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Gut zu wissen: Hilfreiche Tipps und Tricks aus der Praxis prägnant, und auf den Punkt gebracht für Ansys
Autor Thema:  Zu hohe Spannungen in einer Platte (3186 mal gelesen)
MaxKL
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CAD1.PNG


Fassade.PNG


Fassade2.PNG

 
Hallo,
Im Rahmen einer Studienarbeit an meiner Uni soll ich eine punktgestützte Fassadenplatten in Ansys modellieren. Mein Problem ist nun, dass ich egal wie tief ich meine Einbindetiefe der Pins in die Vorsatzschale wähle, die Spannung um die Pins (in einem Radius von 6cm - 10cm) fast das 2 bis 3 Fache des zu erwartenden Wertes überschreitet. Was ich jedoch komisch finde ist, dass die Verformungen mit denen aus dem Labor übereinstimmen. Ich habe schon im Problembereich versucht ein eine Netzverfeinerung auf 3mm durchzuführen, oder die Pins abzurunden. Alles ohne Erfolg. Nun meine Frage an euch. Hat jemand Ideen oder Anregungen für mich ?

MFG

Max

Angaben zu meinem Projekt:
1,3mx1,3mx0,03m (Vorsatzschale)
Einbindetiefe der Verbindungsmittel: zwischen 0 und 3cm
Die Vorsatzschale besteht aus UHPC und wird mit einer Flächenlast von 0,08MPa belastet (im Labor ermittelter Wert)
Die Pins (aus Glasfaserverstärktem Kunststoff) haben einen Durchmesser von 12mm und der Abstand zwischen Vorsatzschale und Tragschale beträgt 200mm

Im Anhang befinden sich 3 Bilder, zwei vom theoretischen Modell und eines von meiner CAD Datei. Am Montag kann ich noch Bilder von den Berechnung von Ansys hochladen.

[Diese Nachricht wurde von MaxKL am 23. Okt. 2017 editiert.]

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smittytomcat
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Naval Architect / Dipl.-Ing. Schiffbau, selbstständig


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...

erstellt am: 22. Okt. 2017 17:56    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 MaxKL 10 Unities + Antwort hilfreich

Moin und herzlich willkommen bei CAD.de,
Kannste mal einen Spannunsplott reinstellen (Datei anhängen)
Ich denke Dein Problem ist so alt die die Anwendung von FEM 

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

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Ciao
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Hallo MaxKL

Schau am Besten mal im Internet das Thema "Singularität in FEM" nach. Dies scheint das Problem deiner Berechnung zu sein, denn Singularitäten wirken sich (soweit ich weiss) nicht auf die Dehnung, sondern nur auf die Spannung aus.

LG Ciao

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MaxKL
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simaeins.PNG


maxhaupt.PNG


maxhauptgesamtneu.PNG

 
hier bitte.

Bild 1 ist Sigma 1, Bild 2 ist die maximale Hauptspannung und Bild 3 die maximale Hauptspannung auf der gesamten Platte


In einem Bereich ca 10cm um den Pin sind die Spannungen deutlich zu groß.

[Diese Nachricht wurde von MaxKL am 23. Okt. 2017 editiert.]

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MaxKL
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Hallo Ciao

ich vermute auch das es sich bei meinem Problem um eine Singularität handelt, jedoch sind alle Maßnahmen zu Vermeidung gescheitert. Deshalb meine Frage ob jemand eine Idee hat.

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Frank0815
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erstellt am: 23. Okt. 2017 16:21    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 Nur für MaxKL 10 Unities + Antwort hilfreich

Wie sieht eigentlich das Netz dazu aus und wie sind die Stäbe an den Beton angebunden (Kontakt, Direkt)?
Und noch eine kleine Verständnisfrage, bei 80MPa auf 1,69m^2 und 9 Pin á 12mm werden diese mit jeweils mit 1.3e5 N/mm^2 belastet. Da fällt mir gerade kein Material ein was das ab kann.

Grüße
Frank

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Duke711
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erstellt am: 23. Okt. 2017 16:28    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 MaxKL 10 Unities + Antwort hilfreich

Die scharfen Kanten vom Pin entfernen

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MaxKL
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netzpin.PNG

 
Hi Frank,
das Netz ist am Pin und im einem Abstand von 12 cm um den Pin auf 1,5mm eingestellt. Wie meinst du das angebunden ?Im Versuch im Labor stecken die Pins in der Platte und bekommen alle Kräfte über den VErbund übertragen. In Ansys sind die Kontaktbereiche der Pins über Verbund definiert. Zur Belastung da habe ich mich verschrieben es müssen 80kPa sein.

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Frank0815
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erstellt am: 23. Okt. 2017 17:16    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 MaxKL 10 Unities + Antwort hilfreich

Ok, danke für die Korrektur.
Wenn ich in Ansys Teile verbinden will kann das auf mehrere Arten tun. Zum einen über Kontakt, die Variante die du gewählt hast. Zum anderen kann ich auch die Teile als Baugruppe schon im DM verbinden. Der Vorteil ist hier das ich ein durchgehendes Netz habe. Ob das bei dir hilft kann ich nicht sagen.
Um eine feinere Vernetzung um den Pin zu erreichen kannst du auch die Inflation benutzen.
Ich hatte vorhin mal ein Ausschnitt aus deinen Modell nachgebastelt (ein bissel Beton und den Pin). Bei mir war nach einer Elementdicke die Spannung auf quasi Null runter. Also je nach Elementgröße 1-10mm. Kann aber sein das ich nicht alle Details deines Modells eingebaut hatte.

Grüße Frank

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MaxKL
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Hallo Duke711,
wie soll ich scharfen Kanten vom Pin entfernen wenn ich einen Kreis als Fläche habe ?

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MaxKL
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Hallo Frank,
hast du dabei dann auch wirklich 2 unterschiedliche Materialien verwendet ? beton für die Platte und z.B Stahl für den Pin ?
Leider komme ich mit dem DM überhaupt nicht zurecht und baue deshalb meine Modelle in AutoCAD  , wenn ich hier die Platte und die Pins vereinige habe ich in Ansys nur noch ein Bauteil und somit nur die Auswahl eines Materials.

Lg Max

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Duke711
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erstellt am: 23. Okt. 2017 17:49    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 MaxKL 10 Unities + Antwort hilfreich


Beispiel.jpg

 
Die Flächenteilung ist keine Kante, wobei man diese auch noch im DM entfernen könnte.

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Frank0815
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Klotz.pdf

 
"...hast du dabei dann auch wirklich 2 unterschiedliche Materialien verwendet ?"
Ja habe ich, ist aber erstmal für das Problem nicht unbedingt relevant. Anbei mal ein paar Varianten (der Pin ist 3cm im Bauteil). Ich weiß nicht wo bei dir das Problem liegt aber selbst bei einer Standardvernetzung (einfach nur Vernetzt, ohne Änderung eines Parameters) bekomme ich keine solche Ausdehnung des Spannungsverlaufes.

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MaxKL
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Hallo Frank,
danke für deine schnelle Antwort und die Mühe die du dir gemacht hast. Könntest du mir vielleicht noch einen Plot zu folgenden Abmessungen ausgeben damit ich ihn mit meiner Platte Vergleichen kann ?
Abmessung 500x500x30 (mm), der Pin genau in der Mitte und 30mm im Bauteil (sollte also gerade Sichtbar sein), die Last auf der Platte beträgt weiterhin 80kPa, der Pin am anderen Ende weiter starr gehalten.

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Frank0815
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datei1.png


datei2.png

 
Ok, hier die noch mal die andere Seite. Man sieht schön, dass das von den gewählten Randbedingungen kommt. Im Bild1 ist der Stab am Ende eingespannt und auf der Platte/Stab der Druck angelegt. Im Bild2 habe ich am Rand mal noch Symmetriebedingungen eingefügt. Material ist Beton und FR4.

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MaxKL
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erstellt am: 24. Okt. 2017 14:42    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

Hi im Grunde sieht es ja nun fast genauso aus wie bei mir. Wie hast du das mit den  Symmetriebedingungen gemacht ? Oder hast du einfach nur die Ränder genommen und sie fixiert/ frei gelagert ?

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Frank0815
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"..im Grunde sieht es ja nun fast genauso aus wie bei mir."

Ja, in dem Fall schon. Die Spannungen sind meiner Meinung nach dann aber keine Singularität oder ein Artefakt. Diese Spannungen entstehen durch die Biegung der Platte um den Stab.

"...fast das 2 bis 3 Fache des zu erwartenden Wertes überschreitet..."

Wo kommen die Erwartungswerte denn her (Messwerte oder Berechnungen)?

"...Wie hast du das mit den Symmetriebedingungen gemacht ? Oder hast du einfach nur die Ränder genommen und sie fixiert/ frei gelagert ?"

Im Fall 1 sind die Ränder frei gelagert. Beim 2. Bild habe ich bei den Rändern die Verschiebung senkrecht zum Schnitt auf Null gesetzt.

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MaxKL
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Die Erwartungswerte wurde im Labor über einen Versuch bestimmt. Jedoch wurde das nicht von mir gemacht.

Siehst du ob sich mein Modell auch gut in 2-D darstellen lässt ? Dann würde ich hier etwas Zeit investieren um so vielleicht bessere Ergebnisse zu erhalten.

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Frank0815
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"...Siehst du ob sich mein Modell auch gut in 2-D darstellen lässt ? ..."

Was meinst du mit 2D? Ein Schalenmodell, Draufsicht, etc.?

Theoretisch hält sich der Aufwand für ein Vollmodell in Grenzen. Die Frage ist, ob es notwendig ist oder ob es ausreicht ein Element zu simulieren.

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MaxKL
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Damit meine ich die Draufsicht. weis nur noch ganz wie ich die Pins mit ihrer Länge darstellen soll

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Frank0815
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Ich weiß echt nicht was ich drauf antworten soll! Bei 2D fällt im allgemeinen eine Dimension weg, also siehst du nur einen Ring deines Pins. Damit bleibt nur eine erläuternde Beschreibung im Text oder du wählst eine 3D Ansicht aus, wo mal halt alles erkennt.

[Diese Nachricht wurde von Frank0815 am 26. Okt. 2017 editiert.]

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MaxKL
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erstellt am: 01. Nov. 2017 18:02    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


2D-Platte-3DPin.PNG

 
Hi ich wollte damit wissen, ob es irgendwie möglich ist mein System so wie auf meinem Screenshot umzubauen und zu berechnen. Also die Platte zu einem 2D Objekt zu machen und die Pins 3D zulassen. Jedoch bekomme ich das nicht hin. irgendwie entsteht kein Kontaktbereich zwischen Platte und Pins.

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Frank0815
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erstellt am: 02. Nov. 2017 08:27    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 MaxKL 10 Unities + Antwort hilfreich

"...Also die Platte zu einem 2D Objekt zu machen und die Pins 3D zulassen..."

Leider kann ich dir da auch nicht helfen. Ich habe bisher noch nicht viel mit Schalenelementen gearbeitet. Was versprichst du dir von der Vereinfachung?

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MaxKL
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Hi mein Betreuer meint das ich dadurch die Zu hohen Spannungen minimieren könnte. weil das Programm dann keine Volumenelemente mehr verwendet.

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Duke711
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So kann das auch nichts werden. Kontakte sind standardmäßig als Surface to Surface definiert. Bei einem 3D Objekt besteht der Bohrungsquerschnitt selbst aus einer Fläche. Aber eine Fläche ist und besteht nun mal aus einer einziegen Fläche. Die Fläche vom Bohrungsquerschnitt ist dann nicht mehr präsent.

Im übrigen ist das auch ein falscher Ansatz.
Erstens ist eine Fassadenplatte nicht über die Bohrungsflächen mit einem Sockel verklebt, verschweißt. In der Realität liegt diese auf dem Sockel auf oder ist verankert.
Von daher wäre es schon mal sinnvoller die Platte auf den Sockel zu modellieren und nicht per Durchgangsbohrung zu "verkleben"

Schalenmodelle nehmen eine linieren Spannungsverlauf entlang der definierten Tiefe/Dicke an, was in der Realität eher selten der Fall ist und zum Locking führt.
Im Fall von einer Plattenanwendung wie hier nicht von Bedeutung. Aber mit Schalenelemente sind schlechtere als bessere Ergebnisse zu erwarten.

Wenn die abgeleiteten Größen nicht plausibel sind. Dann ist entweder die Netzgüte oder Qualität nicht ausreichend.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 02. Nov. 2017 editiert.]

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Täx
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Hi MaxKL,
ein paar Ansätze zu deinem Modell.
Ich würde diese einfache Geometrie schon im Designmodeller erstellen. Du meintest dass dabei die Körper zusammengeführt werden.
Wenn du bei Extrudieren für die Pins in den Optionen "als gefroren hinzufügen" auswählst, passiert das zb nicht und du bekommst einen Körper "Platte" und "Pin".

Als nächstes würde ich dann alle Körper in eine Baugruppe tun, dadurch wird Ansys das ganze als einen festen Körper meshen, dabei wirst du trotzdem die Einzelteile behalten und brauchst keinen Kontakt mehr! Die Singularitäten an der Oberfläche der Platten werden dabei nicht mehr auftauchen.

Wo du trotzdem höhere Spannungen sehen wirst, vor allem bei Schubkräften, ist an der inneren Verbindungsstelle von Platte und Pin. Das liegt an der Kerbwirkung. Je kleiner der Kerbradius, umso größer die Spannungen, in deinem Fall würden die Spannungen gegen unendlich gehen weil dein Kerbradius 0 ist. Ich würde daher an der Platte eine kleine Kerbe einführen, die auch in der Realität vorliegen wird, für 1/4 Kreis würde ich dir empfehlen mindestens 4 second Order Quad-Elemente zu verwenden.

mfg

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MaxKL
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erstellt am: 08. Nov. 2017 17:35    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

Danke dir für deine Hilfe Täx.

Ich werde deine Ansaätze morgen einmal testen. Ich habe alles bis auf den Kerbradius und den 1/4 Kreis verstanden.
Wie kann ich im DM einen Kerbradius erstellen ? Und wie kann ich second Order Quad-Elemente verwenden ?

mfg MaxKL

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Täx
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WIN10/Ansys Workbench 19.1

erstellt am: 09. Nov. 2017 23:18    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 MaxKL 10 Unities + Antwort hilfreich

Für Kerbradius, Kante auswählen und dann auf Verrundung mit fixertem Radius.

Second Order Quads in Mechanical:
- Rechtsclick auf Netz im Strukturbaum, Körper auswählen und dann Methode auf "Hex dom"
- Linksclick auf Netz und dann auf Standardeinstellung, Elementansatzfunktion auf Quadratisch

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