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Gut zu wissen: Hilfreiche Tipps und Tricks aus der Praxis prägnant, und auf den Punkt gebracht für Ansys
Autor Thema:  Progressives Federverhalten (1497 mal gelesen)
Consti99
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Screenshot2022-05-16205641.png

 
Hallo zusammen,

ich weis ich habe dazu schon einen Thread erstellt aber vermutlich ist dieser ein wenig untergegangen.

Ich versuche derzeit das progressive Verhalten der dargestellten Fahrwerksfeder darzustellen.

Weder in der transienten Strukturanalyse noch in einer statisch mechanischen Analyse wird ein progressive Reaktionskraftverlauf dargestellt wobei dieser in beiden sichtbar sein sollte oder? In der transienten kommen ja nur die Trägheiten der Massen und Geschw. etc dazu.

Ist die Feder zu wenig progressiv gebaut oder sieht hier jemand einen Fehler?

Vielen Dank schonmal für eure Antworten 

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farahnaz
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erstellt am: 17. Mai. 2022 00:46    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 Consti99 10 Unities + Antwort hilfreich

versuch mal mit feinem Netz und uebertreib mal den progressive Parameter.
Wenn weiterhin das gleiche rauskommt, dann ueberpruef mal ueberall die einstellungen

------------------
Grüße, Moe

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clockworker
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erstellt am: 17. Mai. 2022 07:17    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 Nur für Consti99 10 Unities + Antwort hilfreich

Achte mal drauf ob der Selbstkontakt des Federdrahtes richtig erkannt wird.
Wenn nicht kann es helfen die Kontaktflächen zu unterteilen: Also zB. Ober- und Unterseite des Drahtes teilen und jeweils eine Kontaktfläche nur über eine Windung definieren.

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Consti99
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Habe schon eine übertriebene Version der progressiven Feder erstellt passiert auch nicht wirklich was.

Und die Windungen berühren sich wirklich nicht -> im gestauchten Zustand ist ein noch ganz kleiner Spalt vorhanden.

Wüsste echt nicht mehr welche Einstellungen ich verkehrt gemacht habe oder so

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clockworker
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Wenn sich die Windungen berühren wird ein deutlicher Anstieg der Federsteifigkeit zu sehen sein. Die Berührung der Windungen bewirkt, dass weniger Windungen federn und damit dass System steifer wird.

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Consti99
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Screenshot2022-05-17085606.png

 
Ich habe als Kontakt die Feder mit sich selbst als Reibungskontakt definiert. Anders wüsste ich nicht wie ich es schaffe das sich die Feder nicht selbst durchdringt.

Oder gibt es irgendwo die Einstellung das sie sich selbst berühren aber nicht durchdringen kann?

Berühren tuen sie sich eigentlich siehe Screenshot

[Diese Nachricht wurde von Consti99 am 17. Mai. 2022 editiert.]

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clockworker
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Ob die Kontakte wirklich erkannt werden sieht man am besten im Kontakt-Tool.
Wenn du den Selbstkontakt des Drahtes nur über eine Fläche definierst, glaube ich aber, dass der Solver Probleme bekommen wird den Kontakt richtig zu erkennen.
Du solltest versuchen den Draht in Flächen zu unterteilen die für den Solver leichter zuzuordnen sind.

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Consti99
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Wie mache ich das mit den Flächen? Habe so etwas noch nie gemacht

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Vielleicht noch grundsätzlich zur Simulation von Druckfedern; bei der Simulation von Druckfedern muss man eine Reihe von Nichtlinearitäten richtig modellieren:
    Der Draht ist lang und dünn, daher ist das Verformungsverhalten nichtlinear
    Der Kontakt an den Federenden und der Selbstkontakt des Drahtes sind ebenfalls anspruchsvolle Nichtlinearitäten
    Die Spiralform des Drahtes enthält alle 180° eine Singularität, die man am besten vermeidet

Die Modellierung ist zeitaufwändig und oft frustrierend, da so ein System Konvergenz nicht verschenkt. Das nur als Vorwarnung.
Am besten entwickelt man ein Gefühl für die Nichtlinearität der Feder wenn man die Kontakte schrittweise hinzufügt:

    Am Anfang die Federenden fest einspannen
    Nur den Kontakt von zwei Windungen modellieren. Die Modellierung hängt hier etwas davon ab wo die Geometrie herkommt bzw. ob jemand mit dieser Geometrie weiter arbeiten muss. Aber ein Weg ist hier das zerschneiden der Spiralform mit einer Ebene. Danach eine Fläche entlang der Mittellinie der Spirale zu erzeugen und die zerschnittenen Abschnitte mit dieser Schneiden. Diese Körper müssen dann als eine Topologie definiert werden. Dann zwischen zwei Windungen den Reibungskontakt definieren und schauen ob das Modell konvergiert
    Jetzt kann man schrittweise weitere Windungen hinzunehmen
    Zuletzt den Kontakt an den Federenden

So ungefähr kann die Roadmap aussehen. Nicht näher beschrieben hab ich hier die Randbedingungen, die Vernetzung und die Schrittweite des Modells. Hier lauern überall noch Fallstricke die Konvergenz schwierig machen. Schau erstmal ob du den Selbstkontakt modelliert bekommst.

EDIT: Der beschriebene Weg ist sicher nicht der einzige, ist aber sehr robust. Möglicherweise reicht es bei deiner Geometrie den Pinball des Kontaktes und die Netzfeinheit richtig einzustellen. Also bspw. Pinball = Drahtdurchmesser * 0.5 und Elementgröße auf der Oberfläche Drahtdurchmesser * 0.05

[Diese Nachricht wurde von clockworker am 17. Mai. 2022 editiert.]

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Consti99
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Vielen Dank schonmal für deine Hilfe!

Also ich versuche derzeit ob ich das mit dem Pinball hinbekomme, dieser ist wahrscheinlich dafür, dass sich die Feder um den Pinball herum nicht selbst berühren kann oder?

Derzeit konvergiert die Simulation ständig bei 54% -> dort wo es anfängt sich selbst zu berühren hat es jedoch davor nicht...

Benötige diesen Simulation jedoch schon sehr stark, da ich sonst nicht nachweisen kann das die Simulationen der großen Baugruppe (Stoßdämpfer) passen.

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clockworker
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Der Pinball ist so etwas wie ein Suchbereich für die Kontaktelement. Das heißt, dass sich Kontakt- und Targetelemente nur in diesem Bereich gegenseitig finden.
Reduziere für den Anfang noch deine normale Kontaktsteifigkeit auf einen kleinen Wert, zB 0,01 .

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Consti99
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Okay ich habe mein Bestes Versucht, so gute kenne ich mich leider mit Ansys noch nicht aus. Ich weis jetzt das bei zu großem Reibungskoeffizient das meine Rechnung konvergiert. Genau diesen Fall jedoch will ich ja simulieren wenn die Windungen sich eben nicht mehr durchdringen genau da hört dann Ansys auf zu rechnen.

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Jens.Friedrich
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beamspring.gif


b12b59aa-6c08-4006-b76d-25ec3e11e156.PNG

 
Hallo Zusammen,

eine progressive Feder mit Selbstkontakt ist ein alter Hut und kann heutzutage in Minuten modelliert werden.

Wichtig hierfür sind EINFACHE und effiziente Ansätze.
Eine Feder ist ein Stahldraht, also eine Struktur die als gekrümmter Balken beschrieben werden kann.
Deshalb eignen sich natürlich Balkenelemente zur Modellierung ausgezeichnet.
Beide enden sollten rotatorisch fix gelagert werden.
Für die KontaktRB verwendet man Beam2Beam Kontakt. Aber das muss man ja heute nicht mehr wissen da Workbench einem die Arbeit abnimmt.
Beam Section Results = on

Ich habs jetzt gerade modelliert.
Aufbau 5mins
CPU Time: 35s (klar bei 207 Knoten)

done

------------------
Gruß
Jens

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Jens.Friedrich
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Bei der Gelegenheit schieße ich eine Empfehlung als "Alter Hase" nach!
Liebe Jungingenieure, lernt den Umgang mit Schalen / Balken / 2D Elemente (plane strain/ plane stress) und wann diese Elemente ausreichend zur Modellbeschreibung sind. Ich erlebe hier täglich Kollegen die einfach blechbiegeteile mit Solid Elementen berechnen wollen und kläglich scheitern weil man natürlich sehr viele Elemente über die Dicke braucht um das plastifizieren sauber abzubilden.

------------------
Gruß
Jens

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Consti99
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Vielen Dank für deine Antwort!

Ich versuche gerade zu verstehen was ich somit bei meiner Simulation falsch mache.

Ich verwende die Step-Datei von Solidworks da ich dort das Modell erstellt habe -> Ist dies schon der Fehler?
Ich sehe auch das du eine statische Analyse verwendest jedoch sollte dies ja auch in der transienten Sturktur Analyse möglich sein oder


Die linearen Feder verhalten sich in den Simulationen so wie gewünscht.

Deine Reaktion schaut sehr vernünftig und richtig aus so hoffe ich auch das es bei mir dann aussehen wird.

[Diese Nachricht wurde von Consti99 am 17. Mai. 2022 editiert.]

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Jens.Friedrich
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Hallo Consti,

du rechnest mit solids! Das ist aber völlig unnötig.
Am einfachsten gehst du in deinem CAD Programm ein paar Schritte zurück und verwendest nur die Spline welche die Mittelline der Feder beschreibt. Diese linie kann dann in Workbench vernetzt werden. Es entstehen damit Balken. Diese Balken rechnen deinen Lastfall easy in sekunden. Für die Progressivität braucht man noch den kontakt. Sobald du das modell gebaut und in der Statik geprüft hast kannst du einfach auf transient umstellen. Man muss nur beachten dass man dann sehr viele Zwischenschritte braucht um das transiente Verhalten abzubilden.
Was genau willst denn berechnen? Vielleicht gibts ja noch ne viel einfachere Methode! Man könnte die ganze Feder ja auch in ein Element mit nichtlinearer Kennlinie bauen.

Gruß
Jens

------------------
Gruß
Jens

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Consti99
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Okay das mit solid habe ich verstanden, wenn es nicht unbedingt notwendig ist sofern ich jetzt verstanden habe ist dies eigentlich nur unnötige Rechenzeit würde ich soweit mit den Elementen weiterrechnen.

Es geht grundsätzlich nur darum das ich ein (gesamtes) Fahrwerk also als Zweimassenschwinger simuliert habe und dort die Verschiebungen an den obigen Punkt sowie Spannungen der Feder etc. betrachte.
Dort habe ich auch verschiedene Federn verbaut bei dem Modellen zwischen progressiv und linear ist jedoch kein Unterschied wirklich zu sehen. -> liegt vermutlich an der geringen Stauchung der Feder.
Diese Eigenschaft würde ich jetzt mit zwei seperaten Simulationen gerne "beweisen". Ich scheitere jedoch an der progressiven Simulation. Ich habe eine relativ gute Auflösung gewählt jedoch wie du vielleicht in den Screenshots davor siehst ist die Reaktionskraft immer linear. Beziehungweise wenn sich mal die Windungen berühren konvergiert die Rechnung und Ansys hört auf.

Vielleicht weis du wie ich das jetzige Modell verändern oder Einstellungen tätigen kann damit es auch mit dem Modell klappt

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Duke711
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Dein Problem ist nach wie vor das einfach deine Netzgüte unzureichend ist. zwei Tetraeder über die Dicke kann eben nichts werden, und bei nichtlinearen Kontaktproblemen ist so ein grobes Netz bei Solid eben ein NoGo, da sind die Fehler schon vorprogrammiert.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 17. Mai. 2022 editiert.]

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Jens.Friedrich
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Hallo Consti,

solche Nachrichten ohne Anrede find ich gelinde gesagt zum Kotzen!
Es geht natürlich auch mit solids! Es bleibt deine Entscheidung Vorschläge anzunehmen oder abzulehnen.

------------------
Gruß
Jens

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Consti99
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Hallo Duke,

da ich die Student Version habe kann ich die Netzqualität nicht extrem vergrößern ich lasse es jetzt mal mit der minimalsten Elementgröße rechnen.

Hallo Jens,

sorry habe ich vergessen bin derzeit mit meinem Kopf leider etwas überfordert.
Ich würde den Vorschlag schon annehmen aber da ich alle anderen Simulationen mit den Solids gemacht habe ist jetzt der Umschwenker zu Balken zu spät denke ich.
Dennoch hoffe ich das du mir Tipps geben könntest das es auch mit Solids funktioniert

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Consti99
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Screenshot2022-05-17171553.png

 
Hallo (an alle),

ich habe es jetzt nochmal berechnet. An sich legen sich die Windungen sehr schön aufeinander -> ich schätze eher das der Fehler in der Ergebnissauswahl oder irgendeiner Einstellung liegt.

Denn theoretisch das Verhalten sollte so abgespiegelt werden.

Hoffe jemand hat einen Tipp  

[Diese Nachricht wurde von Consti99 am 17. Mai. 2022 editiert.]

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clockworker
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Hallo Consti99,

wenn du mit der Elementanzahl stark beschränkt bist, bist du vermutlich eh gezwungen die von Jens beschriebene Balkenelementlösung umzusetzen. Was unabhängig davon auch die richtige Herangehensweise ist. In SpaceClaim musst du dazu lediglich die Federenden/Anschliffe entfernen und für den Rest Balkenelemente erzeugen (Vorbereiten => Extrahieren => federnde Windungen)

Ggf. musst du die Geometrie in SpaceClaim neu erzeugen, wenn die Umwandlung nicht klappt.

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Duke711
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Zitat:
Original erstellt von Consti99:
Hallo (an alle),

ich habe es jetzt nochmal berechnet. An sich legen sich die Windungen


Zumindest schaut die Netzgüte brauchbarer aus, denn das hier ist Murks, da würde ich noch nicht mal den Rechner dafür einschalten:


https://ww3.cad.de/foren/ubb/upl/C/Consti99/Screenshot2022-05-17085606.png

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Consti99
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Aber warum es keine progressivität gibt weist du auch leider nicht oder?

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clockworker
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Hallo Consti,

Kannst du bitte noch eine Kraft-Weg-Kennlinie einstellen.

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Consti99
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Screenshot2022-05-18081400.png

 
Könntest du mir kurz erklären wie ich statt der Zeit den Weg hernehme?

Habe das schonmal versucht...

Edit: Wenn ich den Weg berechne zu den Rechenschritten und das dann in Excel zusammenfüge kommt dieses Diagramm heraus, was ja eigentlich logisch ist wenn Zeit und Verschiebung linear zusammenhängen

[Diese Nachricht wurde von Consti99 am 18. Mai. 2022 editiert.]

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Jens.Friedrich
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Hallo Consti,

gerade in einer transienten Analyse würde ich den Balkenansatz verfolgen weil sehr viele Lastschritte mit großen Nichtlinearitäten gerechnet werden sollen. Wie in meiner Analyse gesehen braucht es nur ca 200Knoten um so eine Aufgabe effizient zu lösen.
Woran die Kontakte bei deinem Solidansatz scheitern ist schwer zu erkennen. Ich denke dass die Schrittweite der Auslenkung in der Nähe des erstkontakts sehr klein sein muss. Ich würde den Pinball auf 0,5xDrahtdurchmesser einstellen. Pure penalty mit 0,01 als skalierungsfaktor. Die minimale schrittweite würde ich so einstellen dass max. der Pinball pro Lastschritt als Bewegung reingeht. Das werden dann aber sehr viele Lastschritte. Wenn das funktioniert kann man sich weiter rantasten.
Das dauert aber aus meiner Sicht viel länger als die Umstellung auf beams!


------------------
Gruß
Jens

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Duke711
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Zitat:
Original erstellt von Consti99:
Aber warum es keine progressivität gibt weist du auch leider nicht oder?

Veröffentliche einfach mal dein Modell, damit man es sich mal ansehen kann.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 18. Mai. 2022 editiert.]

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Consti99
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Hallo Duke,

Anbei ist der Link für die Datei als Step Datei oder gleich für Workbench

Kann es hier nicht als Datei veröffentlichen

https://1drv.ms/u/s!AioKjdrs3afliiX2D3bjaTuuoJ3s?e=jTwVR0

Hallo Jens,

danke für die Antwort ich probiere mal deine Tipps umzusetzen Pinball habe ich schon aktiviert das mit dem Pure Penalty muss ich noch suchen

[Diese Nachricht wurde von Consti99 am 18. Mai. 2022 editiert.]

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Duke711
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Unbenannt0.jpg


Unbenannt2.jpg


Unbenannt.jpg

 
Ich sehe ehrlich gesagt das Problem nicht

Elementgröße 2 mm, auf den schlechtesten Rechner mit nur dem iterativen Solver bereits in 38 Minuten gelöst.

Wie man anhand der Excelsheet sehen kann ist die Funktion eindeutig ein Polynom mind. 2. Grade und die Feder somit progressiv. Nur eben sehr schwach progressiv da sich nur wenige Kontakte an den unteren Windungen  berühren.

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Duke711
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Consti99
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Hallo Duke,

vielen Dank das du dir die Zeit genommen hast es erleichtert mich das Ergebnis zu sehen.

Du einen den einen Screenshot eingefügt indem die Feder transparent ist und anscheinend nur die Kontaktstellen zu sehen ist interpretiere ich das richtig?
Wenn ja wie erzeugt man das Modell?

Vielen Dank nochmal

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Duke711
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Ergebnis-> Kontaktool

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Hallo Duke, vielen Dank

ich dachte zumindest ganze Zeit das die progressivität der Feder viel stärker wäre bei so einer "massiven" Feder ist das wahrscheinlich eher weniger der Fall

-> Am Ende berühren sich doch fast alle Windungen weil du meintest es berühren sich nicht alle Kontakte was meinst du damit noch genau?

[Diese Nachricht wurde von Consti99 am 18. Mai. 2022 editiert.]

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Duke711
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Eine leichte Berührung am Ende, habe mir jetzt nicht den Kontaktdruck und Reibspannung angeschaut. Aber für noch mehr Progressivität müsste die Feder deutlich mehr auf "Block" gehen bzw. das Windungsdurchmesserverhältnis größer sein.

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spring_1.JPG


2022-05-27_090854.jpg

 
Das beste Werkzeug wird zum Tand, in eines tumben Toren Hand.
Mit einem fertigen Modell in so eine Aufgabenstellung zu gehen ist absurd, wenn die elementaren Grundlagen fehlen.
Es wird eine Federkennlinie gebraucht und wenn man anfänglich schon nicht viel über die Kraft sagen kann, so lässt sich doch
der maximale Federweg aus der Geometrie der Feder ermitteln.

Das ist die Eingabe für die Analyse. Wenn die Schrittlängen dann noch richtig gewählt sind, müssen nur noch  die
>>reaction forces<< ausgelesen werden und die Kennlinie ist da.

Das wird jedoch nichts, wenn man die Kontaktberechnungen nicht beherrscht. Die Kontakterkennung sieht man sehr schön im Konvergenzverlauf der Rechnung.
Wenn der oszilliert oder zu viel >penetration< vorhanden ist, mit rmodif,x,3,y nachbessern.

Hier mal die Kurve mit clasic erstellt. 

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