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Zeichnung.jpg

Hallo zusammen,

Ich bin Student und arbeite mit ANSYS Workbench 14.5.
Ich soll für ein Glasmaterial einen 3-Punkt Biegeversuch simulieren. Dabei habe ich mich entschieden das Ganze in 2D zu machen um etwas Zeit und Rechenaufwand zu sparen und erstmal die komplette Fläche zu simulieren, bevor sie vielleicht aus Symmetriegründen vereinfacht wird. Die Glasplatte liegt rechts und links auf 2 Stäben auf und wird mittig durch einen weiteren Stab belastet (Siehe Anhang). Die Platte ist 120.5 mm lang und 0.7 mm dick (E-Modul 74 GP; Poissonzahl 0,2; Zugfestigkeit 45 MPA; Druckfestigkeit 800 MPA)

Meine Frage bezieht sich jetzt auf die Randbedingungen die für diese Simulation vorgesehen werden müssen, bzw. ob die von mir gewählten korrekt sind.
Ich habe die beiden Stäbe auf denen die Platte aufliegt als "Fixierte Lagerung" angenommen. Zusätzlich habe ich die Unterseite der Glasplatte so gezeichnet, dass der Punkt an dem sich Glasplatte und Stab berühren auch ausgewählt werden kann und diesen auch als "Fixierte Lagerung" angenommen. Der Kontakt zwischen den beiden Stäben und der Glasplatte habe ich als "Reibungsfrei" angenommen. Der Stab der die Belastung ausübt ist über eine "Externe Kraft" mit 10N als Y-Komponente definiert.
Die eigentliche Problematik ergibt sich jetzt für den Stab der mittig als Prüfkörper die Platte biegt. Wenn ich etwas anderes für den Kontakt auswähle als "Verbund" geht der Stab einfach durch die Platte durch ohne sie zu belasten. Aber "Verbund" bedeutet ja in etwa sowas wie, dass die beiden Teile ein Bauteil bilden, was ja nicht stimmt. Selbst wenn ich "Verbund" wähle kommen bei einer Belastung von 10 N schon Verformungen heraus bei denen ANSYS mir die Meldung herausgibt, dass die Verformung im Vergleich zum Modellrahmen viel zu groß ist.
Kann mir einer sagen wo hier mein Fehler liegt, bzw. was ich möglicherweise anders machen könnte damit dort etwas sinnvolles rauskommt?

Mit freundlichen Grüßen und besten Dank im voraus,

Daniel

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>>Der Stab der die Belastung ausübt ist über eine "Externe Kraft" mit 10N als Y-Komponente definiert.
>>Die eigentliche Problematik ergibt sich jetzt für den Stab der mittig als Prüfkörper die Platte biegt.

Wenn Du eine externe Kraft aufbringst - welchen Zweck erfüllt dann noch der Stab?

Und was für eine Art von Analyse willst Du durchführen?
Die Art des Problems legt zunächst nahe, eine statische Analyse durchzuführen. Aber wenn Du von "Kontakt" schreibst, ist es wohl eher eine transiente Analyse?

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Rainer Schulze

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Ich arbeite noch nicht so lange mit ANSYS.
Für den realen 3 Punkt Biegeversuche habe ich 2 Stäbe auf denen die 120*120*0,7mm Glasplatte aufliegt und von oben ein ebenfalls zylindrischer Prüfkörper die Kraft aufbringt. Ich habe dann versucht die Realität unter Berücksichtigung von Zeit- und Nutzenaufwand so gut wie möglich abzubilden, also das Ganze erstmal auf 2D zu reduzieren. Die Stäbe wollte ich deshalb mitsimulieren, da im Kontaktbereich der Stäbe ja Kräfte auftreten, die ich auch gerne sehen würde.
Als Analyse-Typ hatte ich die statische Analyse gewählt, das ist korrekt. Was die Externe Kraft angeht so meine ich mal gelesen zu haben, dass das besser wäre als nur eine Kraft (kann mich aber auch täuschen). Die Problematik an den Stäben ist, dass ich die Randbedingungen nicht so setzen kann, dass sie der Realität entsprechen. Die Stäbe sind ja nicht mit der Glasplatte verbunden, sondern eher als reibungsfrei anzunehmen. Wenn ich jedoch etwas anderes als Verbund als Kontakt auswähle, dann senkt ANSYS die Platte einfach durch die Stäbe durch und meldet, dass mit den Randbedinungen etwas nicht stimmt.

Mittlerweile habe ich die Stäbe unterdrückt und für die beiden Stäbe, auf denen die Platte aufliegt eine Verschiebung angebracht, die in y-Richtung gesperrt ist und in x-Richtung frei, sodass ich ein Lager habe. Den Stab der die Kraft überträgt habe ich auch unterdrückt und lasse in einem Punkt mittig auch einfach eine Verschiebung angreifen (Das Ganze dann Schrittweise gesteigert, sodass man nicht von 0 auf 100 verschiebt).
(Ich kann leider gerade kein Bild davon posten, da ich nicht mehr in der Uni bin)

Von der Biegung des Profils her sieht das schon ok aus, nur wenn ich dann wieder statt einer Verschiebung am selben Punkt eine Kraft angreifen lassen schießen die Spannungswerte und Werte für die Verformung wieder durch die Decke.

Daher wäre meine Frage wie die Randbedingugen, bzw. die angreifende Kraft/Verschiebung bzw. die Lagerung, sei es jetzt mit Stäben oder ohne korrekt gewählt wird.
Ich bin mir da unsicher und suche daher den Rat von Profis hier im Forum, bevor ich noch bei der ANSYS-Hotline anrufe 

Mfg

Daniel

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>>bevor ich noch bei der ANSYS-Hotline anrufe 

Das ist sicher kein Thema für eine klassische Hotline.
Die soll und will nicht Training ersetzen.

Benutze mal die Forensuche hier mit dem Stichwort "Kontakt".
Da wirst Du sicher ein paar hilfreiche Beiträge finden.

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Rainer Schulze

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Kontakteinstellungen.jpg Lagerung.jpg Ergebnis.jpg

Ich habe jetzt mal im Forum etwas rumgeforscht und habe einmal versucht die Sachen die dort erwähnt wurden umzustellen. Da ich ja vorher schon unsicher war, kann ich jetzt auch nicht recht sagen ob das jetzt korrekt ist oder nicht. Daher wollte ich mal Fragen ob jemand über die Einstellungen gucken kann und mir sagen kann, ob das im groben so korrekt ist 
Das erste Bild zeigt meine Kontakteinstellungen. Ich zähle die Einstellungen jetzt nicht auf, da sie ja im Bild für beide Kontakte festgehalten sind.
Mein Netz ist für die Glasplatte feiner als für das Lager oder den Prüfkörper. Ich bin da auch am Limit was mit der Studenten Lizenz hier möglich ist.
Das zweite Bild zeigt meine Lagerung. Der rechte Stab ist als fixiert angenommen. Die Verschiebung 2 gilt für den Prüfkörper und die linke Kante der Glasplatte und sperrt die Bewegung in x-Richtung. Die Verschiebung 3 gibt dann die Verschiebung für den Prüfkörper vor - also weggesteuert. Die Zeitschritte habe ich dabei wie in Bild 2 vorgegeben.
Das Ergebnis ist in Bild 3 dargestellt. Das Material hat eine Biegefestigkeit von 45 MPa. Vom Gefühl her würde ich sagen, dass das durchaus hinkommen kann.

Aber wie gesagt, ich würde mich freuen wenn mir da jemand seine Einschätzung dazu sagen könnte.

Mfg

Daniel

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Muss das wirklich mit Kontakten und den Stäben modelliert werden?
Reicht es bei den kleinen Verformungen nicht aus, nur die Auflager als Festhaltungen und die Kräfte direkt auf die Platte aufzubringen?
Kann man so etwas auch analytisch lösen? Was bringt die numerische Lösung dem gegenüber?

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Die Glasplatte ist das Trägersubstrat auf dem mehrere Schichten von Materialien aufgebracht werden. Aufgrund der Biegefestigkeiten und E-Modul der einzelnen Schichten, die ich mir aus der Literatur zusammengesucht habe, und auch diversen mathematischen Beziehungen wie der Stoney-Gleichung kann geschlossen werden, das bei der Krafteinleitung von der Glasseite her das Glassubstrat vor allen anderen Schichten versagt.

Dies soll vorzugsweise unter realen Bedingungen als Bauteiltest ermittelt werden. Dabei geht es nicht nur darum, wann das Glas versagt, sondern bis zu welcher Belastung ich das Bauteil belasten kann ohne das das Glas oder andere Schichten zu Schaden kommen.
Im Falle der Krafteinleitung von der Glasseite ist die Sache noch einfach, da ich nur 1 Schicht habe. Wenn ich die Kraft auf der Seite angreifen lasse wo die Schichten aufgetragen sind, kann ich nicht einfach alle Schichten vernachlässigen. Optisch ist ein Bruch ja sichtbar, nur will ich gar nicht bis zum Versagen gehen sondern kurz vorher und da kommt die FEM ins Spiel.

Mit der FEM will ich Kraftpunkte festlegen bei denen ich den realen Versuche fahre.
Also z.B. 1 Kraftpunkt: Glasbruch
2 Kraftpunkt: 90% ausgelastet
3 Kraftpunkt 80 % ausgelastet

So bekomme ich drei Punkte für die ich dann eine gewisse Anzahl an Proben fahre und bei denen dann hoffentlich aufgrund geringer Streuung eine Gerade herauskommt. Ist dies der Fall so habe ich mit dem realen Versuch und der FEM mit zwei Augen auf das Problem geschaut und kann sagen, das meine ermittelten Grenzwerte korrekt sind. Wenn ichs noch per Hand nachrechne sogar mit drei Augen 

Soviel zu dem eigentlichen Hintergrund warum ich das machen möchte.

Was die Simulation angeht, so ist das meine erste wissenschaftliche Arbeit zu einem solchen Thema. Von daher kann ich nicht beurteilen, was sinnvoll ist und was nicht. Wenn sie mir sagen, es ist sinnvoll die Stäbe wegzulassen, da es der Qualität der Lösung nicht schadet sondern die Simulation sogar wesentlich vereinfacht, so nehme ich das gerne an 

Das was ich gepostet habe stellt lediglich meinen Versuch da mein Problem irgendwie zu lösen und persönlich gehe ich davon aus das es deutlich bessere Wege gibt. Schließlich ist das der Grund warum ich mir hier versuche Rat einzuholen.

Ich hoffe das konnte die Situation etwas näher bringen 

Mfg

Daniel

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Hallo,

für eine Globalaussage sieht das Modell schon mal nicht schlecht aus. Die relevanten früheren Antworten zu Kontakt und weggesteuerter Analyse wurden ja gefunden und gut umgesetzt, auch die Kontaktoption Berührung anpassen, das Verformungsergebnis sieht plausibel aus, die Spannungen in x-Richtung auch, das passt alles gut zusammen.
Die Antwort auf die Frage von WOSCH, wozu die Stäbe notwendig sind, macht mich aber noch ein bisschen unruhig. Wenn absolute Realitätstreue eine Rolle spielt, ist die geometrische Modellierung der Stäbe und der sich daraus ergebenden Kontaktsituation natürlich besser als eine idealiserte (falsche) Lasteinleitung ohne Stäbe. Allerdings muss das Netz auch in der Lage sein, das abzubilden. Für eine saubere und genaue Abbildung der Lasteinleitung über Kontakt Zylinder/Ebene Fläche braucht es ein recht feines Netz. Für eine Steifigkeitsinformation ist das vielleicht noch nicht so kritisch. Für Spannungen in diesem Bereich auf jeden Fall. Wenn die Kontaktspannung sich mit der Biegung überlagert und die kritische Spannung nennenswert erhöhen kann, müsste man diesen Effekt bedenken. Je größer die Stützweite, desto unwichtiger wird das. Ich vermute, es werden sich primär die Druckspannungen erhöhen, nicht die Zugspannungen. Diese Druckspannungen dürften bei Glas weniger wichtig sein als die Zugspannungen. Für eine saubere Darstellung sollte man diese Sache verifizieren.

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 zusammen,

Vielen Dank erstmal für die Antworten.
Das freut mich ja, dass da nun endlich etwas sinnvolles dabei rausgekommen ist. 

Was die Sache mit der Realitätstreue angeht, so ist das gesamte Bauteil für die Krafteinleitung von der Glasseite her ja schon auf nur das Glas reduziert worden. Im realen Fall würden verschiedene Schichten ja einen stabilisierenden Einfluss auf das Glas haben und auch möglichweise mehr Biegung zulassen.
Wenn ich die Kontaktsituation mit den Stäben ordentlich abbilden will, wie fein muss dann mein Netz werden und muss ich dann etwas an meinen Einstellungen ändern?
Momentan habe ich maximal 32000 Knoten zur Verfügung. Wenn ich mir eine Research-Lizenz hole sind ja die Knoten unlimitiert. Ich habe mal eine Strömungssimulation gemacht mit 1 Millionen Knoten und Prismenschichten in Randbereich (da war das Modell aber 3D und vieeelll größer). Wäre das eine auch für meinen Fall hier sinnvoll?

Mfg und danke nochmal!

Daniel

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>>Momentan habe ich maximal 32000 Knoten zur Verfügung.

Für einfache Übungsaufgaben wird das auch reichen.
"Wissenschaftliches Arbeiten" ist dann meist anspruchsvoller.

>>...mit 1 Millionen Knoten
>> Wäre das eine auch für meinen Fall hier sinnvoll?

Die Anzahl der Knoten ist für die Qualität nicht direkt das entscheidende Kriterium, sondern eher ein Ergebnis aus der Abwägung zwischen Qualität und Aufwand.

>> wie fein muss dann mein Netz werden

Gleichmäßige Flächen dürfen relativ grob vernetzt werden.
Dann kannst Du um die Kontaktstellen herum Zonen definieren und diese feiner vernetzen. Hättest Du eine Schulung zu dem Thema und mehr Erfahrung, würden vielleicht auch die 32000 Knoten ausreichen.

Aber wer eine Volllizenz und eine Workstation mit viel Arbeitsspeicher und Rechenleistung hat, wird sich vielleicht nicht die (Arbeits-)Zeit nehmen, ein Optimum durch geschickte und aufwändige Vernetzung zu erzielen.

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Rainer Schulze

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Ok 

Dann werde ich das mal so in Angriff nehmen. Vielen Dank nochmal 

Mfg Daniel

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