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input.txt Kontaktmanager.jpg

Hallo CAD.de Gemeinde,

seit ein paar Tagen komme ich bei einer Berechnung für meine Master-Thesis nicht voran und benötige Hilfe von jemandem der sich mit Ansys besser auskennt als ich.
Beschreibung der Berechnung: ich versuche die Verformung (und anschließend die Spannungen) einer Glasscheibe welche durch eine Explosionslast belastet wird zu berechnen. Dies ist eine transiente Berechnung welche sich in einem Zeitraum von etwa 10-30 ms abspielt. Die Glasscheibe wird über Kontaktelemente mit einer EPDM-Schicht verbunden. Die Kontaktelemente habe ich mit dem Kontaktmanager erstellt und ich habe die Standardeinstellungen einbehalten (siehe Bilder). Der Kontakt sollte sich so verhalten, dass nur Druckkräfte übertragen werden und keine Reibung zwischen Glasscheibe und EPDM-schicht greift.
Das E-Modul vom Glas beträgt 70000 N/mm² und der des EPDMs ca. 1,3 N/mm². Wenn ich diese Werte in die Berechnungsdatei eingebe bekomme ich ein Konvergenzproblem und somit keine Lösung. Wenn ich für das EPDM einen Wert von 50 oder 100 N/mm² eingebe, wird die Berechnung zwar gelöst, jedoch stimmt dann die Verformung der Glasscheibe nicht wirklich.
Ich habe bereits versucht mit sehr viel mehr substeps zu arbeiten (100 pro Millisekunde), jedoch hat das auch nicht geholfen.
Ich lade die Input-Datei mit hoch, und hoffe dass mir Jemand einen Tip hat, wie ich die Berechnung mit den richtigen Steifigkeiten lösen kann. Ich bin über JEDEN Tip sehr dankbar! Die Berechnungsdatei ist eventuell etwas unübersichtlich, da ich den Log des Kontaktmanagers eingefügt habe.

Freundliche Grüße und noch angenehme Weihnachtsfeiertage
Maleck

[Diese Nachricht wurde von MaleckR am 26. Dez. 2013 editiert.]

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Hallo Maleck, willkommen bei CAD.de.

" EPDMs ca. 1,3 N/mm² " So gefühlsmäßig ist das ein bisschen sehr wenig. Hast Du da ein kleines k vergessen ?

Wieso überträgt die Folie nur Druck ? Dann bräuchte man die überhaupt nicht. Die überträgt doch mindestens auch noch Schub.
( MPa ist das gleiche wie N/mm² , aber auf der Tastatur handlicher und deswegen inzwischen üblicher )

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Klaus

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1. Bestätigt das Verschiebungsbild, das du bei der 2ten Berechnung kriegst, die Richtigkeit der Kontakt- und Lagerdefinitionen, so dass das System in keinem Zustand statisch verschieblich wird?

2. Übersteigt die Spannungen (Glas und EPDM) die jeweiligen Zulässigen in der nicht-konvergierenden Berechnung?

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Grüße, Moe

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Zitat:

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Original erstellt von N.Lesch:
Hallo Maleck, willkommen bei CAD.de.

" EPDMs ca. 1,3 N/mm² " So gefühlsmäßig ist das ein bisschen sehr wenig. Hast Du da ein kleines k vergessen ?

Wieso überträgt die Folie nur Druck ? Dann bräuchte man die überhaupt nicht. Die überträgt doch mindestens auch noch Schub.
( MPa ist das gleiche wie N/mm² , aber auf der Tastatur handlicher und deswegen inzwischen üblicher )

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Hallo Klaus und danke für deine Antwort.
Die EPDM-Schicht ist nicht als Folie zwischen den Glasscheiben gedacht, wie PVB-Folie bei Verbundsicherheitsglas, sondern dient dafür eine weiche Lagerung der Glasscheibe in einem Fensterrahmen zu gewehrleisten. Somit werden bei Verformungen durch die weiche EPDM-Schicht große Spannungspitzen verhindert, was bei einem sprödem Werkstoff wie Glas sehr wichtig ist.
Bezüglich des E-Moduls der EPDM-Schicht. 1,3 N/mm² ist im Bauwesen in der Tat eine unüblich niedrige Zahl, jedoch hat Kunststoff bei einer Shore-A Härte von 40 ca. diesen Wert. Auch führt der geringe E-Modul der EPDM-Schicht zu einer mehr oder weniger „gelenkigen“ Lagerung.

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Lagerung.jpg Detail.jpg

Zitat:

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Original erstellt von farahnaz:
1. Bestätigt das Verschiebungsbild, das du bei der 2ten Berechnung kriegst, die Richtigkeit der Kontakt- und Lagerdefinitionen, so dass das System in keinem Zustand statisch verschieblich wird?

2. Übersteigt die Spannungen (Glas und EPDM) die jeweiligen Zulässigen in der nicht-konvergierenden Berechnung?

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Hallo Moe und auch dir danke für die Antwort.

Das Verschiebungsbild bei der Berechnung mit den höheren E-Moduli vom EPDM passt in etwa mit dem im Versuch gemessenen Verhalten überein, jedoch ist die Lagerung zu steif. Die Glasscheibe verhält sich bei der Berechnung in etwa so als wäre sie an den Rändern eingespannt, was nicht so sein sollte. Von dem Verformungs- und Ausschwingverhalten ist es auch so dass die Auslenkung der Glasscheibe grob stimmt aber ein wenig zu gering ist (11mm statt 15mm)
Bezüglich den Spannungen: die statischen Festigkeitswerte vom Glas werden in der Tat überschritten, aber in Versuchen mit dieser Belastung hält die Glasscheibe der Belastung stand und bricht nicht. Glas besitzt unter kurzer Belastungsdauer eine deutlich höhere Festigkeit.
Ich habe mal 2 Bilder von dem letzten Berechnungsschritt eingefügt von der Berechnung bei der das Konvergenz Problem auftritt. Das erste Bild zeigt die Lagerung am Rand und das zweite ist ein Detail der Lagerung. Es sieht so aus als würde sich die EPDM-Schicht durch das Glas verschieben. Ich hoffe man kann erkennen was ich meine.

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Zitat:

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Original erstellt von MaleckR:
... Wenn ich für das EPDM einen Wert von 50 oder 100 N/mm² eingebe, wird die Berechnung zwar gelöst, jedoch stimmt dann die Verformung der Glasscheibe nicht wirklich.

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Heißt es dass die Verformungsform stimmt ans sich aber die Verschiebungswerte nicht?

Wenn ja, dann wäre die  Materialmodellierung die potentielle Fehlerquelle. Hast du alle Materialeigenschaften wie Dämpfung für EPDM und dynamischen E-Modul für Glas in Betracht gezogen?

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Grüße, Moe

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Hallo Moe,
ich bin deinen Tip nachgegangen und habe den Materialien Dämpfungen zugewiesen, und in der Tat hat Ansys eine konvergierende Lösung gefunden, und auch die Verformung passt sehr gut mit den zu erwartenden Ergebnissen überein. Ich bin dir unendlich dankbar! Die letzten Tage war ich kurz vor dem Verzweifeln. Ich hatte den Fehler in der Kontaktdefinition und der Lastaufbringung gesucht und hätte nicht erwartet das es an den Materialeigenschaften liegen könnte.
Nochmals sehr vielen Dank für deine Hilfe!

Freundliche Grüße
Maleck

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Hi meinst du,dass ein E-modul, basierend auf der Shore-A, eine ausreichende Aussage über das dynamische Verhalten von edlem liefert? Kunststoffe verspröden stark bei Lastaufbringung in kurzer Zeit? D.h. das E-Modul würde sich ebenso ändern. So kann ich mich jedenfalls an meine Studiumsunterlagen erinnern. Korrigiert mich wenn ich falsch liege.

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Hi Cronjharn,
du hast natürlich recht. Unter stoßartiger Belastung haben Kunststoffe ein höheres E-Modul und verspröden. Für meine Berechnung steht der Kunststoff jedoch nicht im Vordergrund und mir war wichtig dass die Berechnung einfach mit einem niedrigen E-Modul ohne Konvergenzprobleme durchläuft. Die Steifigkeiten kann ich nun, da die Berechnung läuft natürlich anpassen. Danke aufjedenfall für deinen Hinweis.

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meiner Meinung nach sind Elastomere mit einem viskoelasischen Materialmodell zu  modellieren. Hierzu ist mindestens eine Spannungs-Dehnungs-Kurve im Zug-(Druck)-Bereich erforderlich.

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Viele Grüße        
Achim              PS: Als Anerkennung für einen Beitrag freu' nicht nur ich mich über Unities

Was ist der Unterschied zwischen Theorie und Praxis? Theorie ist, wenn man alles weiß und nichts funktioniert - Praxis ist, wenn alles funktioniert und keiner weiß warum (Autor unbekannt)

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