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EinfachesModellHaut.jpg

Hallo Ansys-User,

nach langer Pause hier eine Frage ob großen Verformungen bei meinem Modell besser an oder aus sein sollten?
Es handelt sich um ein einfaches Modell der Haut in 2D mit drei Schichten (siehe Skizze Anhang). Oben wird mit bis zu -1.5 mm zusammengedrückt und unten eingespannt (fixed support).
Schicht 1 sehr dünn und relativ steif, Schicht 2 schon viel weicher und Schicht 3 noch weicher da Fettgewebe (siehe Emodul und Struktursteifigkeit).

Um Unterschiede zwischen „mit und ohne große Verformungen“ festzustellen, habe ich die Gesamtverformung schrittweise erhöht und Dehnwerte verglichen. Die Schritte dabei sind u1= -0.0005, u2= -0,005, u3=-0,05 u3=-0,5 und u4=-1,5mm.
Zusätzlich vergleiche ich noch die FE Ergebnisse mit einer einfachen analytischen Rechnung (F=k*u bzw. Sigma = E*Epsilon).

Da alles linear ist passen Dehnungen gut überein d.h. Abweichungen FE zu analytischer R. (aR) unter 4%.
Nur die eigentlich von mir favorisierte Rechnung u4=-1,5mm „große Verformungen“ an zeigt je nach Schicht Unterschiede zu aR 13% bzw. 22%. Die plötzlich großen Abweichungen stören mich weil, 9 mal geht es und das 10 mal nicht bzw. selsbt u4=-1,5mm ohne große Verformungen sind die Abweichungen unter 4%.

Was könntet Ihr mir raten? Ab wann sollten denn große Verformungen in jedem Fall an sein?

Vielen Dank und noch frohes Schwitzen. Bald ist ja wieder schlechtes Wetter 

Falke2

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Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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Nun, die ersten 3 Verschiebungen sind im Vergleich zur Gesamthöhe kleiner als 1%. Dann geht es hoch auf gute 5 % und dann knapp 20%.
Dass am Anfang alles linear ist, ist kein guter Indikator dafür, dass es auch bei den großen Verschiebungen so weitergehen sollte. Auch ist der Vergleich mit einer linear berechneten Dehnung kein hilfreiches Entscheidungskriterium. Ab wann der Unterschied relevant ist, hängt vom Anspruch an die Genauigkeit ab. In ingenieurtechnischer Abwägung würde ich die letzten beiden Analyse unbedingt mit großen Deformationen rechnen. Wenn man unsicher ist, kann man sie einschalten, dann konvergiert der Löser auch schnell, weil es keinen Einfluss gibt. Gut, man verschwendet etwas Rechenzeit, aber das ist ja nicht so selten in der Simulation, dass Komfort und Performance balancieren kann.
Ich würde die Abstufung der Verschiebungen zwischen 0.05 und 1.5 mm feiner wählen, dann sieht man gut, ab wann die Kurven linear und nichtlinear ernsthaft (das ist benutzerabhängig) auseinanderdriften und kann dann nach persönlichen Genauigkeitsanspruch die Grenze definieren. Ich persönlich würde - sofern keine speziellen Anforderungen bestehen wie z. B. Ermüdungsbewertung oder andere sehr sensitive Weiterverarbeitungen - bei 1-5% die Grenze ziehen, wenn man gute Material- und Lastdaten hat, auch früher. Und wie gesagt, im Zweifel einfach ein, dann ist man auf der sicheren Seite.

Viele Grüße
CG
 

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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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Bild2.jpg

Hallo Herr Gebhardt,

Grüße nach Grafing und vielen Dank für den kostenlosen Support.

Dem Rat folgend fügte ich noch zusätzliche Berechnungspunkte ein. Die zwei Diagramme im Anhang (Bild 2) zeigen für mich nun sehr schön die (nicht) Linearität. Läge die Schmerzgrenze für akzeptable Abweichung zur Analytik bei etwa 6% müsste somit ab u=-0.5mm große Verformung angeschaltet werden.
Ob nun die FE Rechnung bei u=-1.5mm mit der Realität übereinstimmt (lineare Analytik hilft ja dann ab u=-0.5mm nicht) überprüfe ich über Veröffentlichungen mit z.B. Identer Druckversuche.

VG
Falke 2

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Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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