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Bild1_Analyse_Strukturbaum.PNG Bild2_Randbedingungen.PNG

Guten Tag werte Forenmitglieder,

in diesem Forum habe ich schon mehrfach schnelle und kompetente Hilfe im Umgang mit dem CAD-Programm Solidworks gefunden. Daher hoffe ich, dass Ihr mich auch bei einer komplexen Herausforderung und deren Umsetzung mit der Software Ansys Workbench 15.0 unterstützen könnt.

Ich bin Student und schreibe gerade an meiner Masterarbeit im Themenbereich Mehrkörperdynamik. Mit dem Programm Ansys Workbench arbeite ich seit Version 13.0 und komme mit der Software gut klar. Mit den APDL-Befehlen habe ich jedoch keine bzw. minimale Erfahrung. Ich habe daher die Beispiele auf der Homepage der University of Alberta sowie die Ansys Hilfe studiert und versucht, die benötigten Befehle zusammen zu sammeln.
Die Aufgabenstellung meiner Masterarbeit besteht darin, die Verformung eines Messers für Hochleistungsaufschnittschneidemaschinen (Slicer) unter Kreiselkräften zu simulieren.

Die Lösung der Bewegungs- und Verformungsdifferentialgleichungen erfolgt nummerisch in Matlab. Die Verformung des Slicermessers wird durch Superposition und Gewichtung der Eigenformen nach dem Verfahren von Ritz angenähert. Die Software Ansys Workbench soll die Modalanalyse durchführen und die Zustandsraummatrizen  als Ausgabe in eine Datei schreiben.

Bisher habe ich in Ansys Workbench die Geometrie aus Solidworks importiert sowie in Mechanical vernetzt. Anschließend habe ich in die Modalanalyse einen APDL-Befehlsblock eingefügt (vgl. Bild1).

Das Messer wird in der Praxis mit Schraubverbindungen am Messerträger angeflanscht. Dies soll hier simuliert werden, indem die Knoten der in Bild 2 grün markierten inneren Bohrungsfläche zueinander nicht verschiebbar sind. Zusätzlich soll das ganze Messer aber um das Rotationszentrum mit den globalen Koordinaten Z(1000,1000,5) in Bild um alle Raumachsen drehbar bleiben. Vorstellen kann man sich das, wie wenn man eine CD im Schwerpunkt an einem Halter über einen Kugelkopf fixiert.

Leider weiß ich nicht, wie ich das in Ansys umsetzen kann und bräuchte hier Unterstützung. Folgenden Code habe ich bereits zusammengestellt, aber leider läuft die Modalanalyse dann nicht mehr durch.

Zuerst habe ich den Zentralknoten (mit der willkürlichen Nummer 1000000) erzeugt durch

N,1000000,1000,1000,5

Daraufhin die translatorischen Freiheitsgrade gesperrt durch

NSEL,s,node,1000000
D,all,UX,0
D,all,UY,0
D,all,UZ,0
NSEL,all

Wie geschrieben, läuft die Modalanalyse so schon nicht mehr. Wie ich nun die Knoten der grün markierten Fläche untereinander und mit dem Zentralknoten koppeln kann, weiß ich leider auch nicht.
                              
Ich hoffe, Ihr könnt mir hier weiterhelfen. Wenn Ihr weitere Bilder, Beschreibung oder Dateiinhalte benötigt, reiche ich diese selbstverständlich nach.

Vielen Dank schon im Voraus

Dipl.-Ing. (FH) Fabian Müller

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Hey,
versuche mal unter Kontakte eine Verbindung zu definieren. Typ Allgemein, Verbindungstyp Körper-Lagerung, Verhalten starr.
Ich glaube, dass ist das, was du suchst.

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Bild3_KugeligeLagerung.PNG Bild4_Eigenform.PNG

Vielen Dank für die rasche und nützliche Antwort!

Ich habe die Anweisung, wie in Bild3 dargestellt, umgesetzt. Die Modalanalyse liefert jetzt auch Eigenformen (vgl. Bild4), bei der der Bohrungsbereich in einer Ebene bleibt.

Jetzt brauch ich nur noch einen zentralen Angriffsknoten Z, um diesen dann als "Input" für Drehmomente nutzen zu können. Der Befehl spmwrite sollte dann mit folgendem Code die richtigen Matrizen erzeugen:

/solu !Lösungsprozess starten
antype,modal
modopt,lanb,3,1
mxpand,3
resvec,on
dmprat,0
solve finish

/post1
!Input-Momentmatrix festlegen, Daten kommen in "B"-Matrix bei spmwrite
*dim,input,array,3,2
input(1,1) = 1000000 !Angriffsknotennummer
input(1,2) = 4      !Moment um die x-Achse
input(2,1) = 1000000 !Angriffsknotennummer
input(2,2) = 5      !Moment um die y-Achse
input(3,1) = 1000000 !Angriffsknotennummer
input(3,2) = 6      !Moment um die z-Achse

!Outputmatrix festlegen: Gezielt Knoten auf Messerschneide auswählen, kommt in "C"-Matrix bei spmwrite

*dim,output,array,2,2 !Outputmatrix
output(1,1) = 186
output(1,2) = 3

spmwrite,modal,3,input, ,output, , , ,0

Wie kann ich nun diesen zentralen Knoten anlegen bzw. gibt es den schon und ich brauche Ihn nur noch auswählen?

Vielen herzlichen Dank

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Was spricht denn dagegen das Moment an die Fläche anzutragen?

Einen solchen Knoten könntest du durch einen externen Punkt anlegen. Allerdings weiß ich nicht, inwiefern man Kräfte und Momente an den Punkt antragen kann. Ich benutze sie immer nur zur Auswertung.

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Vielen Dank Blizz88 für die Unterstützung.
An dieser Stelle muss ich meine Anfrage präzisieren:

Mit dem Befehl "spmwrite" lasse ich mir die Zustandsraummatrizen zu folgender Differentialgleichung ausgeben:

dz/dt=[A]*z+[B]*F

In den Vektor F möchte ich jetzt die 3 angreifenden Drehmomente eintragen und die Matrix B soll entsprechend des von mir gewählten Angriffspunktes berechnet werden. Dadurch kann ich dann diese Differentialgleichung mit der Bewegungsdifferentialgleichung meines kompletten Rotors koppeln.

Es handelt sich hierbei also nicht um eine Randbedingung in der Modalanalyse, dass das Messer mit xx Nm beschleunigt werden soll, sondern um die Definition eines INPUTS für die Matrixausgabe. Der INPUT-Vektor für den spmwrite Befehl ist -meines Wissens und so hat es schon in einer einfacheren Rechnung funktioniert- eine Matrix mit 2 Spalten und einer Zeilenanzahl entsprechend der Anzahl der angreifenden Kräfte/Momente. In die erste Spalte trage ich immer die Knotennummer des Kraft/Momentenangriffs ein, in die Zweite die Richtung.

Wenn ich jetzt also das Moment an die Fläche antragen wollte, wären das sehr viele Knoten mit unterschiedlichen Momentanteilen.

Ich brauche also einen zentralen Knoten, dessen Knotenkoordinatensystem mit den Knoten an der Bohrungsfläche verknüpft ist, so dass ich nur an diesem Knoten die 3 Angriffsrichtungen der Momente definiere und die übrigen Knoten davon beeinflusst werden.

Meine Anfrage ist also eigentlich ein rein geometrisches Problem:

1. Wie definiere ich so einen Knoten?
2. Wie verknüpfe ich Ihn mit den übrigen Bohrungsknoten?
3. Wie bekomme ich seine Knotennummer heraus?

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So richtig klar geworden, ist mir das jetzt immer noch nicht. Da du das Verhalten der Bohrung auf starr gesetzt hast, kannst du doch das Gesamtmoment bilden und es an die Fläche antragen. Die Bohrung verhält sich doch jetzt wie ein Starrkörper.

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Mein Ziel ist die Ausgabe von Zustandsraummatrizen in Abhängigkeit von einem zeitabhängigen Drehmomentinput. Ich suche daher keine Lösung der Modalanalyse für ein festes Gesamtdrehmoment. Zweifelsohne könnte man jedoch, wie vorgeschlagen, die Drehmomente auch auf die Bohrungsfläche aufbringen, jedoch weiß ich nicht, inwiefern das mit der Matrixausgabe vereinbar ist.

Ich habe mittlerweile in der von Ansys geschriebenen ds.dat Datei folgenden Eintrag gefunden, der darauf hindeutet, dass für das definierte Kugelgelenk ohnehin ein "Pilot node" erzeugt wird. Kann man diesen Knoten eventuell direkt nutzen? In dem Fall bräuchte ich nur noch die Knotennummer und mein Problem wäre gelöst.

/com,*********** Create Joint "Kugelförmig - Erde bis Berechnungsmesser" ***********
/com,            Real Contact Set For Above Joint Is 4
! Joint Element Type Declaration and Definition using MPC184
*set,_jid,4
et,_jid,184
keyo,_jid,1,15          ! Spherical Joint
sectype,_jid, joint, sphe, _wbjoint
secjoint,,12,12
mat,_jid
real,_jid
type,_jid
secnum,_jid
en,9169,,51551        ! body to ground joint
/gst,on,on
fini
*get,_numnode,node,0,count
*get,_numelem,elem,0,count
*get, _MAXELEMNUM, elem, 0, NUM, MAX
*get, _MAXNODENUM, node, 0, NUM, MAX
*get, _MAXELEMTYPE, etyp, 0, NUM, MAX
*get, _MAXREALCONST, real, 0, NUM, MAX
/go
/wb,load,end              !  done creating loads
/com,--- Number of total nodes = %_numnode%
/com,--- Number of contact elements = 80
/com,--- Number of spring elements = 0
/com,--- Number of bearing elements = 0
/com,--- Number of solid elements = 9166
/com,--- Number of total elements = %_numelem%
*get,_wallbsol,active,,time,wall
/solu

Vielen Dank
     

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Hallo,

es gibt ein fertiges Makro, um ein SPM reduziertes Modell zu extrahieren.

1. Definieren und aktivieren Sie unter Extras/Variablenmanager die Variable ExportToSimplorer mit dem Wert 1
2. Bauen Sie in der Modalanalyse auf der Ebene der Ergebnisse ein Kommandoobjekt ein, und verwenden Sie die Kommandos von C:\Program Files\ANSYS Inc\v150\aisol\DesignSpace\DSPages\macros\ExportSpaceSpaceMatrices.mac (da steckt auch das SPMWRite drin)
3. Wenn Sie Dämpfung mit drin haben wollen, definieren Sie auf der Ebene der Randbedingungen ein Kommandoobjekt für die Dämpfung, z. B. DMPRAT,.02
4. Definieren Sie die Anschlusspunkte (Pins) für das State-Space-Modell per Remote Points. Beachten sie die Namenskonvention (siehe Makro)
Eine genauere Beschreibung finden Sie im Praxisbuch, 2. Auflage, S 390, aber im Wesentlichen sind das hier die Punkte.

Das ganze ist in weniger als 5 min erledigt, wenn Sie den Ablauf kennen, nur Mut.

Viel Erfolg!
CG

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

CADFEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
cgebhardt(at)cadfem.de
www.cadfem.de

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Guten Tag Herr Gebhardt,

vielen Dank für die inhaltlich sehr hilfreiche Antwort, ich werde die beschriebene Vorgehensweise, sobald ich zeitlich dazu komme, ausprobieren und mich dann wieder melden. Ich hoffe, das mit den Unities hat funktioniert.

Das Buch FEM für Praktiker ist in meiner Hochschulbibliothek leider ständig vergriffen und eine einfache Suche im Internet lieferte leider auch keinen aktuellen Anbieter. Können Sie mir eine aktuelle Bezugsquelle bzw. Link nennen, so dass das Buch noch unterm Weihnachtsbaum landen kann?

Vielen Dank und beste Grüße

Fabian Müller

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Hallo Herr Müller,

die Reihe "FEM für Praktiker" wird nicht weiter aufgelegt. Es mag noch Restbestände/Gebrauchtexemplare geben (ebay?), aber eben keine neuen Auflagen mehr.
Ich habe Bezug genommen auf mein Buch "Praxisbuch - FEM mit ANSYS Workbench", auch das gibt es in vielen Bibliotheken schon (ca. seit 2011 verfügbar, Sie bräuchten allerdings die 2. Auflage von 2014). Aber probieren Sie zunächst mal, ob Sie mit obiger Anleitung klar kommen, das einzig Knifflige daran ist die Namenskonvention. Beispiel: INPUT_ABC_UX, OUTPUT_ABC_ROTZ. ABC ist ein frei wählbarer Klartextname, darf nicht zu lang sein (aus dem Kopf < 6 Buchstaben, vielleicht auch mehr, gehen Sie auf Nummer sicher und tasten Sie sich ggf. von unten ran). Input/Output definiert ob was reingeht oder raus. Wenn man nur Outputs definiert wird im ANSYS Systemsimulator Simplorer eine konservative (energieerhaltende) Komponente definiert (ich weiß nicht ob das für Sie relevant ist), bei der an einem Terminal sowohl was rein als auch raus geht. UX, ROTZ usw steht für den Freiheitsgrad.

Viele Grüße
CG

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

CADFEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
cgebhardt(at)cadfem.de
www.cadfem.de

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