!

Zum Achteln: Ich muss gestehen dass ich keine Achtelsymmetrie in der Schwungscheibe erkennen kann...
Was ich direkt erkenne wäre ein vierteln, dabei blieben aber die Kontakte zwischen Bolzen und Ring erhalten.
Der einzige Grund warum ich bisher keine Achsensymmetrie verwendet habe, ist dass ich dies noch nie getan habe (außer 2D) und ich mir keine zusätzliche Fehlerquelle durch falsche Randbedingungen einbauen wollte.

Andererseits gefällt mir Ihre Idee mit dem "Anschleifen" sehr gut, die Ergebnisse werden dadurch keinesfalls beeinflusst und es ließe sich in der Realität ja auch so lösen! (Klar, dabei würde das exakte positionieren beim Einschrauben der Bolzen kompliziert werden, doch ich halte die Vereinfachung für legitim!)

Dass "Keine Trennung" zwischen Ring und Scheibe das Ergebnis deutlich verfälscht war mir bewusst, leider ist eine Berechnung mit nichtlinearen Kontakten bisher nicht konvergiert..

Ich werde Ihren Vorschlag zum automatischen Timestepping in Kombination mit Reibung auf alle Fälle testen!
Außerdem werde ich das Modell vierteln, allein um Rechnzeit zu sparen.

Gruß

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Schwungscheibe
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erstellt am: 03. Jul. 2013 16:23    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


Viertel.PNG

 
Ok, ich habe ein Viertel-Modell erstellt und einige Testläufe nur unter Schwerkrafteinfluss gemacht. D.h. Rotation gibt es erst einmal keine. Kontakt zwischen Bolzen und Ring ist "keine Trennung" (ich habe die Kontaktfläche abgeflacht) und zwischen Scheibe und Ring "reibungsbehaftet" mit Mü=0,2.

Problem: Die Lösung konvergiert, allerdings bewegt sich der Ring 63 Meter nach unten.
Erst dachte ich der Kontakt zwischen Ring und Scheibe wird einfach nicht erkannt und habe etwas am Pinball rumgespielt, aber jetzt habe ich einen anderen Verdacht:

Versteht Ansys dass es sich eigentlich um einen geschlossenen Ring handelt? (Die Symmetrieflächen haben eine "reibungsfreie Lagerung")
Denn ohne Berücksichtigung der Symmetrie ist das Ergebnis logisch: Der Ring rutscht einfach nach "außen" an der Scheibe entlang und fällt dann ins Bodenlose bis er von den "weichen Federn" aufgefangen wird.

Muss ich noch zusätzlich eine zyklische Symmetrie (o.ä.) einfügen?
Damit kenne ich mich leider bisher nicht aus..

Gruß

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cgebhardt
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Maschinenbauingenieur


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erstellt am: 08. Jul. 2013 08:23    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Schwungscheibe 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo,

wenn alle durch den Schnitt entstandennen Flächen reibungsfrei gelagert sind, heisst das normal zur Fläche keine Bewegung möglich. Das entspricht einem "geschlossenen" Ring.

63 m Verformung heisst, der Kontakt wird nicht gefunden. Aus der Ferne empfehle ich
- beim nichtlinearen Kontakt die Option: "Adjust to touch" bei der Kontaktbehandlung/Interface treatment (davon verspreche ich mir am meisten)
- die Last langsamer zu steigern
- den Pinball Radius weiter zu steigern (ich weiss nicht ob 70 m Sinn machen, probieren geht über studieren)

Wenn das nicht hilft --> Support kontaktieren, da muss man das Modell ein bisschen genauer anschauen.

Gruß
CG
PS: Vierteln ist schon mal prima (weil es die tangentiale Bewegung eliminiert) , achteln ist Kür :-). Fürs nächste Mal: Schauen Sie sich das Viertelmodell in Axialrichtung an. Ich vermute unter 45 Grad gibt es eine Symmetrie. Kann man nutzen, wird nochmal Faktor 2 schneller, sieht halt nicht mehr so "echt" aus, wenn man das Ergebnis jemand anderem zeigen muss. In solchen Fällen kann man dann das Ergebnis über die Symmetriefunktion grafisch spiegeln, aber das ist jetzt erst mal sekundär. Richtiges Ergebnis ist wichtiger, deshalb bleiben Sie ruhig beim Viertelmodell.


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Christof Gebhardt

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[Diese Nachricht wurde von cgebhardt am 08. Jul. 2013 editiert.]

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