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testo.txt

Hallo Forum,
ich möchte die Ergebnisse eines Modellversuchs mit ABAQUS nachrechnen. Ein Pfahl (Einbindelänge in den Sand=1,0m, Durchmesser Pfahl=5cm) befindet sich mittig in einem 2,0m hohen Stahlzylinder mit 1,0m Durchmesser. Ziel ist es, die Setzungen des Pfahls (Beton, lin.-elastisch) unter einer monotonen Drucklast von 2kN im Sand(Mohr-Coulomb, lin. elastisch-ideal plastisch) mit Kontaktelementen als axialsymmetrisches Modell (CAX4-Elemente) zu simulieren.
Für die Kontaktmodellierung ist der Pfahl als Master definiert, der angrenzende Boden als Slave. Siehe Input-Datei.

Den Pfahl habe ich a) direkt am Boden anliegend modelliert, b) um 1 mm in den Boden hinein modelliert (siehe testo.inp) und c) um 1 mm
außerhalb des Bodens modelliert. In allen drei Fällen bricht die Berechnung mit Konvergenzproblemen ab (siehe testo.msg),
nachdem ca.66% der Last aufgebracht sind. Kann mir jemand nützliche Hinweise geben, wie ich die Konvergenzprobleme vermeiden kann?

Folgendes ist mir aufgefallen: Wenn ich das Modell in CAE importiere, liegen alle Knoten an der richtigen Stelle. Nach einer Berechnung,
oder besser, wenn ich nach dem Abbruch der Berechnung die Ergebnisse in CAE darstelle, hat der Knoten 10003 im Ausgangszustand (Step 1, Inkrement 0) nicht wie vorgegeben die Koodinaten (0.025,-1), sondern (0.0223911,-0.998465), liegt also hinter der Masterfläche (im Pfahl), was ja eigentlich nicht möglich ist. Wie kann ich dieses Modellierungsproblem lösen?

Wie kann man das System besser modellieren?
Welcher Befehl ist für Kontaktmodellierungen noch nützlich oder gar notwendig?
Ist es sinnvoll CAX8-Elemente zu verwenden, für den Pfahl ggf. einen anderen Elementtyp, und wenn, warum?
Sollte ich in die Konvergenzkriterien eingreifen?
Welche Informationen sollte ich mir noch in die .msg-Datei ausgeben lassen, um einen möglichen Fehler zu finden?

Über alle Tipps und Anregungen bin ich dankbar.

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Moin,

Wenn ich das richtig sehe handelt es sich um ein Meter Modell, bei Contact Pair hast den ADJUST Parameter auf 0.004 gesetzt also 4 mm, dh. alle Slave-Knoten die innerhalb dieser Distanz liegen werden auf Master projiziert - deswegen die anderen Koordinaten. Das wird dann bei allen drei Modellen der Fall sein da der Abstand nur 1mm beträgt.

Kannst du nochmal dein *.msg File hochladen ? vlt kann man da erkennen wieso die Berechnung nicht konvergiert.

Gruß lukasz

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testomsg.txt

Hallo lukasz,
danke für Deine schnelle Antwort. Hier die .msg-Datei.

Wenn Du Dir die .odb-Datei ansiehst und mit der importierten .inp-Datei vergleichst, erkennst Du, dass alle Knoten, die vorher (vorher d.h., wenn man die .inp-Datei in CAE importiert) im Bereich des Pfahls lagen, durch ADJUST auf die Masterfläche verschoben wurden, eben nur nicht der Knoten 10003, der bleibt, warum auch immer, innerhalb des Pfahls (siehe .odb-Datei, Step 1 - Increment 0 -  Step Time 0).

Könnte das ein Grund für die Konvergenzprobleme sein, denn Mohr-Coulomb Plasticity divergiert laut .msg zuerst bei den Elementen 8004 und 8003 (zwei Reihen über dem Pfahlfuß), oder summieren sich Modellierungsfehler und ggf. andere Fehler?

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Ich habe dein Modell mal abgeschickt. Das Problem mit dem Kontakt/Adjust  solltest du eigentlich umgehen indem du die Knoten nicht so weit in den andreen Körper plazierst. Adjust ist nur für kleine Distanzen gedacht.

Das Konvergenzproblem kommt wahrscheinlich nicht durch dieses Problem. Ich vermute, dass das Material nicht für die auftretenden Dehnungen definiert ist. Darauf weisen
1. die Negative Eigenvalues hin
2. sind die Knoten an denen keine Konvergenz gefunden wird in den Bereichen mit der höchsten Dehnung
3. der Grund für die fehlende Konvergenz ist, dass die Displacement Correction zu groß ist. D.h. das Verschiebungkriterium wurde nicht erfüllt, was üblicherweise heißt, dass zu einer Kraft nicht genügend Gegenkräfte da sind und zu große Verschiebung entstehen würden. -> fehlende Materialsteifigkeit?

Ich kenne diese Mohr-Coulomb-Plastizität nicht, deswegen kann ich dazu nichts sagen. Aber ich würde dir empfehlen dort mit der Fehlersuche anzufangen.

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Hallo Mustaine,
danke für den Tipp zur Materialsteifigkeit. Ich habe die Bodenkennwerte variiert und festgestellt, dass die Änderung des
Steifemoduls des Bodens, vor allem aber der Kohäsion, einen sehr großen Einfluss (deutlich größer als bei dirketen Verbund ohne Kontaktelemente) auf das Konvergenzverhalten hat. Die Ergebnisse scheinen auf den ersten Blick plausibel zu sein, denn auch im Versuch hat sich der Pfahl bei etwa 70% der Last um 5 mm gesetzt.

Es lässt mir jedoch keine Ruhe, warum der Knoten 10003 unten am Pfahlfuß über die gesamte Berechnung innerhalb der Masterfläche liegen kann. Wenn man in der .inp-Datei die Kohäsion von 0.1 auf 1 kN/m2 setzt (Zeile 122 (Mohr-Coulomb Hardening)), kann die gesamte Last aufgebracht werden. Sieht man sich die Verformungen in CAE an, stellt man fest, dass die Koordinate von 10003 von Step 1-Inc 0 bis Step2-Inc 254 immer hinter der Masterfläche bei "x"=0.025 bleibt, also von Beginn an in Masterfläche eingedrungen ist, was doch aber per Definition nicht möglich ist. Oder wo ist mein Denkfehler?

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Der Knoten 10003 wir bereits am Anfang "falsch" adjusted - das steht im *.dat-File. Es liegt wahrscheinlich daran dass die MASTER-Surface bei ABAQUS intern geglättet wird, so dass an der Stelle wo dieser scharfe 90° Knick ist der Knoten auf die geglättete Fläche projiziert wird.

Wenn dich dieser "Schönheitsfehler" stört,
könntest du versuchen die Mastersurface in zwei Surfaces aufzuteilen und zwei Kontakte definieren, allerdings kriegst du dann in der Ecke wahrscheinlich doppelte Abhängigkeiten.

Oder du setzt bei Contact pair den SMOOTH Parameter auf 0 - das sollte auch was bringen.

EDIT: ich hab das mit dem SMOOTH mal schnell ausprobiert:

mit default-Einstellung:
    10003  5.75231E-04  ADJUSTED TO ( 2.44681E-02,-0.99978    ).
mit S.MOOTH=0.0
    10003  1.00000E-03  ADJUSTED TO ( 2.50000E-02, -1.0010    ).

Also liegt es tatsächlich an der Glättung. Übrigens auf deine Konvergenz hat es keinen Einfluß konvergiert immer noch besch..eiden. 

Gruß Lukasz

[Diese Nachricht wurde von lukasz am 28. Jul. 2006 editiert.]

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Hallo lukasz,
der Knoten hinter der Masterfläche hat wohl in der Tat keinen Einfluss auf die Konvergenz. Bei einigen Modellen hat der SMOOTH-Befehl Erfolg, bei anderen nicht, danke für den Tipp.

Problematisch scheint aber der 90° Knick (Pfahlfuß) zu sein. Wie kann man diesen Bereich im axialsymmetrischen System besser modellieren? Versucht habe ich es schon mit einer feineren Elementierung und die Slavefläche weiter nach unten in den Boden zu ziehen oder oberhalb des Pfahlfußes enden zu lassen, aber ohne Erfolg, also weiterhin mit Konvergenzproblemen.

Gibt es Argumente für eine 3D-Modellierung?

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Hallo,
also ich sehe keinen Grund dein Problem in 3D zu modellieren. Ich denke die axialsymmetrische Modellierung ist schon ok. Wäre es möglich anstatt des 90°Knicks einen kleinen Radius zu modellieren ?
Etwa so:

        | 
        |
        \___

Ich meine in der Realität gibt es eh keine scharfe Knicke, es gibt immer einen Radius nur manchmal sehr klein. Wahrscheinlich wird die Pfahlecke auch leicht abgerundet sein. Oder muß die Geometrie so bleiben?

Ob es dadurch besser konvergiert weiß ich nicht, aber versuchen könnte man das.

Ach ja und ich würde beide Seiten also MASTER und SLAVE knotenkompatibel, ohne Abstand oder Überlappung  modellieren.

[Diese Nachricht wurde von lukasz am 31. Jul. 2006 editiert.]

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testo2msg.txt

Hallo,
ich habe das System etwas verändert (Pfahl (Master) mit wenigen Elementen, Bereich unter und neben dem Pfahl (Slave) mit vielen Elementen) und dann in drei Varianten
      |          |          |
a)    |    b)  |    c)    |
    _/        _|        __\
berechnet. Variante a) konvergiert noch am Besten, bricht jedoch nach etwa 50% der Gesamtlast ab. Die Konvergenzkriterien für Kraft + Verschiebung habe ich auf 0.03 gesetzt.

Bedeutet dies, das ich einen numerischen Fehler von 3% in jedem Inkrement zulasse und der Fehler bei vielen Inkrementen dadurch sehr viel größer ausfällt?

Habe aus der .msg beispielhaft Inkrement 19 herausgenommen:

INCREMENT    19 STARTS. ATTEMPT NUMBER  1, TIME INCREMENT  9.853E-02

***WARNING: THE SYSTEM MATRIX HAS 1 NEGATIVE EIGENVALUES.

              SEVERE DISCONTINUITY ITERATION  1 ENDS
          CONTACT CHANGE SUMMARY:    0 CLOSURES    1 OPENINGS.

***WARNING: THE SYSTEM MATRIX HAS 3 NEGATIVE EIGENVALUES.
  SUBSPACE MOHR-COULOMB PLASTICITY DID NOT CONVERGE FOR ELEMENT PART-1-1.9703.
  SUBSPACE MOHR-COULOMB PLASTICITY DID NOT CONVERGE FOR ELEMENT PART-1-1.9703.
  SUBSPACE MOHR-COULOMB PLASTICITY DID NOT CONVERGE FOR ELEMENT PART-1-1.9703.
  SUBSPACE MOHR-COULOMB PLASTICITY DID NOT CONVERGE FOR ELEMENT PART-1-1.9803.
  SUBSPACE MOHR-COULOMB PLASTICITY DID NOT CONVERGE FOR ELEMENT PART-1-1.9804.
  SUBSPACE MOHR-COULOMB PLASTICITY DID NOT CONVERGE FOR ELEMENT PART-1-1.9804.
  SUBSPACE MOHR-COULOMB PLASTICITY DID NOT CONVERGE FOR ELEMENT PART-1-1.10004.
  SUBSPACE MOHR-COULOMB PLASTICITY DID NOT CONVERGE FOR ELEMENT PART-1-1.10004.

***WARNING: THE PLASTICITY/CREEP/CONNECTOR FRICTION ALGORITHM DID NOT CONVERGE
            AT 8 POINTS

***NOTE: MATERIAL CALCULATIONS FAILED TO CONVERGE OR WERE NOT ATTEMPTED AT ONE
          OR MORE POINTS. CONVERGENCE IS JUDGED UNLIKELY.

  INCREMENT    19 STARTS. ATTEMPT NUMBER  2, TIME INCREMENT  2.463E-02

              EQUILIBRIUM ITERATION    1

AVERAGE FORCE                      0.136      TIME AVG. FORCE      0.134   
LARGEST RESIDUAL FORCE            4.043E-05  AT NODE      10404  DOF  2
  INSTANCE: PART-1-1                                                                       
LARGEST INCREMENT OF DISP.        -1.979E-05  AT NODE      90003  DOF  2
  INSTANCE: PART-1-1                                                                       
LARGEST CORRECTION TO DISP.        2.145E-06  AT NODE      7803  DOF  2
  INSTANCE: PART-1-1                                                                       
ESTIMATE OF DISP.    CORRECTION  -2.976E-08
FORCE    EQUILIB. ACCEPTED BASED ON SMALL RESIDUAL AND ESTIMATED CORRECTION
          TIME INCREMENT MAY NOW INCREASE TO  3.695E-02

ITERATION SUMMARY FOR THE INCREMENT:  1 TOTAL ITERATIONS, OF WHICH
  0 ARE SEVERE DISCONTINUITY ITERATIONS AND  1 ARE EQUILIBRIUM ITERATIONS.

CURRENT VALUE OF MONITOR NODE      1560 D.O.F.  2 IS  -1.763E-03

TIME INCREMENT COMPLETED  2.463E-02,  FRACTION OF STEP COMPLETED  0.222   
STEP TIME COMPLETED      0.222    ,  TOTAL TIME COMPLETED        1.22   

Zu Beginn hat die Systemmartix 1 negativen Eigenwert. Kann das möglicherweise auch andere Ursachen als die Materialparameter haben, wie Mustaine vermutete?

Was passiert als nächstes? Was ist eine SEVERE DISCONTINUITY ITERATION? Danach hat die Systemmatrix 3 negative Eigenwerte. Dann kovergiert Mohr-Coulomb nicht und Versuch 2 von Inkrement 19 beginnt. In ATTEMPT 2 gibt es keine SEVERE DISCONTINUITY ITERATION, eine Gleichgewichtsiteration und offensichtlich Konvergenz. Kann die in ATTEMPT 1 nicht stattgefundene Konvergenz Auswirkungen auf die weiteren Berechnungen haben? Oder ist die Vorgeschichte "vergessen"?

Die Berechnung geht bis Inkrement 372 weiter (siehe .msg) und bricht dann ab, da zuviele Versuche für das Inkrement gebraucht wurden. Wie kann ich die Anzahl der zulässigen Versuche hochsetzen? 

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Hallo,

puuuh das sind ja viele Fragen auf einmal. Mal schauen was ich beantworten kann.

- die Fehler summieren sich nicht über die Inkremente, in jedem Inkrement wird ein "fast-Gleichgewicht" errechnet - eben mit dieser Abweichung vom genauen Gleichgewichtszustand die entweder per default oder vom Benutzer definiert wird.
Aus meiner Erfahrung kann man durch "spielen" mit diesen Parametern ein Job beschleunigen, aber keine Konvergenz erzwingen... aber das ist nur meine bisherige Erfahrung, vlt geht es doch....

- SEVERE DISCONTINUITY ITERATION ist in deinem Fall einfach eine Kontaktiteration, ABAQUS rechnet zuerst eine Iteration und entscheidet je nachdem ob sich der Kontaktzustand verändert oder nicht ob das eine SEVERE DISCONTINUITY oder eine EQULIBRIUM ITERATION war.

- Die im ATTEMPT 1 nicht stattgefundene Konvergenz hat keinen Einfluß auf den nächsten ATTEMPT - der ATTEMT 1 wird "vergessen" und ATTEMPT 2 beginnt mit einem kleineren Inkrement - das macht ABAQUS immer so, wenn keine Konvergenz erzielt wird.

- Materialparameter sind eine mögliche Ursache für die negativen Eigenwerte. Leider kenne ich diese SUBSPACE MOHR-COULOMB PLASTICITY - Prozedur nicht, so dass ich dir da nicht weiter helfen kann.
Was in meinen Augen etwas problematisch ist, ist diese Kontaktfläche mit der "Ecke" - wenn ich es richtig sehe gelten da in der Richtung nach unten gleichzeitig Kontakt (von unten) und Kontaktreibung (von der Seite) - und das an einem DOF. An solchen Ecken hatte ich schon  mal Konvergenzprobleme, allerdings mit anderen Lösungsprozeduren.

Gruß Lukasz

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Besten Dank für die Antworten, lukasz.
Werde als nächstes den Pfahl herausziehen und die Ergebnisse numerisch überprüfen...

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