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Biegekorper.SLDPRT Seil.SLDPRT Beispiel.PNG

Guten Morgen!

Ich habe Zugang zu SoldiWorks Premium und dessen Modul der statischen Simulation.

Meine Absicht besteht in der Simulation einer zweiteiligen Baugruppe bestehend aus einem schlanken, idealisiert gen unendlich dehnstarren und gleichzeitig sehr biegeweichen Stab mit abgesetztem Kopf, als Platzhalter für ein Seil mit Knoten, und einem ebenfalls schlanken, aber fixierten und vergleichsweise biegesteifen Körper.
Das Seil soll exzentrisch zum Schwerpunkt in einen parallel zur Schwerachse des biegestarren Körpers eingebrachten Kanal eingefädelt und gespannt werden, so dass sich der biegestarre Körper biegt.

Wenn ich eine exzentrische Druckkraft auf die Berandung der Kanalöffnung lege, so simuliere ich damit ausschließlich den elastostatischen Fall einer schiefen Biegung ausgehend einer exzentrischen Normalkraft mit maßgeblicher Stauchung des biegestarren Körpers und Annahme eines unveränderlichen Hebelarms des Seilzugs.
Meine Intention ist jedoch die sich verändernde Lastsituation abzubilden, die sich durch die zunehmende Biegung des biegestarren Körpers einstellt, wodurch sich Kraftangriffspunkt -und Orientierung der Seilkraft verändern und die sich mMn nur durch Zug am knotenfreien Seilende darstellen lässt. Die schiefe Biegung besteht dann ab dem Moment der ersten Krümmung nicht mehr ausschließlich aus einer Normalkraftkomponente sondern hat Anteile in Normal- und in Querrichtung zur Schwerachse des biegestarren Körpers, was zu einer weiteren Verstärkung dessen Biegung führt.

Wie konstruiere ich auf einfachstem Wege einen Körper, der sich wie gewünscht "unendlich" dehnstarr und "unendlich" biegeweich verhält? Über die Zuweisung eines linear elastisch orthotropen Materials mit stark abweichenden E- und Schubmodulen sowie Poissonzahlen?

Angehängt die beiden Teile und ein Bild eines Modells mit dem ich die Lastsituation gerne simulieren würde.
Knotenfläche des Seils und Stirnfläche des Körpers sind verbunden, die Hüllflächen der beiden sollen sich nicht penetrieren.
Der biegestarre Körper ist fixiert, das Seil soll in Y- und Z-Richtung des knotenfreien Endes eine Auslenkung von 0 mm haben ("fixiert" sein) und in negative X-Richtung eine Kraft von 50 N aufgeprägt bekommen.

Vielen Dank und Grüße

[Diese Nachricht wurde von 135792468 am 08. Mrz. 2019 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von 135792468 am 08. Mrz. 2019 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von 135792468 am 08. Mrz. 2019 editiert.]

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Hallo, wenn Du hier SWX Daten hochlädst, mußt Du auch die Version dazu angeben.
Habe Dein Problem noch nicht ganz verstanden, ein Seil kannst Du auch durch
die Schwerkraft ( hier die Dichte )  und eine Zugkraft darstellen.
Dann entfällt eventuell die Baugruppe und Du kannst das als Einzelteil rechnen.

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Klaus

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DarstellungZugmechanismus.pdf

Hallo N.Lesch,

vielen Dank für deine Nachricht.
Entschuldige das Unterschlagen der Version von SW, es handelt sich um Premium 2017.

Ich versuche damit folgenden Mechanismus zu simulieren.

Zum Zeitpunkt t=0 sind der biegestarre Körper und das in dessen Kanal eingefädelte Seil idealisiert als gerade anzunehmen. Die Seil-Normalkraft belastet den biegestarren Körper exzentrisch. Dies entspricht dem einfachsten Fall der schiefen Biegung.
Zu jedem Zeitpunkt t>0 hat sich der biegestarre Körper durch den Seilzug bereits etwas gekrümmt und das Seil durch den Kanal in eine gekrümmte Form gezwungen. Die Seilkraft wirkt nun also nicht mehr ausschließlich in Normal- sondern aufgeteilt in Normal- und Querkraft-Richtung, dies verstärkt den Biegeeffekt des Seilzugs. Es handelt sich um einen komplexen Fall der schiefen Biegung.
Mich interessieren die Auslenkungen bei unterschiedlichen Seilkräften, die zu großen Verschiebungen bei dem biegesteifen Körper führen.
Bei einem anderen Mechanismus aus der Interaktion von zwei starren Festkörpern ist mir eine solche Simulation bereits gelungen, beim Seil sehe ich mich der Herausforderung gegenüber dieses als dehnstarr aber gleichzeitig biegeweich darzustellen/einzupflegen.

Angehängt ein Versuch der grafischen Erklärung in Form von mechanischen Ersatzschaltbildern - die oberen beiden Abbildungen zeigen die Situation bei t=0, die unteren beiden Abbildungen einen Fall von t>0.

Vielen Dank und Grüße

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Im Prinzip:

1. Balken Material 1
2. Seil Material 2 als Stabelement mit abgeschalter Kompression

Und den entprechenden Kontaktbedingungen

In wie weit das mit Solidworks möglich ist entzieht sich meiner Kenntnis. Lässt sich aber leicht herausfinden -> link/rod elements with tension only 

Außerdem ist die zeichnerrische Annahme falsch. Diese suggeriert das Aufgrund einer Zugraft an dem Seil sich der Balken klassisch biegen würde. Dies ist meiner Meinung nicht der Fall. Bei einer Zugkraft deutlich unterhalb plastischen Grenze des Balkens ist keine Biegung erkennbar, sondern nur eine Stauchung des Balken die mit zunehmener Zugkraft bis zu einen kritischen Wert zunimmt, ab dann der Balken ausknickt.
Es handelt sich um einen klassischen eulerrischen Knickfall. Der statische Solver kann dann natürlich nur bis zum kritischen Wert ein Gleichgewicht finden. Andern falls kommt dann dann eine Beulanalyse in betracht.

Man könnte auch das Seil weglassen und gleich einen klassischen Knickfall durch eine Druckkraft am Balken simulieren. Denn von der Betrachtungsweise des Seil wirkt zwar eine Zugkraft, aber von der Betrachtungsweise des Balken wirkt am Fixpunkt aber eine Druckkraft, das wurde in der Zeichnung so weit richtig dargestellt. So lang das Seil keinerlei Biegesteifigkeit besitzt macht es für mich keinerlei Sinn dieses mit zu modellieren.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 10. Mrz. 2019 editiert.]

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Hallo, warum willst Du hier die Zeit berücksichtigen ? Ist die Angelegenheit so dynamisch oder das Seil so elastisch ?
Bis das Rohr knickt, biegt es sich schon kreisförmig. Das ist aber meistens so wenig, daß es nicht auffällt.
Das Seil weglassen und durch die Schwerkraft des Rohres simulieren, erwähnte ich oben schon.
Außerdem ist die Sache auch noch symmetrisch, was die Rechnung und Übersicht vereinfacht.

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Klaus

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SchiefeBiegung.png

@Duke711, wie kann ich die Kompression eines Materials in SW unterbinden? Durch das Eintragen einer Poissonzahl von 0,5?

Was dein Verständnis der strukturmechanischen Situation angeht, da muss ich leider widersprechen. Natürlich gilt es auch im Fall dieser schiefen Biegung die Struktur vor Versagen durch Knicken zu schützen. Jedoch ist das Biegemoment in Abhängigkeit des Strukturquerschnitts, des Biegemoduls, des Hebelarms/der Exzentrität der angreifenden Kraft und deren Höhe alles andere als vernachlässigbar.
Siehe dazu auch folgenden Screenshot aus der 13. Auflage des Springer Buches "Technische Mechanik 2 Elastostatik" von Gross et al.

@N.Lesch, die Zeit dient einfach als Gefährt zur Erklärung meines Anliegens, du kannst dir die Unterscheidung genauso als F=0 und F>0 oder w=0 und w>0 vorstellen.
Wie du ganz richtig sagst, biegt sich der Balken durch die Seilkraft kreisförmig. In einem ähnlichen Fall, den ich simuliert und durch Experimente bestätigt habe, stellte sich ein Verhältnis Auslenkung der Spitze zu freier (Biege)Länge von nicht weniger als 1/3 ein, also sehr große Verschiebungen. Das Verhältnis möchte ich nun also auch für diesen Fall bestimmen, das im Original natürlich komplexer ist als das hier dargestellte Beispiel.
Mir erschließt sich ehrlich gesagt nicht, wie mir die Substitution des Seils durch die Schwerkraft behilflich sein soll, schließlich ist das Maß der sich einstellenden Krümmung ganz entscheidend von der Querkraft-Komponente der Seilkraft abhängig.
Ist ein Seilzug ein derart außergewöhnlicher Anwendungsfall?
Ich hätte nicht gedacht, dass es so schwer ist, diese Belastung in SW darzustellen.

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Moin!

Wenn Du die seitliche Auflagekarft des Seils in dem gekrümmten Profil in Deiner Berechnung berücksichtigen willst, lege doch einfach eine der Krümmung und der Seilkraft entsprechende Druckbelastung auf die Wand des Kanals, in dem das Seil liegt.

Du darfst dabei natürlich nicht vergessen, dass die Kraft am Ende des Seils immer normal auf die Stirnfläche des Profils wirkt, also in eine Richtung kippt, die dem oben beschriebenen Druck entgegen wirkt. Nur dann stimmt die Bilanz der auf das Seil bzw. auf das Profil wirkenden Kräfte.

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

It's not the hammer - it's the way you hit!

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" Ich hätte nicht gedacht, dass es so schwer ist, diese Belastung in SW darzustellen. "
Das ist nicht schwer, man muß sich nur damit auseinander setzen. 
Es ist aber gewaltig einfacher ein einzelnes Teil zu berechnen als eine Baugruppe.  Das Seilgewicht mit der Schwerkraft darstellen ist ganz einfach,
für das Rohr eine Dichte eingeben. Eventuell eine entsprechend höhere.
Das ist aber nur bei kleineren Verformungen ganz richtig. 
Bei großen Verformungen geht nur noch der Vorschlag von Roland über den Druck auf eine Fläche.  Mußt Du aber vorher im Part die Fläche auftrennen mit Flächentrennung.
Mit der axialen Seilkraft geht es dann genau so.

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Klaus

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Die Zeichnung ist trotzdem falsch, so sieht keines Falls die Biegelinie aus, denn der Fixpunkt wird vom Seil in einer Ebene gezwungen und somit kann dort nicht die größte Verschiebung wie bei einer klassischen Biegung mit einer einseitigen Einspannung (so wie in der Zeichnung dargestellt) auftreten.
Die Bieglinie gleich einer Knickbiegung, nur das eben die Druckraft nicht entlang der Symmetrielinie wirkt, sondern versetzt, was andern Falls nur die Auslenkung in einer Richtung begünstig.
Was die Querkontraktionszahl mit der Biegesteifigkeit zu tuen haben soll erschließt sich mir nicht.
Ich sehe immer noch keinen Grund ein Seil zu modellieren, wenn die Biegesteifigkeit auf 0 gesetzt werden soll. Da reicht es völlig aus einfach eine Druckkraft zu definieren die nicht entlang der Symmetrielinie wirkt.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 11. Mrz. 2019 editiert.]

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Biegekorperaufgetrennt.SLDPRT

Guten Morgen und vielen Dank für alle eure Antworten.

Zunächst möchte ich anmerken, dass ich hier bin, da ich lernen möchte und dankbar für jede Hilfestellung bin, die man mir freundlicherweise gibt.
Sollte der falsche Eindruck entstanden sein, dass ich nicht gewillt bin Kritik anzunehmen und Ratschläge umzusetzen, so möchte ich mich dafür entschuldigen.
Ich habe lediglich die Absicht zu verstehen was ich tue und bis dato muss ich eingestehen noch nicht genau verstanden zu haben wie die Simulation des Seilzugs funktioniert.

Ich habe nun, wie von euch empfohlen, die Baugruppe aufgelöst und versuche den Biegekörper als Einzelkörper zu betrachten.

Die Fläche des Seil-Kanals habe ich hälftig aufgetrennt und eine statische Druckkraft auf diejenige Teilfläche gelegt, in die sich die Biegung der Struktur einstellen sollte.

Darüber hinaus habe ich versucht eine Kraft normal auf die stirnseitige Kante der unfixierten Öffnung des Kanals zu legen, was nach meinem Verständnis daran scheitert, dass das Programm nicht wissen kann welche Orientierung normal auf der Linie steht und die Eingabe daher verweigert. Präge ich die Kraft in einer ausgewählten Richtung normal der unverformten Stirnfläche auf, wie im angehängten Bauteil, so wird die reale Lastsituation meiner Meinung nach nicht richtig abgebildet.
Außerdem weiß ich leider nicht recht mit Rolands Hinweis bezüglich des Aufprägens "eine(r) der Krümmung und der Seilkraft entsprechende Druckbelastung auf die Wand des Kanals" umzugehen.
Mir ist nur die Kraft bekannt, mit der ich auf der fixierten Seite der Struktur am Seil ziehe und welche ich variieren möchte um zu sehen, welchen Einfluss das auf die Form und Stärke der Biegung hat.

Daher meine Fragen:
Wie präge ich eine Druckkraft auf die biegeseitige Fläche des Kanals auf, die bei verschiedenen Zugkräften des Seils und sich daher unterschiedlich stark einstellenden Krümmungen der Struktur stets deren Querkraftanteil (mit entgegengesetzter Orientierung) darstellt?
Wie gelingt es mir die Seilkraft lokal und normal auf die Kanalöffnung aufzuprägen?

@Duke711, ich kann zwar deiner Ausführung mit dem Fixpunkt in einer Ebene nicht folgen, aber du hast natürlich vollkommen recht, dass die von mir dargestellte Biegelinie nicht der realen Verformung der Struktur in diesem Lastfall entspricht. Das sollte und konnte meine Abbildung auch nicht darstellen, schließlich bin ich ja auf der Suche nach den Krümmungsformen/Biegelinien meiner Struktur bei unterschiedlichen Belastungen.

Vielen Dank und Grüße

[Diese Nachricht wurde von 135792468 am 15. Mrz. 2019 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von 135792468 am 15. Mrz. 2019 editiert.]

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Rohr_Seil.SLDPRT SWX_Seil_Rohr.PNG

Hallo, da ich Deine Version nicht lesen kann , erstellte ich eine.
Wegen Symmetrie ist das nur die Hälfte.
Druck mal Fläche ergibt eine Kraft. Man kann eine Kraft auf eine Fläche aufteilen und dafür einen Druck angeben.
Bei SWX Simulation kann man auch eine Karfat auf eine Fläche aufteilen.
Das Beispiel ist mit Großer Verformung gerechnet.
Wie SWX Simulation hier die Kräfte annimmt weiß ich auch nicht.
Mit Ergebniskraft auflisten kannst Du das alles nachprüfen. 

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Klaus

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