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Autor Thema:  Lokales Beulen in Stahlträgern (4209 mal gelesen)
Manetti
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erstellt am: 10. Jul. 2014 14:38    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


FotosVersuch.pdf

 
Hallo liebe ANSYS-Gemeinde,

folgendes Problem: Ich möchte/soll in meiner Diplomarbeit Stahlträger auf lokales Beulen untersuchen - besser gesagt die zugehörigen Verformungen (Dehnungen und Durchbiegungen) kurz bevor der Träger aufgrund der Biegebeanspruchung örtlich ausbeult (Stichworte Flanschbeulen). Ich habe mir dazu einen passenden Träger ausgesucht (HEA 280 mit 3m Länge), welcher auch in einen Versuch schon geprüft wurde. Den möchte ich zu Beginn erstmal nachrechnen. Man muss dazu sagen, ich bin blutiger Anfänger, was ANSYS und FEM generell betrifft.
Biegedrillknicken spielt bei dem Träger eine sehr untergeordnete Rolle, der Traglastabfall wurde in den Versuchen durch das Beulen gekennzeichet. Jetzt ist meine Frage, wie ich mein System dazu bringe, dass es örtlich ausbeult - also was ich während des Solution-Prozesses eingeben muss. Im Anhang ist der Quelltext, habe mit ANSYS Classic gearbeitet. Und wie finde ich heraus, bei welcher Last mein Träger ausbeult? Habe bisher meine Last immer händisch gesteigert (im Eingabefile, siehe Anhang) würde aber gerne wissen, bei welcher Last tatsächlich das Beulen einsetzt.

Ich freue mich, wenn jemand eine Lösung hat!

[Diese Nachricht wurde von Manetti am 10. Jul. 2014 editiert.]

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smittytomcat
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erstellt am: 10. Jul. 2014 15:56    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 Manetti 10 Unities + Antwort hilfreich

Moin,

also bevor Du jetzt mit Volumenmodellen loslegst, beschränke Dich in den ersten Rechnungen auf Schalenmodelle z.B. mit dem 8-Knoten Element SHELL93 oder danach auch mit dem SHELL291 (Vorteil Shell93 : Du brauchst nur die Dicke für die  Real Propertys  definieren)
Dann erzeugts Du Flächen für den Steg und die Gurte, wobei die Gurte etwa auf der Mitte der Flansche liegen sollte und weist diesen Fläche ein Material und ein Real Property zu.
So, jetzt kommmt  das Meshen - für Beuluntersuchungen sind feine Netze erforderlich. Ich würde den halben Flansch  jeweils mit 8 oder mehr Elementen belegen, und den Steg mit 16 oder mehr Elementen über die Höhe meshen. Über die Länge würde ich etwa  100 oder mehr Elemente

Um überhaupt das Beulen rechnen zu können muß ein Spannungszustand in den Träger eingeprägt werden (Biegemomente, Normalkraefte etc.). Das ist der erste Lastfall für die anschließende Berechung in der der Beulwert als Vielfaches des eingeprägten Spannungszustands berechnet wird.

In der Ansys Hilfe ist ganz gut beschrieben was man tun muß:

Structural Guide | Chapter 7. Buckling Analysis |
7.5. Procedure for Eigenvalue Buckling Analysis

So, wenn Du dannn den Grundspannungszustand erstmal erzeugt hast und die Spannungen stimmen - dann melde Dich.

UPS - wo ist der Anhang?

------------------
Gruß
Gerd
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Manetti
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erstellt am: 10. Jul. 2014 16:36    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


Quelltext.txt

 
Vielen Dank für die schnelle Antwort. Ich hoffe es klappt jetzt auch mit dem Anhang, hatte diesen eigentlich davor auch schon hochgeladen, aber der ist ja nicht da.
Hatte es auch schon so gemacht, wie du geschrieben hast. (Modell mit Schalenelementen, als Schalen in den den Mittellinien der Gurte und des Steges), Last pauschal draufgebracht und Spannungen betrachtet, die halte ich für schlüssig (habe das Modell parallel dazu mit Balkenelemten modelliert, um erstmal ins Programm reinzukommen und die Spannungen bewegen sich unter der aufgebrachten Last in gleichen Größenordnungen).
Mir geht es jetzt eben um den Lösungsprozess, sprich wie muss ich das problem lösen, damit der Träger beult, mir die kritische last ausgibt und die eigenformen anzeigt?

falls die Quelldatei (Quelltext.txt) wieder nicht dabei ist brauche ich bitte noch einen Tip, wie ich die hochlade (eigentlihc doch über "Datei anhängen" oder bin ich auch dafür zu doof?)

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smittytomcat
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erstellt am: 10. Jul. 2014 16:55    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 Manetti 10 Unities + Antwort hilfreich

Das sieht doch alles prima aus. Jedoch würde ich 8-Knoten Schalenelemente wählen - also statt Et,Shell181 lieber ET, Shell281.

So und nach der statischen Analyse geht es dann weiter wie in der Hilfe (gib mal Bucklung Analysis ein und schau dann  unter procedure (Chapter 7.5 der Hilfe). Dort sind auch alle Kommandos gelistet und auch wie Du Dir die Eigenformen anschauen kannst

------------------
Gruß
Gerd
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erstellt am: 16. Jul. 2014 15:58    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


Beulen.jpg


ReferenztragerHEA280S235ausgesteift_NichtlineareBeulanalyse.txt

 
Hallo,

leider komme ich nicht groß weiter. Ich habe mich dazu belesen und mein Netz noch verfeinert. Grundsätzlich würde ich gerne eine nichtlineare Beulanalyse durchführen.
Ich habe das Gefühl, dass die Struktur nicht eben mal so ausbeult (wäre ja auch zu schön gewesen..) . Im Structural Analysis Guide (7.3.4) steht sinngemäß, dass man einem perfekten Systemen einen kleinen "Anstoß" geben muss,damit es ausbeult. Deswegen habe ich kleine Verschiebungen an den Stellen, wo ich Ausbeulungen erwarte (siehe Fotos im ersten Post) eingeführt.

Zur Lösung habe ich jetzt folgendes gemacht:
- neue statische Berechnung  ausgewählt
- NLGEOM,ON
- Automatic Time Stepping On
- Belastung des Einfeldträgers: ca. 360kN

Leider macht der Träger immer noch nicht was er soll, nämlich ausbeulen. Die kleinen Beulen, die er jetzt wirft, resultieren nur aus der eingeprägten Verschiebung.
Mir ist auch nach wie vor nicht klar, wie das Programm mit der Belastung umgeht. Am besten wäre es doch, wenn wenn das Programm selbst die Last bis zum Verzweigungspunkt steigert (und wenn ich das richtig verstehe, entspricht das dem Befehl AUTOTS,ON), aber ich muss ja auch bestimmen wo die Last angreift (deswegen habe ich die Einzellast mit 360kN aufgebracht). Wie findet ANSYS nun die Verzweigungslast bzw. Was mache ich falsch? Bei höheren Lasten kommt dann, dass die Lösung nicht konvergiert.
Und wo kann ich die berechnete Verzweigungslast zum Schluss auslesen?
Das  veränderte Eingabefile ist wieder im Anhang.



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cgebhardt
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erstellt am: 16. Jul. 2014 20:04    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 Manetti 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo,
Beim nichtlinaeren Beulen ist es empfehlenswert, die Last als Verschiebung aufzugeben und dann die Reaktionskraft über der Verschiebung darzustellen. Dann sieht man den Beulpunkt besser und man hat weniger Probleme mit der Konvergenz.

Auch das Bogenlängenverfahren ist eine hilfreiche Option, insbesondere mit Version 15.

Die von Ihnen beschriebenen Verschiebungen um eine bestimmte Beulform zu initiieren halte ich für problematisch. Verändert sich dadurch nicht die Steifigkeit?Für Imperfektionen kann man alternativ eine (höhere?) Beulform aus dem linearen Beulen hernehmen, skalieren und mit UPCOORD für die nichtlineare Analyse übernehmen (damit werden die Knoten geometrisch verschoben, der DOF bleibt frei). Alternativ auch das Ergebnis einer statischen Analyse.

Viele Grüße
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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smittytomcat
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erstellt am: 17. Jul. 2014 08:43    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 Manetti 10 Unities + Antwort hilfreich

Moin,
wie sehen denn die nächsten Beulformen aus?
Und, bitte mal die analytische Beulwerte gegenüberstellen

------------------
Gruß
Gerd
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erstellt am: 17. Jul. 2014 09:12    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

Analytisch kann man die nicht berechnen. Für lokales Beulen gibt es meiner Kenntniss nach keine Methoden. Mein Gedanke war, dass der Träger mindestens Lasten bis 348kN tragen kann, dass entspricht der Last, die sich aus einer Bemessung ergeben (s.u.)

Mpl,Rd=fy*Wpl,y=261,2kN für HEA280,S235  (vollplastisches Moment=Streckgrenze*plastisches Widerstandsmoment)
Med=FL/4 (einwirkendes Moment bei einem Einfeldträger unter Einzellast)
--> mit Med=Mpl,Rd ergibt sich bei einer Länge von 3m eine zugehörige Kraft von 348kN

Eine weitere Laststeigerung ist aber noch möglich, bis sich irgendwann die Beulen bilden (vll sogar auch noch danach). Ich würde einfach nur so gern wissen, WIE ich die Last steigere und der Träger die örtlichen Beulen im Bereich der Lasteinleitung (Feldmitte) (wenn ich die Last z. B. händisch steigere konvergiert irgendwann die Lösung nicht mehr, AUTOTS bringt irgendwie auch nicht das gewünschte Ergebnis, oder ich wende es falsch an.) Auch wenn ich ein lineare Beulanalyse durchführe, treten keine Beulen auf.

Die Verschiebung aufzubringen wie ich im letzten Post geschrieben habe war völliger quatsch.

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smittytomcat
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Hallo,

glaubst Du wirkich das die Vorderen das nicht abgeschätzt haben? Die Flansche sind mit dem simplen Modell der 3 seitig gelagerten Platte leicht und ansatzweise zu erschlagen. Und das gilt auch für die Stegfelder.
Und da Du noch mit dem 4 Knoten Element SHELL181 ist das Netz vermutlich noch nicht fein genug. Miß mal die lokalen Beulen aus dem Versuch nach und vergleiche wie viele Elemente den Bereich in Deinem Modell abdecken

------------------
Gruß
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erstellt am: 17. Jul. 2014 12:07    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 Manetti 10 Unities + Antwort hilfreich


Heb000.jpg


Heb001.jpg


Heb002.jpg

 
Ich hab mir mal den Spaß gemacht Dein Modell mit dem Element Shell93 (8-Knoten) durchgerechnet.
Und die Eigenwerte unterscheiden sich doch deutlich von Deinen Werten:
Mode 1 - Kippen des Gesamträgers
Mode 2 - Beulen des Unerflansches usw.

Da der Träger schon bei der Last von 360 KN die Fließgrenze des Materials erreicht werden sich dann die Beulerscheinungen durch die Plastifizierung des Materials und quasi die Tangentenmodule ergeben. Nur, um das zu rechnen mußt Du auch die Verfestigung des Materials berücksichtigen. Und ebenfalls notwendig ist eine noch feinere Unterteilung im örtlichen Bereich.
Mein Vorgehen wäre im ersten Schritt das Ranfahren der Last auf ca 80% der Fließspannung und dann mit dem Ergebnis aus einer linearen Rechnung (ideal elastisch) die maximale Durchbiegung im zweiten Schritt an die 360 kN ranfahren und beide Schritte weggesteuert, meinetwegen nur auf den einzelnen Knoten


------------------
Gruß
Gerd
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[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 17. Jul. 2014 editiert.]

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Ui das sieht ja gut aus! Kippen kann bei diesem System grundsätzlich auftreten, obwohl die Versuche kein Kippen gezeigt haben und die Systemschlankheit auch noch recht gering ist.
und wie bist du da jetzt vorgegangen, außer dass andere Elemente eingesetzt wurden (hatte es auch schon mit shell281 + feinerem Netz versucht aber da hat mein Studenten-Laptop schlapp gemacht)?  Könnten Sie mir das bitte noch kurz  schrittweise beschreiben?  Ich danke Ihnen wie verrückt!!

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erstellt am: 17. Jul. 2014 13:11    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 Manetti 10 Unities + Antwort hilfreich

Zunächst die Frage - warum macht der Laptop schlapp - läßt die Lizenz nicht mehr zu, oder ist es eine Frage der Zeit, wenn letzteres, dann ist es halt Sound lehrt Geduld  .
Zum zweiten, ich habe einfach  die Anweisung ET,1,Shell181 durch ET,1,Shell93 (mag ich lieber dieses Element) ersetzt.
Danach hab ich den statischen Lauf angeschmissen, wobei ich noch nacharbeiten mußte die den selektierten Knoten, da drei Knoten ausgewählt wurde statt einem.
Noch eins, so gut gemeint es auch ist den Schubmodul zu definieren - laß es, denn damit bastelst Du Dir ein orthotropes Material. Deshalb nur die Querkontraktionszahl NUXY definieren.
Danach die statische Anlayse mit Prestress,On und danach die Beulanalyse (linear) mit 8 zu bestimmenden Beulwerten.
Aber, die Beulwerte bzw. dann die Beullasten können gar nicht erreicht werden, da schon unter der Nennlast das Fließen einsetzt.
Wenn nur die Fließsapnnung definiert wird, können die betroffen Regionen im Flansch keine weitere Laststeigerung ertragen - in der Realität schon, da das Versagen erst mit der Bruchspannung erreicht wird und bis dahin zeigt jeder Baustahl in den Spannungs-Dehungsdiagrammen eine Steigerung der Spannungen - und genau diese quasi Gerade ist der Tangentenmodul

------------------
Gruß
Gerd
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Ok, prima soweit alles klar. Danke für die Beschreibung!

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ja denn wat nu, Rechenzeit zu lang - oder gibt die Lizenz nicht mehr her. Da gibt es noch differenzierte Möglichkeiten für das Modell.

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Gruß
Gerd
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der bringt dann weder ne Fehlermeldung, noch die Meldung "Solution is done" sondern stoppt einfach immer an bei einer bestimmten Zeit, klappt dann aber wieder, wenn man die Belastung ein kleines bisschen reduziert.

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smittytomcat
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man, ein paar mehr Info oder ein Screen Shot oder die Error-Datei in Auszügen - wenn ich ne Antwort hätte würde ich mein Geld als Guru verdienen können

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Gruß
Gerd
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