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  Ansys 15 Kugelgelenk anhand Mittelpunkt und ohne Kontaktflächen definieren

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Gut zu wissen: Hilfreiche Tipps und Tricks aus der Praxis prägnant, und auf den Punkt gebracht für Ansys
Autor Thema:  Ansys 15 Kugelgelenk anhand Mittelpunkt und ohne Kontaktflächen definieren (3344 mal gelesen)
WS85
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erstellt am: 11. Dez. 2014 21:21    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 liebes Forum,

ich benutze Ansys 15 Workbench erst seit kurzem im Rahmen meiner Masterarbeit.

Es ist meine Aufgabe das Gelenkverhalten des menschlichen Hüftgelenks (reines Knochenmodell) zu modellieren.
Dazu habe ich aus MRT-Bildern generierte Step-File-Modelle des Oberschenkel- und des Bekenknochens.

Ich möchte nun die beiden Knochen im Mehrkörpersystem einfügen und das Becken, was die Hüftpfanne beinhaltet, als Fix definieren und den Oberschenkelknochen wie bei einem klassischen Kugelgelenk anhand von Rotationen um den Hüftkopfmittelpunkt (=Hüftpfannenmittelpunkt =Gelenkszentrum) begewegen.

Da es sich um menschliche Knochen handelt, ist weder die Hüftpfanne noch der Hüftkopf ideal kugelförmig, weshalb eine Zusweisung anhand der Kontaktflächen nicht in Frage kommt. Dazu kommt dass der Knorpel nicht mitmodelliert wird, d. h.  dass sich die beiden Knochen nicht berühren.


Deshalb bin ich auf der Suche nach einer Möglichkeit zur Definition eines Kugelgelenks auf Basis eines Fixpunktes. (So war jedenfalls meine Idee...ich bin aber für alles offen)

Die Koordinaten des Punktes kenne ich, allerdings habe ich weder im Design-Modeller noch im Modell (z.B. per externen Punkt oder Koordinatensysteme) eine Möglichkeit gefunden ein solches Gelenk zu definieren und durch die Eingabe von Winkeländerungen (oder Koordinatenänderungen des anderen Ende des Oberschenkelknochens) eine Bewegung zu erzeugen. Das muss doch irgendwie funktionieren oder?

Es wäre super wenn mir hier jemand weiterhelfen könnte, da ich weder in den einschlägigen Büchern oder Tutorials, noch in irgendwelchen Foren fündig wurde.

Schon mal vielen Dank vorab!

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cgebhardt
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erstellt am: 12. Dez. 2014 08:24    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 WS85 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo,

folgende Optionen kann man nutzen
1. Remote Support: Lager am Fixpunkt, 6 DOF möglich vorzugeben oder einzeln zu fixieren/freizulassen. Der Punkt kann anhand eines lokalen oder des globalen Koordinatensystems definiert werden
2. Joints (unter Connections):
Diese können zwischen 2 Körpern oder Zwischen Körper und Ground definiert werden.

Viele Grüße
CG

PS: Vielleicht ist das hier noch ein interessanter Blick über den Tellerrand?
http://www.cadfem-medical.com/came-zeitschrift/leseproben.html

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

CADFEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
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WS85
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erstellt am: 12. Dez. 2014 11:00    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


BeispielLagerproblem.PNG

 
Hallo Christof,

vielen Dank für deine schnelle Antwort und den sehr interessanten Link zu der Zeitschrift.
Die werde ich mir gleich mal anschauen...dass ist genau die Art der Hintergrund Lektüre die ich schon Gesucht habe!

Aber nochmal zu der Lagerung...

Mir ist klar wie die von dir beschriebene Joint definition funktioniert...findet man ja sehr viel in deinem Buch bzw. in euren Tutorials (welche übrigens sehr verständlich und gut gemacht sind!!!).
Auch das Beispiel mit der Externen Kraft und der Angriffsfläche am Gelenk und den entstehenden Hebelarm verstehe ich.

Allerdings sind dafür ja beim Auswählen der Geometrie immer Flächen/Kanten oder Punkte relevant, die ich aus den genannten Gründen nicht verwenden kann. (Kugelaußenfläche nicht Rund / Gelenksmittelpunkt nicht direkt anwählbar)


Auch das Erzeugen eines Externen Punktes und die Definition als Lagerreferenz hat nicht geklappt, weil ich bei der Erstellung des Punkts ja wieder eine Fläche oder Kante der Geometrie auswählen muss... was nicht sinnvoll ist da dieser dann "irgendwo" am Körper liegt

Oder Mache ich hier nur einen Fehler??

Ich habe trotzdem eine willkührliche Fläche des Oberschenkelknochens zur Punktdefinition gewählt und ein lokales Koordinatensystem mit den "richtigen" Koordinaten vorgegeben was soweit auch funktioniert hat.

Als ich aber dann den Punkt als Referenz bei der Lagerung (habe eine Verbindung erstellt) angeben habe und das ganze Lösen wollte, gab es die Fehlermeldung, dass das Lager nicht richtig definiert sei, obwohl vorher alles grüne Haken hatte.

Könntest du das vorgehen vielleicht etwas näher beschreiben oder mir sagen wo man dazu Lesestoff findet??
Wäre es zudem auch möglich z.B. für das Kniegelenk ein solches Lager außerhalt der Geometrie zu definieren?

Wäre Dir echt dankbar.
Habe zur besseren Vorstellbarkeit mal ein Bild hinzugefügt

Viele Grüße
Stefan


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cgebhardt
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Maschinenbauingenieur


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erstellt am: 13. Dez. 2014 06:33    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 WS85 10 Unities + Antwort hilfreich

Der Externe Punkt ist die richtige Möglichkeit um einen Knoten an diese Geometrie anzudocken, die gewählt wurde. Der hängt dann sozusagen mit Koppelgleichungen da dran. Im gezeigten Bild also nur an der grünen Fläche. Und nur dort werden Kräfte eingeleitet.
M. E. macht es Sinn, den externen Punkt (Knoten) an die gesamte Fläche, die in der Kugelpfanne läuft, anzuhängen. Wenn die Selektion also ausgeweitet wird, ist formal der Remote Point gut verbunden. Aber ich glaube nicht, dass das hilft.
Ich würde stattdessen ein Joint definieren. Dabei einmal die konkaven Flächen (alle die, die die Pfanne bilden) und einmal die konvexen Flächen (auf dem Gegenstück). Dann über die Koordinaten dafür sorgen, dass das "Fähnchen" für das Gelenk am Drehpunkt sitzt (hängt von der Selektion ab).

Klappt die Definition dieser Joints soweit?
Das ist der erste Schritt.

Der zweite, davon (vermutlich) unabhängige: wie bekommt man eine Lösung.
Ich sehe eine transiente Analyse. Sind die Randbedingungen so gewählt, dass es eine sinnvolle Lösung geben kann?
Ich würde vorab die Funktionsfähigkeit des Gelenks wie folgt prüfen
a) Joint selektieren, dann das Icon "Konfigurieren", dann die farbigen Pfeile dazu verwenden und das Gelenk "bewegen". Tut alles so wie es soll?
b) danach eine statische Analyse definieren, ein Teil festhalten und am Gegenstück eine Bewegung vorgeben (aber keine Bewegung frei lassen). Tut das Gelenk immer noch so wie es soll

Erst dann würde ich die transiente Analyse machen, weil dann klar ist, das Gelenk ist so definiert wie aussehen soll. Bei der Definition der Randbedingungen für die Transiente daran denken, dass Kräfte oder Verschiebungen in der Realität (hoffentlich) nicht schlagartig aufgebracht werden (gibt es auch, sind dann aber Misuse-Lastfälle), sondern "hochgefahren" werden. Wenn man das nicht beachtet entstehen sonst mindestens Schwingungen oder durch große Beschleunigungen anderer Ärger (möglicherweise auch bzgl. Konvergenz).


Hilft das?

Viele Grüße
CG


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Christof Gebhardt

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[Diese Nachricht wurde von cgebhardt am 13. Dez. 2014 editiert.]

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WS85
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erstellt am: 15. Dez. 2014 18:38    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

Hallo Christian,

vielen Dank für deine Hilfe!

Das mit dem Anlegen des Joints hat so sehr gut geklappt.
Ich habe auch wie beschrieben die Funktionsfähigkeit des Gelenksgeprüft was wirklich eine sehr gute Kontrollfunktion ist.
Auch die statisch-mechanische Analyse klappt soweit.

Jetzt muss ich mir erst mal Gedanken machen wie ich die Vicon-Ganganalyse Daten der Gelenkszentren in Ansys-Taugliche Daten überführe.
Dann werde ich die erste "sinnvolle" Analyse entwickeln können.

Spätestens dann wirst du vermutlich wieder von mir hören ;-)

Nochmal vielen vielen Dank für die schnelle Hilfe.

Viele Grüße

Stefan

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cgebhardt
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Hallo,

folgender Tipp: Alexander Nolte ist ein Kollege, der sich viel mit solchen Biomedizin-Analysen beschäftigt hat, auch mit der Verbindung von Körpermodellen (mit Anybody, aber da gibt möglicherweise Parallelen zu anderen Tools) und ANSYS. Er hat vielleicht noch einen Hinweis. Am besten per Telefon bei CADFEM in Grafing ansprechen.

Viele Grüße
CG

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erstellt am: 12. Jan. 2015 14:20    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 Christof,

ein gutes Neues noch nachträglich!

Vielen Dank für den Tip. Im Fall der Falle werde ich Alexander Nolte gerne kontaktieren.

Vorerst habe ich jedoch eine allgemeine Frage zur Mehrkörpersimulation mit Ansys.

Ich will testen wieviel Material vom Knochen abgetragen werden muss, wenn eine gewisse Bewegungsfreiheit erreicht werden soll, welche aber anhand des momentanen Knochenbaus eingeschränkt ist.

Dafür benötige ich die Volumina der Körper die bei einer vorgegebenen Winkelbewegung gemäß der momentanen Knochengeometrie kollidieren würden.

Gibt es die Möglichkeit in Ansys mir diese ausgeben zu lassen, und wenn ja in welcher Form?

Vielen Dank schon mal und viele Grüße

Stefan


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erstellt am: 14. Jan. 2015 08:04    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 WS85 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo,
nein, das geht leider nicht. Was man bekommen kann, ist die Penetration (Druchdringung), sofern man einen (weichen) Kontakt definiert.
Viele Grüße
CG

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erstellt am: 20. Jan. 2015 19:26    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,
erst mal vielen Dank für die Antwort.
Allerdings habe ich nochmal eine Frage.

Ich habe nun seit mehreren Tagen das mit der Durchdringung und dem weichen Kontakt versucht, bin aber nicht auf einen grünen Zweig gekommen.

Ich habe es in einer statisch-mechanischen Analyse versucht und habe wie im Buch auf S 320 (Beispiel mit der Dichtung) beschrieben  eine Durchdringung der Lösung hinzugefügt.
Die Relevanten Flächen wurden vorher als  reibungsfreier Kontakt definiert (S 162)

Ich habe es für Sinnvoll gehalten einen Körper als "Starr" zu definieren und den anderen mit einem in meinen Augen "weichen Material zu versehen um die "rein ideelle - real nicht mögliche" Durchdringung zu erhalten (so habe ich den Hinweis mit dem weichen Kontakt interpretiert). Hab es mit Luft und Neopren versucht.
Beides funktionierte nicht.

Ich habe einige Dinge zur Kontaktsteifigkeit gelesen bin mir aber nicht sicher ob diese eine Rolle spielt, oder ob ich diese verändern muss. (war diese mit weichem Kontakt gemeint?)

Die Einleitung der Kollision erfolgt wie bisher mittels einer externen Winkelverschiebung des Oberschenkelknochens um das Drehgelenk.

Was mache ich falsch?


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