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Modell.png Netz.png Kraftkonvergenz.png

Hallo,

ich versuche mit Ansys Workbench 14 eine Transiente Strukturmechanik Simulation zur Untersuchung eines Tiefbohrproesses zu erzeugen. Es geht um eine Tiefbohrung von Aluminium Bauteil mit dünner  Wand. Ich möchte Untersuchen wie stark sich das Bauteil, während einer halben Umdrehung des Bohrers verformt und wo genau die größten Belastungen liegen. Ich nehme dabei vollgende Vereinfachungen an:
- keine Abbildung der Spannbildung
- die aus dem reelen Versuch gemessenen Kräfte drücken auf kleine fiktive Volumenelemente an der Schneide des Bohrers
- große Verformungen sind aktiviert
- die Halbe Umdrehung des Bohrers erfolgt in 0,00698s
- Baustahl für Bohrer, Aluminiumlegierung für Bauteil, einen Werkstoff ähnlich wir Baustahl aber mit viel höherem E-Modul für die Volumenelemente 
- Alle Kontakbereiche als Verbund, außer den Bereich der Bohrung(dort den Typ "reibungsbehaftet" mit 0,1 Koeffizient und "symmetrisches Verhalten" und "Augmented-Lagrange-Verfahren" ausgewählt)
- Bohrer wird hinten an der Querschnittsfläche mit externer Verschiebung beaufschlagt, um eine 180grad Drehung in 140 Substeps und einem Schritt zu vollziehen
- Hinten am zylindrischen Versatz wird der Bohrer mit einem starren Lager radial gehalten
- die Kräfte greifen die Volumenelemente ebenfalls in 140 Substeps, wobei die Richtung der Kraftevektoren sich mit der Drehung des Bohrers ändert

Leider bricht die Simulation nach ca. 16 Substeps ab und folgende Meldungen werden angezeigt:
1. Mindestens ein Körper enthält nur 1 Element in mindestens 2 Richtungen zusammen mit reduzierter Integration
2. Während der Lösung sind Solver-Pivot-Warnungen ausgegeben worden
3. Es sind große Verformungseffekte aktiviert. Dadurch sind u. U. einige der zugeordneten Lagerungen, wie z. B. Verschiebung, zylindrische Lagerungen oder starre Auflager, ungültig geworden.
4.Der Solver konnte unter den vorgegebenen Randbedingungen keine konvergente Lösung für das nichtlineare Problem finden

Können Sie mich bitte auf den richtigen weg führen und mir erklären, ob diese Simulation grundsätzlich falsch ist oder ob man durch weitere Vereinfachungen und Modifikationen ein vernüftiges und realistisches Ergebniss erreichen kann? Welche Einstellungen habe ich frundsätzlich falsch gewählt?

Viele Grüße
Andre

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Hallo,

wie sieht denn das Ergebnis bis zum unkonvergenten Zustand aus? Ist die Analyse bis dahin ok und plausibel? Wie sieht der unkonvergierte Zustand aus?
Weshalb ist der Bohrer in der Analyse enthalten? Wird der Bohrer aus der Ruhelage beschleunigt oder hat er eine Anfangsbedingung?

Reicht es, die umlaufenden Spannungen zu ermitteln oder muss der dynamische Zustand erfasst werden?
Wenn ersteres: statisch mit rechnen, ohne Bohrer und einfach die Kraft "umlaufen" lassen in mehreren Lastschritten. Dann sieht man in welcher Position die Verformung / Spannung maximal wird.
Wenn letzteres: soll wirklich der dynamische Spannungsverlauf beim Anfahren im Material gerechnet werden? Wenn nein, sind die initialen Bedingungen wichtig.

Viele Grüße
CG

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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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Hallo,

vielen dank für Ihre schnelle Antwort!
Bis zum unkonvergenten Zustand sieht das Ergebnis nicht wirklich plausibel aus, denn die Spannungen schwanken und sehen so aus:
-Im Bereich des V-förmigen Schaftes und an dem Vorsatz wo der Schaft starr gelagert ist herrschen Spannungen im Bereich 50 MPa bis  zur max. 450 MPa.
- an den Kraftangriffsstellen nur eine max. Spannung von ca. 40 MPa
- am Bauteil auch nur eine max. Spannung von ca. 40 MPa
- der unkorvergierte Zustand ist vom Spannungsverlauf und von Verschiebungen her nicht hervorzuheben 

Der Bohrer muss in der Analyse vorhanden sein, da der Mittenverlauf des Bohrers ebenfalls untersucht wird.
Ja, der Bohrer wird aus der Ruhelage ausgelenkt. Er wird 140 mal um 1,28grad in einem Zeitschritt von 5*10^-5s durch eine externe Verschiebung an der Querschnittsfläche ausgelenkt.
Es müssen die umlaufenden Spannungen, der Mittenverlauf des Bohrers und Bauteilfverformungen an der dünnen Wandseite untersucht werden. Die dynamischen Effekte werden nicht untersucht.
Ich glaube ich kann den Bohrer nicht weglassen.

Viele Grüße
Andre

 

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