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Hallo,
ich bin recht neu auf dem Gebiet der FE Analysis und arbeite mit der Software MArc.Mentat.

Meine Simulations-Ergebnisse stimmen leider nicht mit praktischen Tests ueberein und ich fuehre das auf die Ungenauigkeit meiner stress-strain curves zurueck. In Marc MEntat wird nicht die komplette stress-strain curve beruecksichtigt, sondern nur ein Abschnitt. Welchen Abschnitt der stress-strain curve muss ich beruecksichtigen, um das Materialverhalten wiederzugeben? Den elastisch-plastischen Bereich des MAterials bis zum Bruch? Oder nur den plastischen Bereich?  Das Handbuch gibt leider keine genaueren Infos darueber.

Gibt es darueber irgendwelche Literatur?

Ich waere sehr dankbar ueber eine hilfreiche Antwort!

Gruss

Chris

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christianR

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Hallo Christian,

ich nehme an, du willst ein elastisch-plastisches Materialverhalten verwenden.
Dazu musst du eine Tabelle erstellen (TYPE: eq_plastic_strain), in der die aktuelle Fließgrenze als Funktion der plastischen Dehnungen beschrieben wird (eps_plastisch = eps_gesamt - eps_elastisch). Die Werte berechnest du dir aus der Spannungs-Dehnungslinie des Zugversuchs. Das erste Wertepaar ist (0.0, Anfangsfließgrenze).
Wenn du den Parametersatz LARGE DISP + UPDATE + FINITE verwendest, berechnest du dir Logarithmische-Dehnungen und Cauchy-Spannungen, ansonsten (kein LARGE DISP) Ingenieurdehnungen und Ingenieurspannungen.
In den ISOTROPIC PROPERTIES definierst du E-Modul und Querdehnzahl. Dort findest du auch das Formular ELASTIC-PLASTIC. Gib dort als Multiplikator für den INITIAL YIELD STRESS 1.0 ein und referenziere deine Tabelle. Das wars auch schon.

Viele Grüße,
Martin

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Vielen Dank Martin,

ich komme den Ergebnissen aus praktischen Versuchen schon naeher, aber bin immer noch nicht ganz am Ziel.
Vielleicht habe ich das mit dem Parametersatz nicht richtig befolgt.
Meinst Du die Einstellungen im Job-Prozessor: Analysis Options: Mechanical: Analysis Options? Dort finde ich nur "Large Displacement", aber nicht UPDATE und FINITE?

Jedenfalls vielen Dank nochmal fuer Deine Hilfe!

Gruss

Chris

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christianR

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Hallo Christian,

wenn du elastisch-plastisch rechnest, ist es praktisch immer gerechtfertigt, dass du in der mathematischen Formulierung auch sog. Große Verformungen berücksichtigst.
Diese aktivierst du in den Mechanical Analysis Options mit "LARGE DISPLACEMENT". Außerdem solltest du in den Mechanical Analysis Options - Advanced Options (rechts unten) noch "UPDATED LAGRANGE PROCEDURE" und "LARGE STRAINS" einschalten. Im *.dat-File stehen dann die 3 Parameter LARGE DISP, UPDATE und FINITE.
UPDATE schaltet auf (wahre) Cauchy-Spannungen um und FINITE aktiviert den genaueren Formelsatz für den el.-pl. Integrationsalgorithmus.

Alternativ kannst du bei den Mechanical Analysis Options einfach die Plasticity Procedure von "SMALL STRAIN" auf "LARGE STRAIN ADDITIVE" umschalten. Das ist gleichbedeutend mit setzen von LARGE DISP, UPDATE, FINITE und CONSTANT DILATATION.
CONSTANT DILATATION (= selektive reduzierte Integration) kann mitunter der Rechnung helfen, reduziert aber die Genauigkeit der Ergebnisse. Deswegen verwende ich persönlich den Schalter "LARGE STRAIN ADDITIVE" nicht sehr gerne.

Viele Grüße,
Martin

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Kannst Du noch ein wenig zu der Art Deiner Berechnung und Deiner Versuche sagen? Handelt es sich um einen Verformungsvorgang (Materialumformung) oder um eine strukturmechanische Berechnung (also Belastung eines Bauteils im Einsatzfall)? Welches Material ist beteiligt und wie stark wird es dabei verformt? Verwendest Du selbst ermittelte Materialdaten oder in Marc/Mentat vorinstallierte?

Und ganz wichtig: Welche Größe mißt Du im Versuch und vergleichst sie mit Deiner Rechnung?

Zu Deiner Frage nach dem "Abschnitt der stress-strain-curve": Streng genommen gibt es bei einer Spannungs-Dehnungs-Kurve einen kurzen, sehr steilen,linearen Teil bis zur Dehngrenze Rp0,2, dieser Teil ist rein elastisch, anschließend beginnt der plastische Teil, der auch elastische Anteile enthalten kann. Das Maximum erreicht diese Kurve bei der Streckgrenze Rm, anschließend sinkt sie ab bis zum Bruch (Einschnürung). Wie die jeweilige Kurve nun aussieht, hängt natürlich vom jeweiligen Material ab.

Und wie von Martin schon sehr richtig dargestellt: Für die Definition eines plastischen Materialverhaltens in Marc/Mentat benötigst Du nicht die komplette Spannungs-Dehnungs-Kurve aus dem Zugversuch, sondern die sogenannte Fließkurve, und die besteht definitionsgemäß aus der (plastischen) Fließgrenze kf, aufgetragen über dem Umformgrad Phi.

[Diese Nachricht wurde von JPietsch am 23. Sep. 2005 editiert.]

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Hallo Martin,

nochmals vielen Dank fuer Deine Bemuehungen!

Also, ich habe jetzt im JOB-Menu die Einstellungen unter Mechanical Analysis Options vorgenommen.
Ich werde separate Simulationen laufen lassen mit Deinen genannten Einstellungen und die Ergebnisse vergleichen.

Ich sollte vielleicht noch erwaehnen, dass ich impact-simulationen durchfuehre und es dazu nicht viel Infomaterial im MARC.Mentat MAnual zu finden ist, bis auf ein 2D Ball-Platte Beispiel.

Werde Dich nochmal anschreiben, wenn ich naeheres von den Simulationen erfahre.

Bis dahin und vielen Dank.

Chris

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christianR

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Bei Impact-Simulationen stellen sich für mich sofort folgende Fragen:

1) Rechnest Du quasistatisch oder transient? Falls Du quasistatisch rechnest, wie überträgst Du Deine Aufprallgeschwindigkeit in eine statische (Kraft-/Weg-)Randbedingung?

2) (schon einmal gefragt) Welche Ergebnisgrößen aus dem Versuch vergleichst Du mit Deiner Rechnung? Spannungen? Kräfte? Verformungen?

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Vielen Dank Herr Pietsch!

es handelt sich bei meiner Simulation um Impact-Simulationen, in der ein Faserverbundwerkstoff aus Kevlar/Epoxy verschiedenen Objekten ausgesetzt werden soll. Ich muss in meinen Ergebnissen zum einen den Verformungsvorgang des Composites und zum anderen Delamination (also Schaeden innerhalb des Werkstoffes orten) beruecksichtigen.

Beispiel: Faserverbundwerkstoff-Bauteil wird von einer Kugel (Stahl)getroffen. Die Geschwindikeiten der Kugel fallen unter low-velocity impact (also: 2-15m/s).
Das Faserverbundwerkstoffteil besteht aus mehreren Laminaten, die mit 3D solid HEX Element Types definiert werden.
Das Faserverbundbauteil wird dabei an der Unterseite in x,y,z-direction fixiert.

Die Materialeigenschaften habe ich aus verschiedenen Literaturquellen. Ich beruecksichtige dabei Young's Modulus, Querkontraktionszahl, Dichte und Spannungs-Dehnungs-Kurve.
Bei einem Kevlar/Epoxy Bauteil ist es schwierig die Spannungs-Dehnungs-Kurven zu finden. Zwar habe ich einige Beispiele fuer Rovings aber nicht fuer GEwebe. Hier bin ich mir auch nicht sehr sicher wie die Spannungs-Dehnungs Kurve auszusehen hat, da das MAterial eine geringe Elastizitaet besitzt. Deshalb haben wir hier nicht die klassische Spannungs-Dehnungskurve, wie bspw. bei Stahl.

Die Groessen die ich in meinen Versuchen beruecksichtige sind contact normal force, total strain energy, acceleration und displacement. (metrisches System, (millimeter,second,etc))

Ich hoffe, dass Ihnen die Informationen ausreichen.

Vielen Dank im voraus.

Mit freundlichem Gruss

Chris

Ich vermute, dass Marc.Mentat mit impact-velocities ab 15m/s ueberfordert ist, da die Ergebnisse sehr ungenau werden.

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christianR

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Zitat:

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Original erstellt von christianR:
Ich vermute, dass Marc.Mentat mit impact-velocities ab 15m/s ueberfordert ist, da die Ergebnisse sehr ungenau werden.

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Genau hier muß ich noch einmal mit den gleichen beiden Fragen einhaken: Was meinst Du mit "Ergebnisse sehr ungenau"? Welche Ergebnisse? Du schreibst von "normal force" und "total strain energy", aber das dürften doch kaum die Ergebnisse sein, die Du konkret mit realen Versuchsresultaten vergleichst. In welchen Punkten vergleichst Du also Simulation und Realität?

Und dann zu Deiner impact-velocity: In welcher Form läßt Du sie in die Rechnung einfließen? Eine echte Geschwindigkeits-Randbedingung kannst Du schließlich nur benutzen, wenn Du transient und nicht quasi-statisch rechnest. Tust Du dies?

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Zu 1: Bei meinen Simulationen verwende ich unter Loadcases: Dynamic transient. Darunter verstehe ich, dass ich mit dieser Einstellung einem Impact-Object direkt am Kontakt-Point positionieren kann, aber die Dynamic des Objektes beruecksichtige. Also keine statische Bewegung.

Zu 2: ich bin mir nicht sicher, welche Versuche und was fuer Rechnungen Sie nun meinen. Ich besitze Versuchsergebnisse aus der Praxis (bspw. Beschleunigungs-, Kraefte-, kinetische und absorbierte Energie-Kurven,etc.) Mit Hilfe dieser Informationen vergleiche ich meine Rechnungsergebnisse mit MSC.Marc.

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christianR

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Danke fuer die Antwort,

Ich beziehe mich auf einen Standard, der Richtgroessen (negative Beschleunigung, maximale Kraefte die an der Faserverbundmaterial-Oberflaeche und absorbierte Energie) vorgibt.

Zum Beispiel: durch den Einschlag der Kugel muss das FAserverbund-Bauteil die verursachte kinetische Energie absorbieren, die verursachte Energie stimmt mit den Werten aus der Praxis ueberein. Der Hoechstwert der Beschleunigung liegt allerdings beispw. 200g ueber dem Praxiswert, der eigentlich vorhanden sein sollte. Die Kraefte in der FE-Analysis, die waehrend des Verformungsvorganges entstehen liegen ungefaehr 10000 N unterhalb des Praxiswertes.

Die Simulation wurde im Dynamic transient Modus durchgefuehrt.

Vielen Dank fuer Ihre Bemuehungen.

Mit freundlichem Gruss

Chris

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christianR

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Du rechnest dynamisch, genau das wollte ich wissen. Was natürlich für die Eingabe der Geschwindigkeitsrandbedingungen sehr vorteilhaft ist, da Du sie nicht in irgendwelche äquivalenten Kräfte umrechnen mußt.

Wenn sich in der Simulation trotzdem gravierende Unterschiede zu Praxisergebnissen ergeben, würde ich (in Deinem Fall) tatsächlich als erstes bei den Werkstoffdaten ansetzen. Als weiteres würde ich die Randbedingungen überprüfen.

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Sehr geehrter Herr Pietsch,

ich habe noch einmal eine Frage bezueglich der stress strain curves. Was ist, wenn sowohl der elastische als auch plastische Bereich eines Materials fuer meine Simulation wichtig ist. Bisher hatten wir nur das plastische Materialverhalten beruecksichtigt, deshalb benoetigt man nicht die komplette Spannungs-Dehnungskurve, sondern nur die Fliesskurve (eps-plastic=eps-total - eps-elastic).
Aber wie kann MSC.Marc wissen wie sich das Material elastisch verhaelt. Muss man deshalb nicht auch den elastischen Teil der Kurve beruecksichtigen?
Der Grund meiner verspaeteten Anfrage ist, dass in meiner Simulation das elastische Materialverhalten nicht erkennbar ist (z.B. das MAterial schwingt nicht zurueck), muesste deshalb nicht auch das elastische Verhalten mehr in den Vordergrund gestellt werden?

Wuerde mich ueber eine baldige Antwort freuen!

Mit freundlichem Gruss

Chris

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christianR

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Zitat:

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Original erstellt von christianR:
Sehr geehrter Herr Pietsch,

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So förmlich musses nicht sein.

Zitat:

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ich habe noch einmal eine Frage bezueglich der stress strain curves. Was ist, wenn sowohl der elastische als auch plastische Bereich eines Materials fuer meine Simulation wichtig ist.

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Das ist einfach: Die Entscheidung plastisch oder elastisch triffst Du durch die Definition Deines Materials. Willst Du elastisch-plastisch rechnen, dann wählst Du in den "Material Properties" für den Punkt "Plasticity" die Option "Elastic-plastic". Entscheidest Du Dich für "rigid plastic", so findet keine elastische Verformung statt, stattdessen beginnt das Material gleich nach Erreichen der Dehngrenze zu fließen. Deaktivierst Du *beide* Optionen, so rechnest Du rein elastisch.

Wichtig: Deine Fließkurve gibst Du immer als echte Fließkurve, also Fließgrenze kf über dem Umformgrad Phi, beginnend mit der Dehngrenze Rp0,2 für Phi=0 ein (das erwartet Marc so).

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Vielen Dank,

jetzt habe ich es kapiert. Hat auch lange gedauert. Verspreche auch das naechste Mal nicht so foermlich anzufragen...

Chris

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christianR

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Hallo,
sehr interessante Themen, zu denen ich auch noch Fragen hätte.

Zu "Marc ist mit höheren geschwindigkeiten überfordert"

Ist das nicht eine Frage von Zeitschrittwahl und Netzdichte in Relation von Eigenfrequenzen und Schwingungsformen? Mit kleinen Zeitschritten und feinen Netzen müssten sich doch auch hochfrequente und schnelle Wellenausbreitungen genau abbilden lassen? Oder ist das nicht so?

Mit welchen Versagenskriterien oder Materialdefinitionen konnten Sie das Vesagen von CFK (im Abgleich mit Versuchsergebnissen) berechnen?

Wäre es auch einen Gedanken wert, das Delaminieren mit Contact-bodies zu berechnen, die sich bei einer gewissen Bedingung (z.B. Normalspannung) trennen?

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Zitat:

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Original erstellt von Martin Stumvoll:

Alternativ kannst du bei den Mechanical Analysis Options einfach die Plasticity Procedure von "SMALL STRAIN" auf "LARGE STRAIN ADDITIVE" umschalten. [/i]

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Wo liegt denn der genaue Unterschied zu Large Strain Multiplicative?

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Unigraphics NX3
Catia V5
MSC.Marc Mentat 2005
MSC.Superforge 2005

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Zitat:

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Original erstellt von wendelj:
Wo liegt denn der genaue Unterschied zu Large Strain Multiplicative?

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Die Marc/Mentat-Hilfe verrät es Dir:

The additive variant is a hypoelastic,rate-based formulation where the strain rate is decomposed into a sum of elastic and plastic terms.The Jaumann rate of Cauchy stress is used with this  formulation.This formulation does not accurately model the material response if the elastic strains also become very large.This procedure is equivalent to using the LARGE DISP,UPDATED LAGRANGE ,FINITE STRAINS and CONTANT DILATATION options.

The multiplicative variant is a hyperelastic based formulation with a multiplicative decomposition of the deformation gradient.This gives a more sound treatment of elastic deformations,which is important if for instance spring-back effects are modelled.This formulation allows larger increments of strain to be used,with greater accuracy and better convergence.Currently,the material must be isotropic with this option.

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Zitat:

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Original erstellt von floxi:
Hallo,
sehr interessante Themen, zu denen ich auch noch Fragen hätte.
Zu "Marc ist mit höheren geschwindigkeiten überfordert"

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"Überfordert" würde ich es nicht nennen (schließlich kann Marc auch komplett transient rechnen), aber sicherlich auf Grund der anfallenden Rechenzeiten nicht sonderlich geeignet, da es eben ein impliziter FE-Solver ist. Bei hochdynamischen Vorgängen in Verbindung mit großen Modellen (Crash, Impact etc.) würde ich immer zu einem expliziten Code greifen.

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Zitat:

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Original erstellt von JPietsch:

Die Marc/Mentat-Hilfe verrät es Dir:

[/i]

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Aber welche Option für welchen Einsatzzweck genau?

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Unigraphics NX3
Catia V5
MSC.Marc Mentat 2005
MSC.Superforge 2005

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Hallo:
Mir ist immer noch nicht ganz klar, was der Unterschied zwischen einem expliziten Code und einem Impliziten Solver ist, der auch explizit rechnen kann. Das ist ja auch bei Adina, Marc und Abaqus so.
Es scheint mit der Elementformulierung zusammenzuhängen, die bei Crashcodes stärker abgespeckt ist. Meine Frage wäre da, welche Anwendungen z.B. Marc mit seiner expiliziten Option im Sinn hat.

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Zitat:

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Original erstellt von wendelj:
Aber welche Option für welchen Einsatzzweck genau?

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"large strain additive" ist die Standardformulierung für plastische Deformation, die im Normalfall für große plastische Verformung mit dem gegenüber sehr geringen elastischen Anteilen angewendet wird.

"large strain multiplicative" ist eine numerisch etwas aufwendigere Formulierung, die bei Materialien mit sehr hohem elastischen Verformungsanteil Vorteile bringt. Sie ist genauer, dafür aber rechenzeitaufwendiger und kann in bestimmten Fällen auch numerisch instabiler sein.

Außerdem gibt es in Marc Elementtypen, die nur mit einer von beiden Formulierungen funktionieren. Tetraeder-Elemente vom Typ 157 beispielsweise funktionieren nur mit "large strain multiplicative".

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Zitat:

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Original erstellt von floxi:
Hallo:
Mir ist immer noch nicht ganz klar, was der Unterschied zwischen einem expliziten Code und einem Impliziten Solver ist, der auch explizit rechnen kann. Das ist ja auch bei Adina, Marc und Abaqus so.
Es scheint mit der Elementformulierung zusammenzuhängen, die bei Crashcodes stärker abgespeckt ist. Meine Frage wäre da, welche Anwendungen z.B. Marc mit seiner expiliziten Option im Sinn hat.

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Ich fürchte, da hast Du einige Begrifflichkeiten durcheinander bekommen.

Zum generellen Unterschied zwischen einem impliziten und einem expliziten FE-Code ist hier ausführlich geschrieben worden:
http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum99/HTML/000106.shtml

Implizit und explizit bezeichnen zwei generell unterschiedliche Ansätze zur numerischen Lösung eines Differentialgleichungssystems.

Explizite FE-Codes wie Pam-Stamp, Pam-Crash, LS-DYNA, Abaqus-explicit oder Radioss werden für sehr große, nichtlineare sowie hochdynamische Prozesse (Impact, Crash etc.) verwendet.

Implizite Codes wie Abaqus-implizit, Marc, Ansys oder Adina oder die bekannten Metallumformer Superform, Forge und Deform werden vor allem in der nichtlinearen Struktur- und Plastomechanik eingesetzt.

Einen "impliziten Solver, der auch explizit rechnen kann" gibt es nicht. Marc bietet die Wahlmöglichkeit, quasistatisch oder transient (also zeitabhängig+dynamisch) zu rechnen, verwendet aber in beiden Fällen die zugrundeliegende implizite Formulierung.

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Hallo JPietsch,

nö, nö, das mit den unterschiedlichen Verfahren zur Zeitintegration ist mir schon klar.

Aber z.B. Marc bietet explizite Integration alternativ zur impliziten Rechnung an.
Sichworte: DYNAMIC,5 oder das Beispiel "Dynamic Impact of Two Bars"

Mich hätte interessiert, für was das in der Praxis angewendet wird.
Ich hab ein wenig damit (explizit) experimentiert und hatte den Eindruck, dass meine Beispielmodelle die falsche Anwendung dafür sind.

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Zitat:

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Original erstellt von floxi:

Aber z.B. Marc bietet explizite Integration alternativ zur impliziten Rechnung an.
Sichworte: DYNAMIC,5 oder das Beispiel "Dynamic Impact of Two Bars"

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Ich nehm alles zurück und behaupte das Gegenteil. Kann denn das wahr sein? Laut Volume C, Chapter 2, soll das ja wirklich eine Zeitintegration mittels zentraler Differenzen sein, was Marc da bei DYNAMIC,4 (und ähnlich wohl auch bei DYNAMIC,5) macht, also eine explizite Zeitintegration.

DYNAMIC,2 und DYNAMIC,3 sind Newmark und Houbolt, also die klassischen impliziten Verfahren zur Zeitintegration, die man auch genauso hier erwartet. Aber die nächsten beiden? Is' ja völlig exotisch.

Wozu das gut sein soll, dazu schweigt sich das Volume A ab Seite 5-71 nahezu aus. Allzu ausgereift kann's allerdings kaum sein, sonst wär's sicherlich sehr viel bekannter, daß Marc dieses Feature besitzt.

Ich müßte mir direkt mal ein kleines Beispiel bauen und es ausrobieren. Vielleicht irgend ein Fall- oder Aufprallbeispiel.

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...entschuldigen Sie bitte die spaete Antwort auf ihre Mail, war fuer ein paar Tage nicht in meinem Buero.

LEider kann ich Ihnen bis jetzt auch noch keine klare ANtworten auf Ihre Frage geben, da ich noch mit der Simulation beschaeftigt bin.

Ich erhoffe mir von Marc, dass das Delaminieren sichtbar wird oder zumindest Spannungen ablesbar sind, die bestimmten Versagenskriterien, wie zum Beispiel Matrix-*****ing, Delamination, Fibre-breakage zuzuordnen sind.

Ich vermute aber, dass sich das mit Marc als schwierig erweisen wird, da ich bezueglich dieses Problems keine ausreichenden Infos besitze.

Bei ABAQUS wird das ganz leicht geregelt. Fuer das FAserverbundmaterial werden sogenannte "composite elements" verwendet und fuer die Matrix sogenannte "cohesive elements", mit deren Hilfe auf einfache Art und Weise das Delaminieren analysiert werden kann. Das gleiche Prinzip wuerde ich natuerlich auch gerne bei Marc anwenden. Ich bin gerade dran etwas von MSC zu erfahren, wie man am besten mit MARC die Versagensarten von Composites anlaysieren kann und bin dann gerne bereit Ihnen die Infos zukommen zu lassen.

MFG

Chris

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christianR

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Toll, das würde mich auch interessieren.

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Hallo floxi,

zu den Simulationsmoeglichkeiten, was die Versagensarten von Faserverbundwerkstoffen angeht, kann ich leider immer noch nicht sehr viel sagen. Ich weiss aber, dass in der neuen Version von MSC MArc MEntat (Anfang 2006), es angeblich eine Option geben soll, wie man Delamination beruecksichtigen kann.

In Mentat gibt es derzeit nur die Moeglichkeit Composites mit Hilfe des Element Types 149 zu definieren. Dabei koennen die einzelnen Laminat-Schichten multi-directional ausgerichtet werden. Allerdings hat sich das fuer mein Problem als unvorteilhaft erwiesen, weil orthotrope Materialeigenschaften definiert werden muessen und die Daten dafuer schwierig zu finden und auch zu testen sind! Des weiteren kann mit diesem Verfahren nicht der Matrix Layer beruecksichtigt werden! Und dieser ist bei Composites oft der Eigenschafts-bestimmende Faktor!

Aus diesem Grunde verwende ich derzeit immer noch Element Type 7 Elemente, sowohl fuer die MAtrix als auch den Faserverbundwerkstoff. Was ich eigentlich nur simuliere ist das FAserverbundmaterial und zusaetzlich einen duennen Matrix-layer zwischen den Faserverbundmaterialen, um mein Composite zu simulieren. Ein grosser NAchteil ist, dass die Elemente in ihren drei Dimensionen nicht gut ausbalanciert sind und somit schlechtere Ergebnisse bringen. Eine weitere OPtion waere deswegen sogenannte Shell-Elemente zu verwenden. Aber darueber wissen Sie sicherlichmehr als ich es tue und ich hatte bisher auch noch keine Zeit dies auszuprobieren.

Sorry, dass ich ueber dieses Problem nicht mehr berichten kann, aber falls dies der Fall sein sollte, informiere ich Sie gerne darueber!

Mit freundlichem Gruss

Chris

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christianR

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