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Autor Thema:  Plastische Verformung WB 14 (3020 mal gelesen)
RolandWalden
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Beiträge: 3
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Hallo!

Ich nutze WB 14 und habe leider in den bisherigen Lösungen keine passende Antwort auf mein Problem der Simulation einer plastischen Verformung gefunden.

Problem:
Das Model konvergiert nicht. Der Klassiker ...

Ziel:
Das Ziel ist die Berechnung der plastischen Umformung der Materialkante von Komponente 2 und der Gegenseite (Komponente 1) - siehe beigefügte Zeichnung.

Aufgabenstellung:
Komponente 1 und 2 werden durch eine Presse zusammengedrückt, bis der Spalt zwischen beiden (benannt mit delta_s) auf Null geht. Die Materialkante von Komponente 2 (diese Komponente ist gehärtet) wird sich in das Gegenstück (dieses ist nicht gehärtet) eindrücken und dieses plastisch verformen. Ebenso wird die Materialkante verformt. Die quantitative Darstellung der Materialverformung ist zu bestimmen.

Herangehensweise:
Es handelt sich um ein Problem der plastischen Verformung in der statischen-mechanischen Analyse. Zunächst sind beide Materialien als "Baustahl NL" definiert worden.

Kontakte:
Als Kontaktkörper ist die Materialkante definiert, als Zielkörper die (plane) Kontaktfläche der Komponente 1. (siehe S.3 Anhang)
Typ - reibungsfrei
Algorithmus - Augmented Lagrange Verfahren
Kontaktbehandlung - Auf Berührung anpassen
Kontaktsteifigkeit akutalisieren - Jede Iteration, aggressiv

Netz:
Standardeinstellung

Randbedingungen: (siehe S.2 Anhang)
Bodenfläche Körper 2: fixierte Lagerung
Vertikale Flächen Körper 1: Reibungsfreie Lagerung - sodass nur Bewegung in y-Richtung möglich
Verschiebung des Körpers 1 in negative y-Richtung um 0.2 mm

Analyseeinstellungen:
Automatische Zeitschrittsteuerung: Ein (10/10/100)

Wenn statt NL Material, lineares Material
-> Lösung konvergiert, aber Problemstellung nicht gelöst. Gegenseite zu der Materialkante (in Komponente 1) zeigt keine signifikante Spannung (..10^-7). Merkwürdig, da Spannungen definitiv auftreten müssten!

Ich kann den Fehler (oder die Fehler) nicht finden. Ich hoffe Ihr habt da mehr Erfolg.
Vielen Dank im Vorraus für eure Hilfe!

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MGeissler
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Hallo,

wie schaut es mit dem Netz aus? Wie groß sind die Durchdringungen?
Werte doch mal mit dem Contact Tool die Durchdringung aus (wegen der niedrigen Spannungen mit linearem Modell).

Gruß

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cgebhardt
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Registriert: 20.11.2000

erstellt am: 23. Sep. 2014 11:53    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 RolandWalden 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo,

warum die Option: Auf Berührung anpassen? Die sorgt - je nach Kontaktdefinition - dafür, dass ein Spalt "überbrückt" wird. d. h. es gibt dann keinen Spalt mehr. Vielleicht ist das die Ursache für die Null-Spannung. Irgendwas an der Kontaktdefinition scheint nicht in Ordnung zu sein, ich tippe darauf.

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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RolandWalden
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Beiträge: 3
Registriert: 22.09.2014

erstellt am: 23. Sep. 2014 13:56    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

Hallo,

zunächst einmal vielen Dank für die Antworten.

Die Ursache der Null-Spannung konnte ich finden: Fälschlicherweise habe ich die Kontaktfläche von Körper 1 als Auswahlfläche zur aufgeprägten Verschiebung verwendet. Eine resultierende Verschiebung bzw. Spannung konnte sich somit gar nicht ergeben. Ich habe nun die obere horizontale Fläche von Körper 1 verwendet und die Spannungsverteilung ergibt Sinn.

Die Option: "Auf Berührung anpassen" habe ich aus einer ähnlichen Aufgabenstellung übernommen. Jetzt habe ich die Einstellung zurück auf Standard "Versatz hinzufügen, kein lineares Ansteigen" gesetzt. Es ergibt sich keine Änderung an den Ergebnissen.

Durch die Verkleinerung der aufgeprägten Verschiebung auf 0,005 mm ergibt sich eine konvergente Lösung. Liege ich richtig in der Annahme, dass bei plastischer Verformung die Verschiebung/Last schrittweise aufgebracht werden muss?
(Bei einer Sollverschiebung von 0,2mm in 0,005m Schritten ergeben sich demnach 40 Schritte. Das kann ja auch nicht des Rätsels letzter Schluss sein...)

Optisch konnte ich feststellen, dass sich die Materialien durchdringen. Durch eine Umstellung von "Augmented-Lagrange auf Langrange" konnte dies verhindert werden.

Meine Frage ist nun:
Wie kann ich das Modell zur Konvergenz bringen, ohne eine hohe Anzahl von Load-Steps durchzuführen?
Wie kann ich das Netz (auf der Gegenseite - Körper 1!) lokal um die Materialkante herum verfeinern?

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cgebhardt
Moderator
Maschinenbauingenieur


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Beiträge: 1449
Registriert: 20.11.2000

erstellt am: 23. Sep. 2014 19:12    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 Nur für RolandWalden 10 Unities + Antwort hilfreich

Die schrittweise Belastung macht es dem Solver einfacher. Es kann sein, dass die Folgeschritte durch den bereits bestehenden Kontakt schneller konvergieren (und grösser gemacht werden können). Es kann aber auch sein, dass die Plastifizierung zu einer deutlichen Umlagerung der Kräfte und zusätzlichen Iterationen führt. Nichtlinearitäten machen das Verhalten halt nun mal komplexer.
Automatisches Timestepping KANN helfen, man braucht aber eine vernünftige Mindest- und Höchstzahl, sowie einen guten Startwert (der liegt ja mit den 0.005mm nun schon mal vor). Zuviele Schritte machen die Analyse langsam (bevor sie dann ggf. doch abbricht, zuwenige zu ungenau oder unrobust).
Lagrange rechnet zwar genau, aber langsam. Besser: Augmented Lagrange. Wenn dort die Penetration zu hoch ist, kann man die Toleranz manuell festlegen. Aber Achtung: zu hohe Ansprüche fordern hier zu viel Ressourcen in Form von Rechenzeit. Ingenieurtechn. sinnvolle Toleranzen eintragen. Eine optische Durchdringung kann von einer hochskalierten Ergebnisdarstellung rühren, deshalb den Überhöhungsfaktor bei nichtlinearen Analysen auf 1 stellen und/oder den numerischen Wert der Penetration prüfen und mit physikalisch relevanter Größe vergleichen: Wenn ich 0.2mm Verschiebung vorgebe will ich max. 1% davon in Penetration verlieren, d. h. Toleranz 0.002mm. Man kann auch 0.000002 mm vorgeben. Rechnet dann länger ohne einen signifikanten Vorteil zu geben. 

Eine feinere Vernetzung kann helfen, dazu eine lokale Elementgröße an Flächen, Kanten, Punkten definieren.

Viele Grüße
CG

------------------
Christof Gebhardt

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RolandWalden
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erstellt am: 25. Sep. 2014 10:39    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


CAD_Forum_2.pdf

 
Hallo,

vielen Dank für die ausführliche Antworte/Antworten.
Zunächst habe ich nun an einem 2D-Modell einige Versuche durchgeführt. Und es klappt gut. Mit Augmented-Lagrange und einer Toleranz von 0.002mm Durchdringung erhalte ich Ergebnisse, die vernünftig erscheinen.
Nun bleibt der Übertrag auf das 3D-Bauteil.

Bei der Lösungsfindung tritt jedoch recht oft Bisektion auf. Gibt es erfahrungsgemäß Ansatzpunkte zur Überprüfung, die zum Auftreten von Bisektion während des Lösungsprozesses führen?

Im Anhang ein Bild des 2D-Versuchs.

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