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Shell181_P5_1_layer_.txt

Hallo,
dies ist mein erster Beitrag - bei eventuellen Regelverstößen einfach darauf hinweisen.

Ich bin Student und arbeite grade an meiner letzten großen Belegarbeit vor der Diplomarbeit.
Mein Problem: Ich möchte Eigenfrequenz und modale Dämpfung eines CFK-Plattenstreifens bestimmen (freie Biegelänge 180mm, Breite 20mm, Dicke ca. 1.72mm) und die Kennwerte mit gemessenen Kennwerten abgleichen.
Leider bin ich aktuell von meinen Messwerten weit entfernt (ich betrachte erstmal nur die Eigenfrequenz).

Dabei gibt es vor allem ein prinzipielles Problem: Die erste Eigenfrequenz wurde per Stoßerregung bestimmt. In der Simulation lag bei meinen verschiedenen Modellversuchen die erste Eigenfrequenz aber immer bei ~0Hz.

Die gemessene erste Eigenfrequenz liegt bei ~42Hz.

Zu meinem Modell: Ich habe das Modell aus SHELL181-Elementen aufgebaut (ich will später noch verschiedene Schichtaufbauten mit Gummizwischenschichten simulieren) und am unteren Ende eingespannt.. Im Anhang eine .txt mit meinem Apdl-Code.

Was mache ich falsch, was muss ich anders machen?

Vielen Dank!

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... wie war das noch mit einem statisch bestimmten System - Du hast nur einen Knoten festgesetzt. Infolge dessen kann die Platte um diesen  Starrkörperbewegungen durchführen

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Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

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Wirklich? Ich habe doch extra die unterste Linie fixiert, nicht nur einen Knoten... Bei Animation der ersten Eigenfrequenz sieht man auch erwartungsgemäß eine Biegeschwingung um die Ruhelage.

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Könnte es sein, dass bei den gewählten Maßeinheiten der Eingabegrößen die Frequenz nicht in Hertz zu interpretieren ist?
Wenn man da unsicher ist, sollte man probeweise alles in SI-Einheiten (m,kg,s....) verwenden!

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Hallo Wolfgang,
darauf habe ich schon geachtet. Das würde ja nicht die erste Frequenz = 0 erklären...ich habe mit N/mm^2 für die Spannungen gearbeitet. Die Umrechnerei war mir zu umständlich. Aber sollte ich auch noch überprüfen, ja.

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wenn Du bei einer Platte nur die Verschiebungen (wie bei einem Balken) festhälst (nur ux,uy, und uz) dann sind noch Starrkörperdrehungen möglich.
So und was Du in der Animation siehst ist die Starrkörperdrehung

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Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

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Ich verstehe schon was Du meinst (ich beschäftige mich mit sowas ja nicht zum ersten Mal). Was man in der Animation der ersten Eigenform sieht, ist aber eindeutig keine Starrkörperbewegung sondern eine Deformation...

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Und warum muss das unbedingt mit Schalenelementen gerechnet werden?

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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tja Mr. Failure - in der Animation Deines Rechenbeispiel ist mit der Frequenz 0 eindeutig eine Starrkörperbewegung zu sehen.
Rechne doch mal statisch und pack ans Ende des Balkens eine Kraft in y-Richtung - nur mal ein Tipp (vielleicht eine neue Erkenntnis was dann passiert)

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Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

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Mist, ihr habt Recht. Na gut, dann ist zumindest der Fehler gefunden. Man man man, manchmal veralbert man sich schon selber...habe jetzt die fehlenden Rotationsconstraints ergänzt.

Zur Frage warum Schalenelemente: Weil ich später noch ein Schichtmodell mit Gummizwischenschichten aufbauen will - dafür eignen sich Schalenelemente am besten (oder?).

Allerdings passt die erste Eigenfrequenz immer noch bei weitem nicht. Ich habe mal testweise alle Einheiten in SI-Einheiten umgerechnet, das liefert aber auch keine guten Werte. Die erste Eigenfrequenz liegt jetzt bei ~3Hz.

[Diese Nachricht wurde von generalfailure am 21. Mai. 2015 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von generalfailure am 21. Mai. 2015 editiert.]

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Moin,
na, geht doch und da der Tipp - vorher, vor der Eigenfrequenzberechnung statische Einheitslastfälle (meinetwegen nur Eigengewicht mit Beschleunigungen) durchrechnen. Da sieht man wo es klemmt.
Aber, warum greifst Du nicht auf das 8 Knoten Element SHELL281 zurück ?
So, diese Unterschiede in der untersten Eigenfrequenz - etwas mehr als Faktor 10 - lassen vielleicht auf einen "Fehler" beim E-Modul oder der Dichte schließen , so vielleicht Faktor 100. Stimmen die Schubmoduli mit 1600-5600 im Gegensatz zum E-Modul von 139200 bzw. 4000 für die z-Richtung? Oder stimmen die Richtungen der Materialdefinition nicht mit denen der Elemente überein?

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Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 21. Mai. 2015 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 21. Mai. 2015 editiert.]

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Anscheinend lag der Fehler in der Dichte. Die Schubmodule haben offenbar keinen Einfluss auf die Eigenfrequenz (hab verschiedene Werte getestet - keine Frequenzänderung). Mit einem anderen Dichtewert kam dann eine Frequenz von 80Hz heraus.
Ich hab mal testweise den E-Modul so weit reduziert, dass der Wert von ca. 42Hz für f1 simuliert wird. Das wundert mich etwa, weil ich den E-Modul dafür auf ca. 1/3 des durchschnittlichen CFK-Wertes senken musste (ca. 400MPA). Kommt da das Modell an seine Grenzen oder habe ich noch irgendwo einen Denkfehler?

Zu meinen vermessenen Proben - diese bestehen aus 4 Lagen CFK-Prepreggewebe mit Köperbindung. Leider waren das Restbestände aus dem Institut, deshalb gibt es kein Materialdatenblatt...

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Sag mal hast Du irgendwelche Daten zum Anstoßversuch - ich vermute das nicht die niedrigste sondern eine der höheren Frequenzen angeregt wurde

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Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

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hi,
ich würd auch auf die mat Parameter tippen.
Wenn ich mal ein Mat model für CFK aus der WB nehm, dann komm ich auf

*****  INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE  *****

  SET  TIME/FREQ    LOAD STEP  SUBSTEP  CUMULATIVE
    1  53.583            1        1        1                 
    2  110.15            1        2        2                 
    3  339.41            1        3        3                 
    4  819.38            1        4        4                 
    5  967.11            1        5        5     

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Könntest Du mal die Materialdaten aus der Workbench posten?

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Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

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Hallo,
danke erstmal für Eure vielen Antworten!

@smittytomcat: Was genau interessiert Dich da? Der Versuchsaufbau sieht so aus: fest eingespannter Plattenstreifen(180x20) mit Kopfmasse am Ende (kleine Metallscheibe für elektromagn. Schwingungsanregung). Für den Anstoßversuch wurden die Plattenstreifen einmal ausgelenkt und dann frei schwingen gelassen. Dabei hat ein Vibrometer die Schwingbewegung erfasst. Nach meinem Verständnis sollte ein Plattenstreifen da frei mit seiner ersten Eigenfrequenz schwingen.

@solve1: Das klingt ja schon deutlich besser. Wie sieht denn bei dem Workbench-Materialmodell die Faserorientierung aus?

Meine Materialparameter sehen aktuell so aus:

mp, ex,1,1.392e11 !in SI-Units, kg,m,Pa
mp, ey,1,1.392e11
mp, ez,1,4e9
mp, prxy,1, .26
mp, pryz,1, .33
mp, prxz,1, .36
mp, gxy,1,5.6e9
mp, gyz,1,1.6e9
mp, gxz,1,5.6e9
mp, dens,1,1450

Diese liefern in meiner Simulation das folgende Set:
  *****  INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE  *****

  SET  TIME/FREQ    LOAD STEP  SUBSTEP  CUMULATIVE
    1  84.065            1        1        1                 
    2  486.64            1        2        2                 
    3  521.02            1        3        3                 
    4  914.24            1        4        4                 
    5  1434.1            1        5        5                 

Die Querdehnzahlen und Schubmoduln hab ich aus einer Beispielrechnung. Letztere spielen für die Eigenfrequenz aber keine so große Rolle (hab ein paarmal variiert).

Nochmal zur Erinnerung - meine Platten bestehen aus CFK-Prepregs mit 4 Lagen 0/90-Köpergewebe.

[Diese Nachricht wurde von generalfailure am 26. Mai. 2015 editiert.]

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Shell181_P5_1_layer_.txt

hi,
hab die hier genommen
Einheiten in MPa

mp, ex,1,61340
mp, ey,1,61340
mp, ez,1,6900
mp, prxy,1,0.04
mp, pryz,1,0.3
mp, prxz,1,0.3
mp, gxy,1,19500
mp, gyz,1,2700
mp, gxz,1,2700
mp, dens,1,1.45E-9

> soll ein "Epoxy_Carbon_Woven_230GPa_Prepreg" sein

Input file im Anhang

[Diese Nachricht wurde von solve1 am 26. Mai. 2015 editiert.]

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solve1: Hm interessant...die E-Moduli aus deinem Datenbankbeispiel sind wirklich ungefähr die Hälfte von den von mir verwendeten...
Aber woher kommt diese extrem geringe Poissonzahl von 0.04? In Tabellen findet man für CFK immer Werte um die 0.3-0.6...

Ich glaube, ich muss mir eine vertrauenswürdige Quelle für CFK-Kennzahlen suchen. Hat da jemand einen Vorschlag?

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@solve, ob der Dichte kratze ich mich aber am Kopf - die paßt nicht bei der Maßeinheit kg und m

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Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 26. Mai. 2015 editiert.]

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hi,
@smittytomcat, die Einheiten hab ich bei MPA belassen. Insofern passt Dichte und der Rest.

Habe das Skript nochmal korrigiert, hier hatt beim nsll eine "1" und vor dem "Solve" ein "alls" gefehlt.

Die Ergebnisse sind dann
  SET  TIME/FREQ    LOAD STEP  SUBSTEP  CUMULATIVE
    1  56.370            1        1        1                 
    2  355.88            1        2        2                 
    3  613.06            1        3        3                 
    4  861.61            1        4        4                 
    5  1012.0            1        5        5   

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Nur dass Ihr nicht denkt, dass ich mich nicht mehr für das Thema interessiere - ich werde nächste Woche wieder aktiv an dem Thema arbeiten.

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Layerproblem.PNG

Und weiter geht's.

Habe jetzt mal den Verbund aus 4 "Layern" Shell-Elemente aufgebaut. Code dazu siehe unten.
Wenn ich jetzt mit secplot,1,4 die erstellten shell-Layer darstellen möchte, zeigt er mir nur das erste der 4 Layer mit Faserrichtung an, die restlichen sind schwarz. Deutet für mich auf ein Missverständnis der Layer- und Sectioneigenschaften hin.
Zum Verständnis für mich: Ich habe 4 sections erstellt mit je einem Layer.
-Man sollte auch eine Layeranzahl pro Section einstellen können, oder?
-Wenn ja, wie? Bei secdata und sectype habe ich nichts gefunden.
-Kann ich auch alle sections plotten lassen?

Mein Code für die sections sieht so aus:

et,1,shell281
sectype,1, shell,,cfkkoper1
secdata, 0.00043,1,0
seccontrol, 2007,2007,
sectype,2, shell,,cfkkoper2
secdata, 0.00043,1,0
seccontrol, 2007,2007,
sectype,3, shell,,cfkkoper3
secdata, 0.00043,1,0
seccontrol, 2007,2007,
sectype,4, shell,,cfkkoper2
secdata, 0.00043,1,0
seccontrol, 2007,2007,

Ein Screenshot von SECPLOT und Teil der SLIST-Ausgabe im Anhang.

Mit diesen Werten und meinen ursprünglichen Materialparametern liefert die Simulation eine Eigenfrequenz von ~20Hz, also etwa die Hälfte vom Messwert aus dem Versuch. Liegt dies nun an ungeeigneten Werten der Schersteifigkeit der einzelnen Lagen, oder an unpassenden Materialparametern?

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hi,
du wiederholst einfach für jeden layer das secdata comando
et,1,shell281
sectype,1, shell,,cfkkoper1
secdata, 0.00043,1,0
secdata, 0.00043,1,0
secdata, 0.00043,1,0
secdata, 0.00043,1,0
secdata, 0.00043,1,0

würde 5 layer ergeben

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Ui. Das liefert das erste Mal richtig gute Werte. Für 0° 35,8 Hz, 15° gibt 32,4Hz, 30° gibt 27,5 HZ. Die Werte sind richtig gut!  Danke schonmal für die Hilfe! Weitere Fragen kommen bestimmt, aber damit kann ich jetzt erstmal arbeiten.

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Hallo,
weiter gehts. Ich habe jetzt die Materialkennwerte so angepasst, dass sie die Eigenfrequenzen meiner Proben recht genau abbilden.

Nun kommt der nächste Schritt - erweitern des Modells durch eine Gummizwischenschicht. Mein Betreuer hat mir geraten, das Modell dafür aus Solshell-Elementen aufzubauen. Könnt Ihr mir dazu etwas sagen? Ich habe versucht, mit 3 sections zu arbeiten. Allerdings lassen sich die solsh190-Elemente nicht mit AMESH vernetzen. Wie muss ich da vorgehen?

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mal ne kleine Frage  - hast Du auch die Masse des Metallstreifens am Ende berücksichtigt?

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Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

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Nein, habe ich noch nicht. Die Masse beträgt ca. 0,9g. Ich habe aber mal anhand eines theoretischen Formelwerks den dynamischen E-Modul berechnet und die Werte mit und ohne Kopfmasse verglichen. Der Unterschied war zwar nicht besonders groß, aber trotzdem sollte ich das vielleicht nochmal berücksichtigen. Danke für den Hinweis!

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Hallo,
es geht weiter. Habe jetzt vom Institut ein Makro bekommen, das mir die Dämpfungen berechnen soll. Allerdings baut das Makro eine allseitig eingespannte Platte auf, deshalb muss ich das noch anpassen.

Nun meine Frage: Wenn ich meinen Plattenstreifen mit Solshell190 vernetzen will, geht das ja nur mit VMESH. Wenn ich das mache, funktioniert EPLOT danach nicht und sagt mir, ich soll andere Elemente auswählen. Ein node-plot geht auch nicht. Nun frage ich mich, ob ich überhaupt ein Netz habe, sprich - ob die vmesh-Funktion überhaupt etwas bewirkt hat. Kann mir jemand weiterhelfen?
Edit: Habe die ELIST-Funktion benutzt. Es sind keine Volumenelemente da. Anscheinend kann ich meinen Plattenstreifen nicht über die K- und A-Funktion aufbauen, weil er dann nicht als Volumen anerkannt wird.

[Diese Nachricht wurde von generalfailure am 11. Jun. 2015 editiert.]
Edit2: Habe jetzt meinen Plattenstreifen einfach mit der Blockfunktion erstellt. Da funktioniert das vernetzen auch. Jetzt gehts erstmal weiter mit Materialparametern.

[Diese Nachricht wurde von generalfailure am 11. Jun. 2015 editiert.]

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Okay, habe etwas weitergemacht und ein paar Fragen.

1. Ich möchte meinen Plattenstreifen effizienter vernetzen als mit VMESH (wenn ich in Dickenrichtung 2 Elementreihen haben will, wird der Rest des Streifens viel zu dicht vernetzt). Ein Kollege empfahl SMRTSIZE, aber das funktioniert nicht mit VMESH. Alternativen zu VMESH? (VMESH habe ich jetzt benutzt, weil ich mit SOLSHELL190-Elementen arbeite).

2. Ich habe mit Shell281-Elementen meine Materialparameter soweit angepasst, dass die Simulation sehr nah an den Messergebnissen lag. Beim nun neuen Vernetzen mit SOLSHELL190 liegen die Werte aber wieder meilenweit daneben (f_neu = 2*f_alt). Woran könnte das liegen? Ein Kollege empfahl mir dazu, Elementorientierung und Schichtaufbau zu prüfen. Der Schichtaufbau ist aber nicht fehlerhaft, und die Elementorientierung habe ich mit veorient eigentlich korrigiert. Gibt es eine Möglichkeit, sich die Element-Normalen anzeigen zu lassen?

[Diese Nachricht wurde von generalfailure am 22. Jun. 2015 editiert.]

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