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Guten Tag zusammen,

im Rahmen einer Studienarbeit führe ich numerische Untersuchungen zum Einfluss der Wälzkörpergeometrie auf die Beanspruchung im Wälzkontakt.

Dazu habe ich mit Ansys Workbench drei Modelle erstellt:

- Kugel/Eben Kontakt
- Zylinderrolle/Ebene Kontakt
- Bombierte Rolle/Ebene Kontakt

Alle drei habe ich zunächst linear-elastisch erstellt und anschließend zur Bewertung der Ergebnisse mit den analytisch ermittelten Werten verglichen. Das hat auch alles wunderbar geklappt, die Ergebnisse für die Hertzsche Pressung liegen bei allen drei Modellen <5% und auch für die Spannungen unter der Kontaktoberfläche habe ich gute Ergebnisse rausbekommen.

Im nächsten Schritt sind die linear-elastischen Werkstoffeigenschaften durch elastisch-plastisches Werkstoffverhalten erweitert worden (isotrop multilinear-elastisches Materialverhalten).

Folgende Fehlermeldung erhalte ich nun im Solver:

''One or more elements have become highly distorted. Excessive
distortion of elements is usually a symptom indicating the need for
corrective action elsewhere. Try incrementing the load more slowly
(increase the number of substeps or decrease the time step size). You
may need to improve your mesh to obtain elements with better aspect
ratios. Also consider the behavior of materials, contact pairs,
and/or constraint equations. If this message appears in the first
iteration of first substep, be sure to perform element shape checking.''

Das Problem das ich habe ist, dass bei der Konvergenzabfrage der nichtlinearen Berechnung ein mehr oder weniger gleichbleibender Ungleichgewichts-Wert (Residuum) auftritt. Es tritt also keinerlei Fortschritt der Iterationsfolge auf, die beiden Linien laufen quasi mehr oder weniger parallel oder weg von einander. Zudem treten Bisektionen auf und es kommt zum Abbruch der Rechnung.

Am Montag werde ich Fotos von der Kraftkonvergenz, von der Vernetzung sowie von weiteren Einstellungen Posten.

Vielen Dank

Grüße

ThinLizzy

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

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Erstmal, dass die statische Berechnung durchgeht, hat nicht zu sagen was die Konvergenz der Nichtlinearen angeht.

In der nichtlinearen Berechnung:

Angenommen die Last ist nicht zu hoch und kein Material durch Palstifizieren versagt; Die Fehlermeldung sagt genau was zu tun ist.

Sollte ein Material versagen, dann wird es nie zu Ende konvergieren.

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Grüße, Moe

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Kranftkonvergenz_Kugel.png Vernetzung_Kugel.png Randbedingungen_Kugel.png

Hallo farahnaz,

vielen Dank für deine Antwort.

Wie versprochen, füge ich Fotos zur Kraftkonvergenz, zur Vernetzung sowie zu weiteren Einstellungen für das Kugel-Ebene-Modell hoch.

Ein paar Informationen zum Modell:

- zur Vereinfachung und aus symmetriegründen wurde jeweils ein Viertel des Modells erstellt

- auf die Kugel Viertelkugel wirkt eine Kraft von 300N, was 1200N für die gesamte Kugel entspricht

- die Kugel hat einen Durchmesser von 8mm und die Ebene eine Dicke von 1mm

- der Kugel wurde das linearelastische Material von Baustahl zugewiesen und die Ebene besteht aus 8 Schichten, wobei jeder Schicht ein anderes Material zugewiesen wurde. Das Material der Schichten ist härter als das von Baustahl.

- im ersten Lastschritt tritt eine Verschiebung auf und im zweiten Lastschritt wird die Kraft rampenförmig aufgegeben
  http://www.fotos-hochladen.net/view/analyseeinstelltfdqy6rbk7.png

- Randbedingungen: die Ebene wurde an der Unterseite "fixiert gelagert" und im ersten Lastschrtitt tritt eine "Verschiebung" entlang der z-Achse auf
  Kommen für das elastisch-plastische-Modell weitere Randbedingungen hinzu?

  http://www.fotos-hochladen.net/view/datailsverschi8p2ol05nu9.png
  http://www.fotos-hochladen.net/view/kontaktbedingunbqy5elthax.png  
                             
Was ich bis jetzt versucht habe:

- die Anazahl der Substeps zu erhöhen

- das Netz der Kugel gröber zu gestalten

- bei den Kontakteinstellungen die Detektionsmethode von Programmgesteuert auf Knoten-Normal projiziert zum Kontakt zu ändern

- bei den Kontatkeinstellungen die Steifigkeit von Programmgesteuert auf 0,2 zu verkleinern

Jedes mal sah der Verlauf der Kraftkonvergenz so wie im Bild dargestellt oder so ähnlich aus.

Jetzt habe ich die Kraft von 300N auf 10N verkleinert. Leider hat sich am Konvergenzverhalten nichts geändert (s. Foto http://www.fotos-hochladen.net/view/kraftkonvergenzxtlnyj47iu.png ). Also kann es nicht an einem Versagen des Materials durch Plastifizieren liegen oder etwa doch?

Kann es sein, dass ich die Materialdaten falsch eingegeben habe? Für die "Multilineare isotrope Verfestigung" wurde jeweils ein Wert für die plastische Verzerrung und ein Wert für die Spannung eingegeben. Wird dabei noch etwas beachtet?

Das habe ich für jede Schicht gemacht und anschließend im Modell jeder Schicht die zugehörigen Materialdaten zugeordnet.

Viele Grüße

ThinLizzy

[Diese Nachricht wurde von ThinLizzy am 23. Jun. 2015 editiert.]

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Hallo,

Du arbeitest mit Verschiebung im ersten Step, also bekommst du eine Reaktionskraft im Kontakt die die Kugel "Raus drücken" will.
Dann gehst du in dem Zweiten Step und rechnest mit 0N-300 N Kraft. Die Kraft soll also in jede nächste Iteration wachsen, aber solange die kleiner als die Kontakt kraft ist, dann fliegt die Kugel weg, in diesem Fall bekommst du keine Konvergenz. Es könnte ein der gründe sein. Du muss also an deine Randbedingungen arbeiten.  Du kannst auch evtl. bis ende mit Verschiebung arbeiten und dann die Reaktionskraft am Knoten abfragen. 

Ich hoffe ich konnte helfen. Sprachfehler bitte verzeihen, Deutsch ist nicht meine Muttersprache  .
MfG,
Martin.     

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Gruß

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Hallo Martin,

vielen Dank für deine Antwort.

Ich habe es mir so gedacht: im ersten Lastschritt soll durch die Verschiebung in Richtung der z-Achse der Kontakt zwischen der Kugel und der Ebene hergestellt werden. Im zweiten Lastschritt wird die Verschiebung deaktiviert und stattdessen eine Kraft aufgebracht. Das hat für das linearelastische Modell funktioniert.
Wenn ich mir den Verlauf der Kraftkonvergenz anschaue, denke ich wird der Kontakt im ersten Lastschritt hergestellt. Hast du vielleicht eine Idee, was ich an den Randbedingungen verändern könnte?

Gruß

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Hallo,

was für Reaktionskraft bekommst du nach dem ersten Verschiebung Lastfall?

Eine Weggesteuerte Analyse in so einen Fall wie dieser ist eine sehr gute Idee, do könntest auch so wie gesagt bis ende mit Weg steuern, bist deine Reaktionskraft 300N erreicht 

Eine andere Frage:
Was für ein Elementen Typ haben die dünnwandige Teile?

MfG,
Martin. 

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Gruß

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Hallo, danke für deine Antwort 

Ich glaube das mit der weggesteuerten Analyse ist eine gute Idee. In einem anderen Thema habe ich folgenden Vorschlag gelesen:

Lastschritt 1: Bauteil weggesteuert auf den kontaktpartner zu bewegen wir der Kontakt definitiv gefunden ist.
Lastschritt 2: Reaktionskrauft aus der wegsteuerung auslesen und direkt ( stepped nicht ramped) als Kraft aufbringen. Der  ANSYS Befehl dazu ist mir gerande entfallen, aber es gibt ihn
Lastschritt 3: Kraft bis zum gewünschten wert erhöhen.

Kann ich in Loadstep 3 wieder eine Kraftsteuerung ansetzen oder lieber eine Wegsteuerung? Wenn ich die Wegsteuerung wähle, also mittels einer Verschiebung, woher weiß ich wie groß diese sein muss um auf 300N zu kommen?

Kannst du mir sagen, wo ich die Reaktionskraft nach dem ersten Lastschritt ablesen kann?

Die dünnwandigen Teile haben als Elementtyp SOLID186 und die Kugel SOLID187

Vielen Dank

Gruß

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Zitat:

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Original erstellt von ThinLizzy:

Lastschritt 1: Bauteil weggesteuert auf den kontaktpartner zu bewegen wir der Kontakt definitiv gefunden ist.
Lastschritt 2: Reaktionskrauft aus der wegsteuerung auslesen und direkt ( stepped nicht ramped) als Kraft aufbringen. Der  ANSYS Befehl dazu ist mir gerande entfallen, aber es gibt ihn
Lastschritt 3: Kraft bis zum gewünschten wert erhöhen.

Kann ich in Loadstep 3 wieder eine Kraftsteuerung ansetzen oder lieber eine Wegsteuerung? Wenn ich die Wegsteuerung wähle, also mittels einer Verschiebung, woher weiß ich wie groß diese sein muss um auf 300N zu kommen?

Kannst du mir sagen, wo ich die Reaktionskraft nach dem ersten Lastschritt ablesen kann?
Gruß

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Hallo,

Die Reaktion Kraft kannst du im solution - rechte Maus klick - probe - reaction force. Und dann musst du die Verschiebung auswählen, weil da wird die Reaktion auftreten.

Der Nachteil von eine Simulation die nur Weggesteuert ist, ist dass es bissen Probe bedürftig ist. Also musst du raten wie viel Verschiebung du aufbringen musst. Naturlich es wird schwierig genau 300N aufzubringen.

Aber der Vorteil ist dass weggesteuerte Analyse viel stabiler ist.

Kannst beide Methoden ausprobieren, was wichtig kraft als step nicht als ramp aufbringen.

Zur Elementen:

Ich persönlich würde die Hex solid Elemente auf jedenfall dichter machen, hauptsächlich bei einem elast-plast Rechnung. Es kann sein dass die Spannungen in der Dicke nicht richtig berechnet werden bei so einem groben Netz wie deiner. Lese in doku über Integrationspunkte (menge und Verteilung) bei 186 elemente.

Du könntest über solsh190 Elemente denken, die würden besser sein für so einen fall. Workbench setzt die Menge der Integrationspunkte auf 5 wenn elast-plast Werkstoff zur Einsatz kommt(für solsh190). Du könntest evtl. auf 7 Punkte hoch setzen (geht aber nur ducrch apdl snippet). 

MfG,
Martin.

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Gruß

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Randbedingungen.png Error_Kugel.png

Hallo Martin,

danke, dass du mir hilfst. Nun habe ich es wie folgt versucht.

1. Lastschritt: Verschiebung in Richtung der z-Achse, es ergibt sich eine Reaktionskraft von 8,8799e-004N.
2. Lastschritt: Stepped Kraft von 8,8799e-004N
3. Lastschritt: Ramped Kraft von 8,8799e-004N auf 300N, Anfängliche Substeps:20, Min. Substeps:20 und Max. Substeps: 40

Bis zum 3 Lastschritt war alles gut (s. Foto Kraftkonvergenz), doch dann kamen viele Fehlermeldungen.

Code:

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MAXIMUM NUMBER OF EQUILIBRIUM ITERATIONS HAS BEEN MODIFIED             
  TO BE, NEQIT = 26, BY SOLUTION CONTROL LOGIC.                         

*** NOTE ***                            CP =      24.882   TIME= 10:47:12
The initial memory allocation (-m) has been exceeded.                  
  Supplemental memory allocations are being used.                       
     FORCE CONVERGENCE VALUE  =  1.419      CRITERION= 0.7240E-02
    EQUIL ITER   1 COMPLETED.  NEW TRIANG MATRIX.  MAX DOF INC=  0.9465E-01

*** WARNING ***                         CP =    2718.739   TIME= 10:56:17
Contact element 109576 (real ID 10) status changes abruptly from       
contact (with target element 115978) -> no-contact.                    
     LINE SEARCH PARAMETER =  0.5000E-01 SCALED MAX DOF INC =  0.4732E-02
     3D CONTACT ELEMENTS: 1455 CONTACT POINTS HAVE TOO MUCH PENETRATION
     FORCE CONVERGENCE VALUE  =  571.0      CRITERION= 0.7679E-02
    EQUIL ITER   2 COMPLETED.  NEW TRIANG MATRIX.  MAX DOF INC=  0.3931E-02
     LINE SEARCH PARAMETER =  0.9910     SCALED MAX DOF INC =  0.3895E-02
     FORCE CONVERGENCE VALUE  =  10.47      CRITERION= 0.2207E-01

*** WARNING ***                         CP =    8270.315   TIME= 11:14:43
There are 3247 small equation solver pivot terms.                      
    EQUIL ITER   3 COMPLETED.  NEW TRIANG MATRIX.  MAX DOF INC=   2.627   

*** ERROR ***                           CP =    8292.265   TIME= 11:14:48
One or more elements have become highly distorted.  Excessive          
distortion of elements is usually a symptom indicating the need for    
corrective action elsewhere.  Try incrementing the load more slowly    
(increase the number of substeps or decrease the time step size).  You 
may need to improve your mesh to obtain elements with better aspect    
ratios.  Also consider the behavior of materials, contact pairs,       
and/or constraint equations.  If this message appears in the first     
iteration of first substep, be sure to perform element shape checking. 

*** NOTE ***                            CP =    8292.265   TIME= 11:14:48
One or more elements have become highly distorted.  Excessive          
distortion of elements is usually a symptom indicating the need for    
corrective action elsewhere.  Try incrementing the load more slowly    
(increase the number of substeps or decrease the time step size).  You 
may need to improve your mesh to obtain elements with better aspect    
ratios.  Also consider the behavior of materials, contact pairs,       
and/or constraint equations.  If this message appears in the first     
iteration of first substep, be sure to perform element shape checking. 
*** LOAD STEP     3   SUBSTEP     1  NOT COMPLETED.  CUM ITER =     19
*** BEGIN BISECTION NUMBER   1    NEW TIME INCREMENT=  0.25000E-01

     FORCE CONVERGENCE VALUE  = 0.7095      CRITERION= 0.3620E-02
    EQUIL ITER   1 COMPLETED.  NEW TRIANG MATRIX.  MAX DOF INC=  0.4732E-01

*** WARNING ***                         CP =   10973.922   TIME= 11:23:43
Contact element 112936 (real ID 10) status changes abruptly from       
no-contact -> contact (with target element 116086).                    
     LINE SEARCH PARAMETER =  0.5000E-01 SCALED MAX DOF INC =  0.2366E-02
     3D CONTACT ELEMENTS:  374 CONTACT POINTS HAVE TOO MUCH PENETRATION
     FORCE CONVERGENCE VALUE  =  59.30      CRITERION= 0.3827E-02
    EQUIL ITER   2 COMPLETED.  NEW TRIANG MATRIX.  MAX DOF INC=  0.2037E-02
     LINE SEARCH PARAMETER =  0.9762     SCALED MAX DOF INC =  0.1988E-02
     FORCE CONVERGENCE VALUE  =  2.692      CRITERION= 0.9391E-02

*** WARNING ***                         CP =   16485.982   TIME= 11:41:59
There are 318 small equation solver pivot terms.                       
    EQUIL ITER   3 COMPLETED.  NEW TRIANG MATRIX.  MAX DOF INC=  0.6014E-01

*** ERROR ***                           CP =   16509.477   TIME= 11:42:04
One or more elements have become highly distorted.  Excessive          
distortion of elements is usually a symptom indicating the need for    
corrective action elsewhere.  Try incrementing the load more slowly    
(increase the number of substeps or decrease the time step size).  You 
may need to improve your mesh to obtain elements with better aspect    
ratios.  Also consider the behavior of materials, contact pairs,       
and/or constraint equations.  If this message appears in the first     
iteration of first substep, be sure to perform element shape checking. 
 
*************************************************
  SUMMARY FOR CONTACT PAIR IDENTIFIED BY REAL CONSTANT SET          10
Max.  Penetration of -3.869283858E-03 has been detected between contact
element 109736 and target element 115982.                              
For total 6400 contact elements, there are 5 elements are in contact.  
Contacting area 8.849877607E-05.                                       
11 contact points have too much penetration (do not meet compatibility 
condition).                                                            
Contact element 109736 has the highest number of status changes (total 
3) during this substep.                                                
Max.  Total sliding distance 2.82723592E-03.                           
Max.  Pinball distance 3.765829228E-02.                                
One of the contact searching regions contains at least 81 target       
elements.                                                              

*** NOTE ***                            CP =   16509.477   TIME= 11:42:04
You may reduce the pinball to speed up contact searching.              
Max.  Pressure/force 1210223.94.                                       
Max.  Normal stiffness 208518162.                                      
Min.  Normal stiffness 208518162.                                      
*************************************************

*** WARNING ***                         CP =   16509.477   TIME= 11:42:04
The unconverged solution (identified as time 3 substep 999999) is      
output for analysis debug purposes.  Results should not be used for    
any other purpose.                                                     

*** FATAL ***                           CP =   16509.570   TIME= 11:42:04
Cannot extend a previous version result file.                          

ALL CURRENT ANSYS DATA WRITTEN TO FILE NAME= ansabort.db
  FOR POSSIBLE RESUME FROM THIS POINT

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Sobald es zu einer ansteigenden Kraft kommt, treten Probleme auf. Ich glaube da bring es auch nichts, wenn die Anzahl der Substeps erhöht wird. Ich werde es vermutlich nochmal Weggesteuert versuchen und es bei dem Netz belassen. Falls das auch nicht funktioniert, werde ich, wie du mit empfohlen hast, das Netz der Ebene verfeinern.

Gruß

[Diese Nachricht wurde von ThinLizzy am 23. Jun. 2015 editiert.]

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Hallo,

schau mal unter diesem Link:
http://www.padtinc.com/blog/the-focus/overcoming-convergence-difficulties-in-ansys-workbench-mechanical-part-i-using-newton-raphson-residual-Information

Lass dir die Newton Rhapson Residuals plotten, es könnte hilfreich sein.

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Gruß

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