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Autor Thema:  Zylinder unter Innendruck (2920 mal gelesen)
machine-chris-82
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Fragen.pdf

 
Hallo zusammen,
ich simuliere gerade einen Zylinder unter Innendruck und bin dabei auf ein paar Probleme gestoßen.
Ich hab einen Zylinder mit einem viertel Zylinder simuliert und entsprechende Rotationssymmetrie appliziert (genaue Randbedingen hab ich im Anhang dargestellt). Dabei wollte ich die analytische Lösung für ein dickwandwiges Rohr unter Innendruck mit der FEM vergleichen. Für die Radialspannungen und Tangentialspannungen passt es ganz gut.
Leider bekomme ich für die radiale Verschiebung andere Ergebnisse wie mit der analytischen Lösung. Im Anhang hab ich mehr dazu dargestellt. Zusätzlich bekomme ich auch keine ordentliche Ergebnisse für die Axialspannungen. Dort weicht die analytische Lösung auch deutlich von der FEM ab.
Ich hoffe Ihr könnt mir weiterhelfen.
Viele Grüße
Christoph

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arnd13
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erstellt am: 30. Mai. 2018 09:58    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 machine-chris-82 10 Unities + Antwort hilfreich

Hi Chris,

Ich finde Deine Herangehensweise sehr gut, erst mal die Ergebnisse der FEM mit der bewährten analytischen Lösung zu vergleichen!
Die Randbedingungen XY-vorne und XY-hinten führen zu einem Overconstraint in axialer Zylinderrichtung. Lasse eine der beiden Randbedingungen weg und vergleiche dann noch mal die Ergebnisse.

------------------
Gruß, A.

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machine-chris-82
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erstellt am: 30. Mai. 2018 10:19    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 Arnd,
vielen Dank für die schnelle Antwort. Ich hab schon eine Randbedingung XY-hinten weggelassen (Im angehängten PDF hab ich Bilder eingefügt). Dann kommt vorne an der Stirnfläche die gleiche Lösung wie bei der analytischen Lösung heraus, aber das Rohr weitet sich nicht mehr gleichmäßig auf. Würde das dann heißen, dass ich nur die Stirnfläche vorne in Z einschränken würde und und hinten frei lassen sollte, damit ich die an der Stirnfläche vorne die gleichen Werte bekomme wie bei der analytischen Lösung.
Das würde heißen der Grund für den Unterschied der radialen Verschiebung zwischen FEM und analytischer Lösung liegt an der Einspannung.
Fall 1:
Wenn man XY-vorne und XY-hinten defniert, dann führt dies zu einem gleichmäßigen aufweiten des Rohres. Gleichzeitig aber auch zu einer Abweichung, da sich das Rohr nicht ausdehnen kann in Z und überbestimmt ist.
Fall 2:
Nur eine Stirnfläche in Z-Richtung einschränken (z.B. vorne), so kann sich das Rohr ausdehnen und stimmt mit der analytischen Lösung an dem Querschnitt vorne überein. Würde aber dann nicht der Bedinung entsprechen, dass sich das Rohr gleichmäßig aufweitet und ein Ausschnitt aus einem längeren Rohres wäre.

Ist das so richtig, oder habe ich dort Denkfehler drin?

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arnd13
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Dipl. Ing.


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erstellt am: 30. Mai. 2018 10:45    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 machine-chris-82 10 Unities + Antwort hilfreich


model.png


stress.png


radial_displ.png

 
Eventuell stellst Du nur die Verformungsansicht nicht richtig ein. Habe mal einen kleinen Test gemacht, und alles sieht plausibel aus. Das Rohr verhält sich mit einer axialen Randbedingung wie "ein Ausschnitt aus einem längeren Rohr".

------------------
Gruß, A.

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einfachTobi
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Ingenieur


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Ansys Workbench

erstellt am: 30. Mai. 2018 11:43    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 machine-chris-82 10 Unities + Antwort hilfreich

Eine schöne und ausführliche Beschreibung zur Idealisierung von Ausschnitten aus unendlich langen Rohren findest du hier:
http://www.cae-wiki.info/wikiplus/images/1/10/B8-t4-bsp19-130625.pdf

Vielleicht kann dir das schon einige Fragen beantworten.

[Diese Nachricht wurde von einfachTobi am 30. Mai. 2018 editiert.]

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Duke711
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Laut den Bildern wurde auf nur eine Kraft (Druck) auf den Innenflächen der Geometrie aufgebracht. Somit wird ein offenes Rohr simuliert und es kommt keine Axialspannung vor.

Man kann entweder nur einen Linienkörper erstellen und dann das Pipetool benutzen. Oder man bringt eine zusätzliche negative Druckkraft (Zugkraft) auf den Axialflächen auf, diese Druckkraft muss natürlich für die Axialflächen dementsprechend ausgerechnet werden. Bzw. es kann auch eine Kraft definiert werden.

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machine-chris-82
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erstellt am: 30. Mai. 2018 12:17    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


RadialeVerschiebung.JPG

 
Super, vielen Dank für die tollen Antworten.
Also jetzt funktioniert es auch mit nur einer Stirnfläche. Ich hatte Gesamtverformung eingestellt und musste auf Verschiebungskomponente umstellen  Genau, wie du es vermutet hast.
Jetzt stimmen auch die FEM-Ergebnisse mit der analytischen Lösung überein und hab gleichmäßiges aufweiten des Rohres.

Noch eine Frage zur radialen Verschiebung.
Fall 1) Eine Stirnfläche in Z eingeschränkt, passt mit der analytischen Lösung zusammen mit unterschiedlicher Elementanzahl und Ansatzfunktionen.

Fall 2) Beide Stirnflächen in Z eingeschränkt, Abweichung zur analytischen Lösung. Im Vergleich ein bisschen weniger Verschiebung (im Bild dargestellt). Wie kann man sich den Unterschied erklären. Ich hätte gedacht, dass es im Fall 2 zu größeren Verschiebungen kommt weil es sich in Z bei beiden Stirnflächen nicht ausdehnen kann und somit nur radial --> größere Verschiebung...

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arnd13
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Zu 2) Gute Frage. Dazu müsste ich erst recherchieren.
Eine Vermutung:
Das Rohr mit den freien Enden zieht sich ja unter Innendruck axial zusammen. Bei Fixierung der Enden ist dieses Zusammenziehen verhindert. Damit wird dann auch die Radialausdehnung behindert.
Wenn Du dazu eine stichhaltige Erklärung findest, poste diese doch noch mal hier. Ansonsten weiter frohes Schaffen!

------------------
Gruß, A.

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machine-chris-82
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erstellt am: 30. Mai. 2018 16:50    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

Ok, falls ich was finde poste ich es. Vielen Dank für die Unterstützung.

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RAL
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erstellt am: 31. Mai. 2018 08:14    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 machine-chris-82 10 Unities + Antwort hilfreich

moin.
einer der von Hand und mit FE rechnet. Aussterbende Gattung. Ich bin begeistert.

Gedanke zur Lagerung:
Dünner Schnitt durchs Model, ergibt ein Rechteck mit der
Länge L, Breite(R_aussen-R_innen) und der virtuellen Dicke t (sehr klein im Gegensatz zu den anderen.
Wenn du dieses Rechteck oben und unten (Kante "Breite") fesselst und Innendruck als Linienlast aufbringst hebelst du den Bernoulli-Ansatz aus. Du erhöhst mit der axialen Lagerung auch die Steifigkeit in radialer Richtung. Damit muss es zu Zwangsspannungen (axial) kommen, die die radialen Verformungen reduzieren.

frohes schaffen
ra

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Duke711
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Beiträge: 826
Registriert: 14.11.2016

erstellt am: 31. Mai. 2018 11:09    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 machine-chris-82 10 Unities + Antwort hilfreich


Unbenannt.jpg

 
Man simuliert auch so kein Rohr.

Die Axialflächen werden mit keiner Lagerung versehen, sondern mit einer Last beaufschlagt, wie bereits schon erwähnt. Zur Fixierung werden schwache Federn angewandt.
Alternativ das Pipetool benutzen.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 31. Mai. 2018 editiert.]

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