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  Eingespannter Zylinder: Lagerung, Bewertung der Ergebnisse

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Autor Thema:  Eingespannter Zylinder: Lagerung, Bewertung der Ergebnisse (522 mal gelesen)
bsp91
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Screenshot2022-09-23134348.png


Screenshot2022-09-23134256.png


Screenshot2022-09-23134228.png

 
Guten Tag,

ich arbeite gerade an einem Projekt bei dem ein Zylinder bei 11 mm eingespannt werden soll und an der Spitze mit einer horizontalen Kraft (10N) belastet wird. Dabei sollen die entstehenden Spannungen am Zylinderkopf und an der Einspannung ermittelt werden. Durchmesser: 2,35 mm

Zunächst habe ich eine Frage zu der Einspannung:

Der Zylinder wird als Volumenkörper mit Materialdaten aus Creo in Ansys importiert. Der Zylinder soll bei 11 mm eingespannt werden. Hierbei bin ich auf das Problem gestoßen das ich eine fixierte Lagerung nur an einer gesamten Oberfläche festlegen kann. Nach vielen Versuchen die Fläche zu teilen oder ähnliches, war die einzige Lösung, die funktioniert hat, den Zylinder in Creo in 2 Parts zu trennen und ihn wieder als ASM zusammenzusetzen (siehe Bild).
Gibt es eine elegantere Methode, um die Lagerung in einem bestimmten Abstand festzulegen oder vielleicht die FLäche in Ansys zu teilen?

Die zweite Frage dreht sich um das Simulationsergebnis:
Ich tue mich schwer das Ergebnis der Simulation an der Einspannung zu bewerten. Ich habe verschiedene Teilbereich einzeln auf die Vergleichsspannung nach Mises untersucht (Schaft mit Streckung, Schaft mit Stauchung und einen Freistich). Zwar konvergiert das Ergebnis nach 10 Zyklen (max. 5% Abweichung) mit 5,39% fast, ich kann jedoch nicht mehr Zyklen einstellen.
Ist es möglich mehr Zyklen festzulegen?
Oder muss das Netz noch feiner eingestellt werden? (gemittelt/ungemittelte Spannung am Freistich mit kaum Abweichung)
ODER liegt dort eine Singularität vor, weil durch die Trennung und Zusammensetzung der beiden Parts eine scharfe Kante entsteht? Da die Schaftseite mit der Streckung konvergiert ist und die Abstände immer kleiner werden, würde ich eine Singularität eigentlich ausschließen.

Vielleicht kann mir jemand weiterhelfen wie ich den Zylinder eleganter aufteilen kann und mir bei meiner Verständnisfrage weiterhelfen.

Vielen Dank und weiterhin einen schönen Sonntag

[Diese Nachricht wurde von bsp91 am 25. Sep. 2022 editiert.]

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bsp91
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Leider bin ich mit der Auswertung noch nicht weitergekommen. Hat jemand eine Idee?

Vielen Dank!

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farahnaz
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Ing.


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erstellt am: 30. Sep. 2022 22:13    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 bsp91 10 Unities + Antwort hilfreich

Zu deiner erste Frage, du kannst zB. spaceclaim benutzen.

Zu deiner Ansys-Frage, ich kann mir kein Gesamtbild von deiner Aufgabe machen. Vielleicht andere verstehen es besser.

------------------
Grüße, Moe

[Diese Nachricht wurde von farahnaz am 30. Sep. 2022 editiert.]

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bsp91
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erstellt am: 03. Okt. 2022 23:32    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

Wenn noch weitere Daten oder Erklärung bezüglich der Problemstellung benötigt werden, kann ich diese gerne geben.

Vielleicht das Problem in kurz:

Durch das Teilen des Zylinders bin ich mir nicht sicher ob an der Kante eine Singularität entsteht. Die Spannungen konvergieren, aber erst nach maximal einstellbaren Iterationen (10).

Liegt keine Singularität vor da das Ergebnis irgendwann konvergiert?
Ist es möglich mehr Iterationen einzustellen?

Vielen Dank

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samson05
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Warum teilst Du den Zylinder an der Stelle? Macht das aus physikalischer Sicht Sinn?
Wie sind die Randbedingungen? Kannst Du vielleicht eine übergeordnete Skizze mit der Belastung und dem Problem bereitstellen?

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bsp91
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erstellt am: 04. Okt. 2022 12:02    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


Screenshot2022-10-04115752.png

 
Ok, ich teile den Zylinder an der Stelle, um die Fläche unter der Trennlinie fest einspannen zu können (fixierte Lagerung), da der Zylinder einen konstanten Durchmesser hat. Physikalisch macht das keinen Sinn, ich finde nur keinen anderen Weg, den Zylinder genau dort (bei 11 mm und die Zylinderfläche darunter) einspannen zu können. Da ich den Zylinder von Creo importiere kann ich ihn nur dort bearbeiten (kein SpaceClaim, DesignModeler).

Randbedingungen:

Zylinder (2,35 mm Durchmesser) bei 11 mm mit Fixierter Lagerung eingespannt (schwarze Fläche)
Externe Kraft horizontal drückt an einer Kopffläche des Zylinders (10N)
Gravitation

Problemstellung:

An der Stelle 11 mm konvergiert die Vergleichsspannung erst nach 10 Iterationen und ist ziemlich hoch. Singularität? Ist es möglich mehr Iterationen als 10 einzustellen?

Edit:

Nach weiteren Recherchen wird es die fixierte Lagerung sein, welche an der Kante eine Singularität hervorruft. Laut Literatur kann ich die Stelle mit einem Abstand, welcher so groß ist wie die Ausdehnung der Vereinfachung (2,35 mm), auswerten. Insofern ich das richtig verstanden habe.

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samson05
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Also:
wie du schon richtig sagst, macht es oft wenig Sinn direkt an der fest eingespannten Stelle irgend etwas auszuwerten, sondern in hinreichendem Abstand.
Wenn dich die Stelle der Lagerung interessiert musst du hier lokal die physikalischen/geometrischen Begebenheiten vernünftig abbilden. Wenn das z.B. ein Zylinder in einer Bohrung ist, solltest du die Bohrung genauer abbilden inkl. Fasen und/oder Rundungen.


Wie man die Iterationen hochstellen kann weiß ich leider nicht.

Was ist eigentlich Dein Ziel? Was erhoffst du dir von der Simulation? Oder ist es ein reines Übungsbeispiel?

[Diese Nachricht wurde von samson05 am 04. Okt. 2022 editiert.]

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bsp91
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Ok. Danke für deine Antwort. Dann werde ich die Simulation um die Spannzange erweitern und schauen ob es ein besseres Ergebnis liefert.

Ziel ist es den Zylinder zu richten. Mit den FEM Versuchen möchte ich schauen, wo die höchsten Spannungen auftreten. Da die Spannungen vermutlich an der Einspannung mit der Spannzange am höchsten sind, wäre es gut, wenn ich dort ein vernünftiges Ergebnis erzielen kann. Weiterhin möchte ich die Kraft ungefähr einschätzen können, um den Zylinder circa 0,08 mm zu biegen (ohne Rückfederung, da eine nichtlineare SIM meine Ansys-Version nicht zulässt).

Danke für die vielen Antworten!

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bsp91
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erstellt am: 04. Okt. 2022 15:28    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


Screenshot2022-10-04152328.png


Screenshot2022-10-04152527.png

 
Ok, habe mich heute noch mal den ganzen Tag mit dem Zylinder im Spannfutter rumgeärgert. Kriege diese Simulation auch nach 10 Iterationen nicht zum konvergieren. Habe eine Fase in der Spannzange und nachträglich noch eine Rundung an die Kante der Fase, welche mit dem Zylinder in Berührung ist, konstruiert.

Hat jemand eventuell einen Tipp wie man das Ergebnis zum konvergieren bekommt. Vergleichsspannung am Schaft (in 2 Hälften eingeteilt: Stauchung und Streckung)

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Duke711
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Laut dem Bild wird der Zylinder nicht einheitlich vernetzt und an der Trennstelle liegt ein Kontakt vor. Auch unterscheidet sich die Netzdichte erheblich am Kontakt.

Das ist für eine definierte Konvergenzvorgabe alles ziemlich schlecht und vergrößert die numerischen Unsicherheiten.

Kontakt entfernen und den Zylinder einheitlich als ein einheitlicher Körper vernetzen. Ggf. den Körper als ein Körper vom CAD importieren.
Die Flächenteilung kann man auch direkt im Vernetzer (Ansys Meshing) machen:

https://www.youtube.com/watch?v=wdKMqfJV1Ys

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bsp91
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erstellt am: 05. Okt. 2022 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

Ok, werde anhand des Videos versuchen die Fläche in Ansys zu teilen und nicht im CAD das Volumenmodell zu trennen und wieder zusammenzufügen.
Die unterschiedliche Vernetzung entstand durch den Konvergenzprozess beider Teilflächen (oberhalb/unterhalb der Trennlinie).

Vielen Dank für den Tipp! Ich setzte mich direkt mal dran.

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Jens.Friedrich
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ANSYS2021 R2

erstellt am: 05. Okt. 2022 10:29    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 bsp91 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo bsp91!

ich verstehe deine Problematik nicht wirklich. Wenn das was skizziert wurde berechnet werden soll ist die Aufgabe trivial (und lässt sich auch analytisch erschlagen).

FEM:
Man zerteilt einfach an die Mantelfläche um die Einspannungsfläche freizuschneiden. Dann wird an der unteren Mantelfläche fixiert.
Wenn wie ober geschrieben eine festgelegte Verformung erreicht werden soll dann ist es am einfachsten die Verformung direkt aufzubringen. Dafür bietet sich ein remote displacement oben an, da man hier die Last zentral über einen Steuerknoten einleitet.
Die Spannung kann an der Einspannrandbedingung nicht konvergieren weil dort eine Singularität herrscht. Es darf also einfach nicht bis zur Singularität ausgewertet werden.
Zur Auswertung an Singularitäten gibt es sehr viele Ansätze.
https://www.ing-hanke.de/know-how/singularitaeten-in-der-fem-ursachen-und-bewertung/
http://www.welsch.one/2016/02/17/spannungsspitzen-und-singularitaeten-in-fem-rechnungen/

Wenn dort nun unbedingt ausgewertet werden muss hilft sicherlich eine linearisierung. Hierfür bieten sich Pfadergebnisse an


------------------
Gruß
Jens

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bsp91
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erstellt am: 05. Okt. 2022 10:42    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

Erstmal vielen Dank für die ganzen Antworten! Haben mir sehr weitergeholfen! Habe die Mantelfläche mittels virtueller Topologie teilen können und jetzt ein saubereres Ergebnis.

@Jens.Friedrich:
Ich möchte die numerischen und analytischen Ergebnisse miteinander abgleichen, um eine die Lösungen validieren zu können. Ich weiß das es sich, um ein triviale Simulation handelt. Da ich kein Profi in FEM Simulationen bin, hat es mir schwer gefallen die Ergebnisse an der Einspannung auszuwerten, da sie auch ein mal konvergiert sind (siehe erste Bild) - mit natürlich unrealistischen Ergebnissen, war ich mir nicht sicher ob es sich um eine Singularität handelt.

Werde das Ergebnis an der Einspannung mit Abstand des Durchmessers des Zylinders auswerten.

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