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Hallo Leute, möchte in Abaqus eine Eigenfrequenzanalyse eines Bauteils aus Thermoplaste durchführen, habe leider noch keine Anwenderkenntnisse in Abaqus. Das Bauteil wird über Schraubenverbindungen und Laschen gelagert bzw. befestigt.

Mein Plan zu den Randbedingungen:
1. Lagerung mittels Schrauben: Für die Mantelflächen der Bohrungen die Freiheitsgrade sperren (u1=u2=u3=0)
2. Laschen: Für die Flächen, die an der Nase anliegt die Verschiebung in z-Richtung sperren (u3=0), wobei im realen Fall die Verschiebung nur in eine Richtung der z-Achse (positive) gesperrt wird und die Reibungskraft in x- u. y-Achse vernachlässigt wird.

Was haltet Ihr davon ? In Abaqus möglich bzw. gängig?

Ich würde mich über jede Anregung freuen.

[Diese Nachricht wurde von absolut1982 am 12. Jul. 2013 editiert.]

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Hallo absolut1982!

Ein Bild des Bauteils wäre hilfreich. Aber an und für sich klingt der Ansatz sinnvoll.
Du sagst du bis Neuling: Ich empfehle zunächst die Eigenfrequenzen für einen einfachen Stab oder Balken mit unterschiedlichen Lagerungen zu berechnen. Dafür gibt es auch analytische Lösungen bzw. Vergleichswerte. Auf diesem Weg kannst du ein Gefühl für die unterschiedlichen Effekte (Vernetzung, Lagerung, Einstellungen in Abaqus) erhalten. Außerdem ist die Geometrie sehr übersichtlich und sollte nicht zu Problemen führen.

Gruß 

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Hallo,

habe jetzt etwas von Rigid body gelesen und würde gerne wissen ob es eine Alternative ist um die Lagerung an der Bohrung zu simulieren ? Wird dabei der Zylinder bzw. die Mantelfläche der Bohrung als Rigid body definiert oder ist es besser den Kontaktbereich, wo die Anpressung des Schraubenkopfes stattfindet als Rigid body zu definieren ? Wie ist dann der Referenzpunkt zu wählen ?

Danke

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Ein rigid body ist ein Starrkörper, d.h. das dieser Körper nicht deformierbar ist.
Die kannst nur einen Part als rigid body definieren keinen Bereich.
Starre Körper sind natürlich Idealisierungen und werden dann verwendet wenn die Deformation des betreffenden Körpers im Vergleich zu einem anderen sehr klein ist. Das wäre z.B. der Fall wenn du einen Diamanten gegen Holz drückst. Der E-Modul des Diamanten ist viel größer als der von Holz...

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Nat_freq_analysis.jpg

Wie bereits geschrieben möchte ich eine Modalanalyse durchführen. Die angehängte Skizze ist nur ein Bsp. an dem ich meine Vorgehensweise erklären möchte.
Das Bauteil ist symmetrisch und wird über Schraubenverbindung gelagert, an einer Stelle wird das Bauteil an eine starre Platte angelehnt. 
Interessant sind nur die Eigenformen des Bauteils, habe nur das Bauteil als Modell, also keine Platte.

Ich möchte die Schraubverbindung vereinfacht simulieren, sprich für die Zylinderfläche der Bohrung BCs (u1=u2=u3=0) setzen und für den Bereich der Anlehnung an die Platte die Verschiebung in u3 (z-Achse) sperren.

Was denkt Ihr ? Ich würde mich über jede Anregung sehr freuen!

[Diese Nachricht wurde von absolut1982 am 31. Jul. 2013 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von absolut1982 am 31. Jul. 2013 editiert.]

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Das dürfte ok sein. Symmetrierandbedingung nicht vergessen.

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Zitat:

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Original erstellt von Mustaine:
Das dürfte ok sein. Symmetrierandbedingung nicht vergessen.

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Was genau meinst du mit Symmetrierandbedingung ?

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Wenn das Bauteil symmetrisch ist und Lasten, Randbedingungen, Material, usw. auch dieser Symmetrie folgen, braucht man nur einen Teil zu simulieren und über Symmetrierandbedingungen vorgeben, dass da eigentlich noch mehr ist.

Vielleicht ist aber auch nur dein Bauteil symmetrisch, nicht aber die erwarteten Eigenmoden.

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Komme wieder auf meine Rigid Body Elemente:

1. was heißt auf starren Spinnen lagern ?

2. Ich frage mich welchen Sinn die folgende Möglichkeit für die Lagerung mittels Schrauben bzw. Simulation einer Schraubenverbindung hat ?

Die Bereiche, wo der Schraubenkopf die Vorspannkraft einleitet, werden als RBE (Rigid body elemente) definiert bzw. es wird ein separates Part für diesen Bereich modelliert und diesem RBE zugeordnet.

[Diese Nachricht wurde von absolut1982 am 05. Aug. 2013 editiert.]

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Starre Spinnen könnten starre Bolzen sein, wobei der Begriff Spinne mir nicht geläufig ist.

Du bist ja an der Deformation des Bauteils bzw. an dessen Eigenfrequenzen interessiert, daher schlägt dir deine Quelle wohl vor die Schrauben als Starrkörper zu betrachten. Diese Vereinfachung ist allerdings mit vorsicht zu genießen, da das System dadurch steifer wird.
Desweiteren vereinfacht sich die Simulation, da Starrkörper nicht deformierbar sind und analytisch beschrieben werden, ist dies für die Kontaktproblematik einfacher.

Schrauben werden auf Zug belastet, d.h. der Schraubenkopf drückt auf die Bauteiloberfläche. Ist dieser, also dessen Fläche als Starrkörper modelliert, kann die Vorspannkraft der Schraube über eine Verschiebungsrandbedingung vorgegeben werden.

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Hallo,

neuer Ansatz:

Wäre es möglich die Schraubenverbindung für den obigen Fall mittels Interaction mit Springs zu simulieren ? Sprich für die Schraube die Federsteifigkeit vorgeben ?

Wie geht man dann in diesem Fall vor:

1. Ebene definieren, mit der dann das Bauteil durch die Feder verbunden wird ?
2. Für den Kontakt am Bauteil im Bereich des Schraubenkopfes muss sowas wie ein Masterknoten definiert werden oder ?

[Diese Nachricht wurde von absolut1982 am 08. Aug. 2013 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von absolut1982 am 08. Aug. 2013 editiert.]

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Wenn dir der Abstraktionsgrad reicht, kannst du einfach im Inneren jeder Bohrung ein Steuerknoten platzieren und jeweils die Bohrung via Coupling mit diesem koppeln.

Erstelle auch jeweils darunter einen Steuerknoten. Diesen spannst du mit einer Randbedingung ein. Zwischen den beiden Steuerknoten (pro Bohrung) definierst du einen Connector (z.B. vom Typ "Translator"). In einem statischen Schritt (mit NLGeom) spannst du jeden Connector via Connector Load mit der Schraubenkraft vor. Danach kommt dann die Eigenfrequenzanalyse, welche nun an dem vorgespannten System erfolgt.

Deinen Mittelsteg kannst du als Starrkörper definieren und in Kontakt mit deinem Bauteil bringen.

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Super Idee, aber wenn ich zwischen den beiden Steuerknoten statt dem Connector des Typs Translator ein Springelement einbaue, erspare ich mir doch den ersten Step mit der Vorspannung, da ich ja diese mit der Federsteifigkeit bzw. dem E-Modul der Schraube vorgebe ?

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Eine Vorspannung hast du dann nicht. Nur eine normale Kopplung, die erst Kräfte generiert wenn es eine Relativbewegung gibt.

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Zitat:

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Original erstellt von Mustaine:
Eine Vorspannung hast du dann nicht. Nur eine normale Kopplung, die erst Kräfte generiert wenn es eine Relativbewegung gibt.

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Genau dies geschieht doch beim Schwingen, die Relativbewegung entsteht wenn das Bauteil schwingt, oder verstehe ich es falsch ?

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Nein, du siehst das richtig.

Baugruppen mit Schrauben werden aber üblicherweise bei der Montage unter Vorspannung gesetzt bevor sie letztendlich verwendet werden. Deshalb macht es normalerweise auch Sinn dies in der Simulation zu berücksichtigen. Dies würdest du nicht tun. Und zwischen einem unvorgespannten und einem vorgespannten System könnte es relevante Unterschiede im Verhalten geben.

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OK, was anderes, du hast geschrieben, dass diese Vorgehensweise das skizeirte Problem in Hinblick auf den Abstraktionsgrad stark vereinfacht.

Welche Variante der Modellierung von Schraubenverbindung als Lagerung ohne Schrauben, kann das reale Eigenschwingunsverhalten am Besten abbilden.

Ein richtungsweisender Tipp bzw. ein Keyword wäre super, Danke !

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Nur mal so am Rande: Ein Thermoplast-Bauteil wird man nie mit einer Durchgangsschraube verspannen. Das Material fließt weg und die Schraube lockert sich. Entweder hast Du eine Metallhülse in der Bohrung, welche die Axiallast aufnimmt oder Du verwendest gewindeformende Schrauben.

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Zitat:

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Original erstellt von Goldstein:
Nur mal so am Rande: Ein Thermoplast-Bauteil wird man nie mit einer Durchgangsschraube verspannen. Das Material fließt weg und die Schraube lockert sich. Entweder hast Du eine Metallhülse in der Bohrung, welche die Axiallast aufnimmt oder Du verwendest gewindeformende Schrauben.

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Metallhülse ist korrekt, hat es irgenwelche Relevanz bzgl. der Modellierung von Connectoren ?

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Logo. Die Frage ist wie gut die Kraftübertragung von der Hülse ins Plastik ist. Angenommen Du nimmst billige glatte gerollte Hülsen, kalteingeschoben, dann kann es sein, dass sich KU-Teil und Hülse gegeneinander verdrehen. Selbiges gilt bei Überstand der Hülse für die Axialrichtung.........

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Ist ja alles richtig, aber mich interessieren nur die Eigenmoden des Bauteils, die unter anderem von der Einspannung (Schraubenverbindung) abhängig sind und ich möchte diese mittels eines Connectors durch eine Vorspannkraft vorgeben. In diesem Zusammenhang gehe ich einfach davon aus, dass die Hülse im anderen Bauteil hält.

[Diese Nachricht wurde von absolut1982 am 09. Aug. 2013 editiert.]

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Zitat:

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Original erstellt von Mustaine:
Nein, du siehst das richtig.

Baugruppen mit Schrauben werden aber üblicherweise bei der Montage unter Vorspannung gesetzt bevor sie letztendlich verwendet werden. Deshalb macht es normalerweise auch Sinn dies in der Simulation zu berücksichtigen. Dies würdest du nicht tun. Und zwischen einem unvorgespannten und einem vorgespannten System könnte es relevante Unterschiede im Verhalten geben.

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Wenn die Schraube nicht modelliert wird, ist ein Connector mit Elastizität und Vorspannung schon das Nächstbeste.

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Ist folgende Betrachtungsweise bei Verwendung von Connectoren für eine Simulation von Schraubenverbindung korrekt?

1. Die in der Realität auftretenden geometrische Nichtlinearitäten der Schraube können nicht berücksichtigt werden und können die Eigenfrequenzen beeinflussen ?

2. Die Flächenpressung, die zwischen dem Schraubenkopf und dem zu verschraubenden Teil auftritt könnte ebenfalls Einfluss auf die Eigenfreuquenzen haben ?

Oder sind beide Effekte bei kleinen Verformungen wie den Eigenformen vernachlässigbar klein ?

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Das kann man so sagen. Wobei 1.: "können nicht berücksichtigt werden" relativ ist. Natürlich kann mann ein Modell erstellen welches die Schrauben, auch im Detail berücksichtigt. Jedoch hat dies eine sehr hohe Anzahl an Freiheitsgraden zur Folge, kurz die Rechenzeit ist (sehr) groß.
Inwieweit die beiden Punkte die Moden beeinflussen lässt sich pauschal nicht sagen, das hängt stark von Geometrie, Lagerung und Material ab. (Eine) Vergleichsrechnung(en) mit Berücksichtigung der Schrauben (Connectoren, Hülse, Einspannung o.ä.) ermöglicht eine Abschätzung.

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