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Autor Thema:   Auflagerreaktionen von starrem Körper (319 mal gelesen)
lgusner
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Aerospace Engineer

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Hallo liebe Ansys-Community!

Ich habe ein sehr allgemein formuliertes Problem und möchte dies (falls möglich) in Ansys Mechanical (Realease 19.2) lösen. Es geht um Folgendes:

Das System besteht aus einem starren Körper, der an 4 Auflagerpunkten (die im Raum fixiert sind) gelagert ist. An einem Punkt des Köpers greifen eine Kraft und ein Moment an. Die Richtung und der Betrag der Kraft und des Moments (ergo die Komponenten des Kraft- bzw. Momentenvektors) sind gegeben.

Als Lösung sollen die Komponenten des jeweiligen Kraft- und Momentenvektors in den Auflagerpunkten ausgegeben werden.

Ist dieses Problem überhaupt lösbar und - falls ja - wie mache ich das in Ansys Mechanical? Ich weiß, dass ich hier etwas naiv frage, was daran liegt, dass ich mich mit FEM noch nicht sehr viel auseinandergesetzt habe.

Konkrete Daten:

Angriffspunkt von Kraft und Moment:
O_pf=[1055.027mm,0.114mm,1683.477mm]^T

Koordinaten der Auflager:
SM_M1=[1442.901mm,-336.675mm,1703.805mm]^T
SM_M2=[1475.932mm,294.459mm,1705.536mm]^T
SM_M3=[1933.003mm,-222.858mm,1592.773mm]^T
SM_M4=[1951.507mm,130.713mm,1593.743mm]^T

Kraftvektor:
FR_SM_MAX_1=[-12559.789N,659.134N,-14409.398N]^T

Momentenvektor:
MR_SM_MAX_1=[-3357.495Nm,-3379.491Nm,-171.873Nm]^T

Vielen Dank für alle Antworten!

Liebe Grüße,

Lorenz

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Duke711
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Einfach auf rigid body umstellen.

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arnd13
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Vielleicht verstehe ich Deine Frage falsch, aber das hört sich wie eine Übung aus dem 1. Studienjahr Mechanik an.

In Ansys:
- Platte modellieren (Du musst natürlich eine Dicke und ein Material zuweisen)
- Auflagerpunkte fixieren ("fixierte Lagerung")
- Kräfte und Momente aufgeben
- Lösen
- Kraftreaktionen an den Auflagern auslesen

------------------
Gruß, A.

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lgusner
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Aerospace Engineer

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"Vielleicht verstehe ich Deine Frage falsch, aber das hört sich wie eine Übung aus dem 1. Studienjahr Mechanik an." -> Ja genau, das ist es auch.

Ich zielte auch eher darauf an, das gesamte Problem vielleicht mit externen Punkten / externen Lasten anzugehen, diese im Raum zu fixieren und mir einfach die Reaktionskräfte/-momente in den zuvor eingegebenen Punkten anzeigen zu lassen.

Geht das überhaupt so einfach, wie ich mir das vorstelle, oder verstehe ich da etwas falsch?

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arnd13
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Dipl. Ing.


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Wahrscheinlich kann man auch mit externen Punkten und Lasten arbeiten. Das ist dann aber nicht einfach. Man muss dann die Punkte über Kopplungen zueinander fixieren. Die Wahrscheinlichkeit von Fehlern erhöht sich dabei auf jeden Fall. Warum also nicht die einfache Lösung:
Dummy-Platte mit den vier Auflagern und den Kräften und die Reaktionskräfte ablesen?

Das Ergebnis dann auf jeden Fall mit der analytischen Lösung aus dem Tabellenbuch (Dubbel, Schneider, ...) vergleichen. Ich bin mir sicher, dass es da die entsprechenden Plattenformeln gibt.

------------------
Gruß, A.

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lgusner
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Aerospace Engineer

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Ok, jetzt bin ich mittlerweile so weit, dass ich eine Platte an einer Seite fixieren kann und auf der anderen Seite eine Kraft angreifen lassen kann. Das gibt mir auch ein Ergebnis aus.

Das Problem ist nur, dass ich die Platte dann nicht als starr modellieren kann.

Ich glaube auch, dass sich die Aufgabenstellung möglicherweise so gar nicht lösen lässt. Ein vierfach gelagerter Körper wäre ja statisch unbestimmt, was bedeutet, dass man auf seine Verformungen eingehen müsste. Das ist aber bei einem starren Körper nicht möglich.

Danke jedenfalls für den Input!

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arnd13
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Anstatt die Platte als starr zu modellieren (warum ist das nicht möglich?) kannst Du den E-Modul sehr hoch setzen, dann ist die Platte quasi-starr. Du musst Dir sowieso bewusst sein, dass die FEM nur ein numerisches Ergebnis berechnen kann, welches niemals so genau wie die analytische Lösung ist.
Wir haben damals im Studium statisch unbestimmte Bauteile mit der "Methode der virtuellen Verschiebungen" berechnet. Das ist aber vermutlich nicht mehr zeitgemäß...

------------------
Gruß, A.

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lgusner
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Aerospace Engineer

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An die Methode von d'Alembert habe ich auch schon gedacht, allerdings glaube ich nicht, dass das den Aufwand rechtfertigt.

Starr modellieren geht deshalb nicht, weil mich Ansys dann die Platte nicht mehr fixieren lässt (gelb markiertes "Geometrie"-Feld im Eigenschaftsfenster der Fixierung).

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arnd13
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Versuchs mal mit dem hohen E-Modul (z.B. 200000 GPa).

------------------
Gruß, A.

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Duke711
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Natürlich geht das bei rigid body nicht, da beim rigid body die Steifigkeitsmatrix stets unendlich ist. Mit unendlich lässt sich schlecht rechnen. Sämtliche Lasten oder Lagerungen sind stets an dieser Matrix gebunden. Darum arbeitet man mit MKS bzw. rigid body stets mit Joints und Skalar Lasten wie Rotation, Translation, Beschleunigung etc. Als Joints werden dann die gewünschten Lager definiert. Alternativ kann eine externe Kraft und die Lagerung als externe Verschiebungen gewählt werden, diese sind ebenfalls nicht Matrix gebunden.

Mal davon abgesehen das dies eine Schwachsinnsaufgabe ist. Denn das ganze ist im Twinbuilder, Matlab/Simulink, als 1D Problem am besten aufgehoben. Dazu braucht es keine FEM; sondern nur gewöhnliche DGLs. Mit Kanonen auf Spatzen geschossen.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 02. Mai. 2019 editiert.]

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lgusner
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Aerospace Engineer

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erstellt am: 07. Mai. 2019 12:59    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, ich habe nun eine Lösung gefunden.

Der Trick war, die Auflager als verformbar zu modellieren. Die Steifigkeitsmatrix der Auflagerpunkte kenne ich.

Also falls es jemanden interessiert:

1) Starre Platte, die Kraft-/Momentenangriffspunkt und Auflager verbindet modellieren
2) Die 4 Verbindungen als "Körper-Lagerung" definieren und den jeweiligen Punkten zuordnen
3) Die Steifigkeitsmatrix für jeden Punkt definieren
4) Kraft und Moment im entsprechenden Punkt des starren Körpers anbringen
5) Verbindungsstichproben jeweils für resultierende Kraft und resultierendes Moment in den 4 Verbindungen anzeigen lassen

Danke jedenfalls trotzdem für den Input!

Liebe Grüße,

Lorenz

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Duke711
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erstellt am: 07. Mai. 2019 15:02    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 Nur für lgusner 10 Unities + Antwort hilfreich

Bezüglich Stickpunkt Zwei; das ist nichts anderes als ein Joint (Verbindungen als "Körper-Lagerung" ) mit einer unabhängigen Matrix. Aber schön zu erfahren das die Fragestellung beantwortet werden konnte.

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