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Mast-Seilverbindung.jpg

Hallo Zusammen,

ich habe ein mir vollkommen unerklärliches Problem.  
Ich versuche eine Festigkeitsberechnung eines Segelmastes durchzuführen und arbeite mich dafür gerade in Ansys Workbench 14 ein. Die Geometrie habe ich in Autodesk Inventor erstellt. Im Moment taste ich mich nach und nach voran und arbeite mit einem vereinfachten Modell des Mastes.
Mein Problem bezieht sich auf die Drahtseile, die den Mast stützen. In der Realität sind das vereinfacht drei Seile. Eins an jeder Seite und eins vorne. Mein "vorantasten" hat mich zunächst dahin geführt, dass ich den Mast inkl. der beiden Seile an den Seiten definiert und berechnet habe. Nun füge ich das Dritte Seil vorne ein und es geht nichts mehr. Auch wenn ich ausschließlich das Seil vorne betrachte, die beiden anderen also unterdrücke, konvergiert die Lösung nicht.

Hier ein kurzer Überblick zu meinen Einstellungen:
- alle Seile sind auf Link180 geändert und können nur Zugkräfte aufnehmen (beides per Command eingestellt, siehe Bild)
- die Seile bestehen jeweils nur aus einem Element
- alle Seile sind am unteren Ende fixiert gelagert, ebenso der Mast
- alle Seile sind am Mast mit einer fixierten Körper-Körper-Verbindung befestigt (sihe angehängtes Bild)
- alle Seile werden mit einer Vorspannung in die Elementkoordinatensystem-x-Richtung versehen (inistate Befehl per Command, siehe Bild)

Ich habe einige Versuche unternommen um den Fehler zu finden, dabei ist folgendes Aufgefallen:
- ohne Vorspannung, also ohne inistate-Befehl, konvergiert die Rechnung mit allen drei Seilen
- führe ich die Rechnung linear durch, also ohne große Verformungseffekte, konvergiert die Rechnung auch mit Vorspannungen und drei Seilen
- sobald ich mit allen drei Seilen Rechne kommt eine Fehlermeldung ("Mindestens ein MPC-Kontaktbereich oder eine externe Randbedingung steht möglicherweise in Konflikt mit anderen angewandten Randbedingungen oder andren Kontaktbereichen."), egal ob die Rechnung am Ende konvergiert oder nicht

Eventuell liegt das Problem also bei der Verbindung der Seile (Linienkörper/-elemente) mit dem Solid, wo genau oder warum kann ich aber nicht nachvollziehen. Die Linienelemente der Seile sind jeweils mit deren Knoten an der Kante des Mastes verbunden (siehe Bild). Ist es eventuell Problematisch wenn mehrere Linienkörper an der selben Kante verbunden sind, bzw. wenn der Abstand zwischen den Verbindungspunkten zu klein ist?

Hat irgendjemand eine Idee wo der Fehler liegen könnte?

sportzfreund

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Hi Sportszfreund,

darf ich fragen warum du mit "großer Verformung" arbeiten willst?

Gruß

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Zum einen werden große Verformungen auftreten und zum anderen funktioniert die "nur-Zug"-Funktion vom Link180 nur bei einem nicht linearen Lösungsverfahren (laut Hilfe: "nonlinear solution procedure is necessary for these options"). Das stelle ich doch über "große Verformungseffekte" ein, oder?

sportzfreund

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Große Verformungen = Theorie 2. Ordnung. Ansys rechnet meines erachtens automatisch nichtlinear sobald tension only elemente drin sind. Theorie 2. Ordnung brauchts zum Anfang wahrscheinlich nicht.
Das eigentliche Problem liegt in den Joints. Die erzeugten MPCs überlagern sich. Damit kommts zu einem Overconstraining.
Ansys schmeißt dann ein paar Gleichungen raus und damit ist wahrscheinlich dein Link nicht mehr angebunden. Ergo, nix geht mehr.

Du brauchst meines Erachtens nur die Knoten von Solid und Link mergen. Dafür die Linie im CAD auftrennen Keypoint von Link und Solid in einer Gruppe und die erzeugten Knoten per APDL (cmsel,s,gruppe $ nummrg,node).
Ev kannst du auch einfach diese Knoten per Revolute Joint verbinden.

Viel Erfolg

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Jens Friedrich

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Ja das stimmt, da stellst Du das ein oder mit APDL-Command NLGEOM,ON. Aber das klärt das Problem nicht, was Du das hast. Wie sehen denn deine sonstigen Radnbedingungen aus?

Gruß Cron

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Danke für die Antworten!

@Jens
Ansys rechnet nicht automatisch nichtlinear wenn tension-only Elemente vorhanden sind, hab's gerade nochmal ausprobiert. Zumindest nimmt das Linkelement bei linearer Rechnung bei mir auch Druckkräfte auf.
Dein Vorschlag werde ich gleich mal probieren, auch wenn ich bisher noch nicht wirklich weiß wie genau das geht, eventuell frag ich also nochmal nach   

@Cronjharn
Ansonsten benutze ich an Randbedingungen nur fixerte Lagerungen für die anderen Enden der Seile und die Unterseite des Mastes und eine zylindrische Lagerung am Mast.
Alle Analyseeinstellungen habe ich auf Programmmgesteuert gelassen.

Am unverständlichsten finde ich, dass es nicht klappt, wenn ich nur das vordere Seil betrachte und die anderen unterdrücke. Das Setup ist das selbe, nur der Winkel vom Mast zum Seil ist anders.

[Diese Nachricht wurde von sportzfreund am 13. Nov. 2013 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von sportzfreund am 13. Nov. 2013 editiert.]

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Hm,

musst du nicht noch was mit den Keyoptions machen? Mir ist so, als wenn du da noch definieren musst, ob tension only o. Ä. Ich kann grad nicht in die Hilfe schauen, da ich nicht auf Arbeit bin. Mir ist so, dass default = tension + compression oder irre ich mich da?

Gruß Cron

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Bei Ansys 14 muss die tension-only Option über "real constants" eingestellt werden. Auf dem angehängten Bild in meinem ersten Beitrag ist das in dem Command unter dem Linienelement zu sehen. "r,matid,51,,1"

In Ansys 14.5 stellt man das glaub ich laut Hilfe bei den Keyoptions ein. Ich werde vielleicht das ganze heute Nacht noch in Ansys 14.5 machen, hab's erst seit gestern aufm Rechner und bis jetzt noch keine Lust wieder stundenlang die Hilfe zu durchsuchen um das ganze zum laufen zu bringen.

[Diese Nachricht wurde von sportzfreund am 13. Nov. 2013 editiert.]

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hi,
im apdl Objekt zum aufbringen der Vorspannung selektierst du mit "esel,s,type,,3".

woher weißt du das alle link180 der 3 Seile den type 3 haben ?
Ich denke die 3 Seile haben jeweils einen separaten Type.

also alternativ mit "esel,s,ename,,180" alle Link180 selektieren oder über ne Komponente gehen.

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hi solve1,

ja, du hast recht, die Links haben alle einen separaten Typ. Den Screenshot hab ich wahrscheinlich gemacht als ich probehalber nur mit Vorspannung auf einem gerechnet habe.
Woher ich weiß welches Element welche Typnummer hat: Einfach die aktiven Körper in der Geometrieliste durchzählen. So hab ich mir das jedenfalls hergeleitet, und es stimmt mit den Angaben in der Solver-Ausgabe überein.
Das ich alle Linkelemente einzeln anwählen wollte hatte den Gedanken, das alle ein unterschiedliche Ausrichtung haben. Da hab ich für jedes ein Koordinatensystem definiert und das dann im "inistate,set,csys,..." angewählt. Inzwischen weiß ich aber, dass inistate bei Links sowieso nur mit dem Elementkoordinatensystem funktioniert, sprich ich auch alle auf einmal anwählen könnte (insofern die gleiche Vorspannung gewünscht ist). Zum Beispiel mit deinem Befehl, den ich aber so noch nicht probiert habe. Ich glaube im Endeffekt macht es keinen Unterschied. Ich muss aber, wenn ich denn irgendwann mal am Ziel bin, in der Lage sein einzelne Gruppen von Linkelementen auszwählen, weil die jeweils unterschiedliche Vorspannungen haben werden.

Grüße,
sportzfreund

[Diese Nachricht wurde von sportzfreund am 13. Nov. 2013 editiert.]

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Befehle.jpg

Ich habe immernoch vollkommen unlogische Probleme bei der ganzen Geschichte.

Rechne ich mit einem tension-only Link180 inkl. Vorspannung an der Seite (Linkausrichtung in der y-z-Ebene) funktioniert alles. Führe ich die exakt gleiche Rechnung mit dem Link180 an der vorderseite (x-z-Richtung) durch, konvergiert die Lösung nicht.
Der Mast ist Rotationssymmetrisch und die Einstellungen und Befehle sind in beiden Fällen identisch, es gibt in meinen Augen absolut keinen Grund, warum das nicht geht.
Auffällig ist, dass es funktioniert, wenn ich die Elementdefinition des Links vorn deaktiviere. Was sehr merkwürdig ist, weil der Befehl beim Link an der Seite funktioniert.
Anbei nochmal zur Erläuterung die APDL-Befehle und ein Bild.

Ich bin mir nicht 100%ig sicher, ob der Befehl zur Elementdefinition richtig ist, ich habe alles so gut es ging der Hilfe entnommen, in Workbench 14.0 war der Befehl noch anders. Kennt sich damit jemand genauer aus?

Ich stehe kurz davor den Rechner ausm Fenster zu schmeißen ... vielleicht kann das einer von euch verhindern  

Edit: das Problem tritt auf, sobald die Richtung des Links einen Anteil in x-Richtung, also nach vorne hat.

[Diese Nachricht wurde von sportzfreund am 17. Nov. 2013 editiert.]

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