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Pleuel-Kontaktproblem.JPG

Hallo Liebe Forengemeinde,

ich bin schon fast am Verzweifeln. Dabei scheint mir das Problem sehr einfach lösbar zu sein.
Welche Kontaktbedingungen muss ich einstellen, damit zwischen dem unteren Pleuelauge und der Kurbelwelle eine gleitende Verbindung entsteht? Ich habe die Kurbelwelle als fest eingespannt definiert und will jetzt die Lasten auf das Pleuel geben (Gaskraft von oben und rotatorische Massenbeschleunigung). Das Problem ist, dass die Verformung des Pleuels aufgrund der Massenbeschleunigung die Kurbelwelle schneidet, was aber nicht sein darf. Kann mir jemand einen Tipp für die richtige Kontaktbedingung geben (Ich habe "Tie" verwendet)?
Ein Bild zur Veranschaulichung des Problems ist angehängt.

Vielen Dank im Voraus!

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Hallo woge,

aufs schnelle fällt mir Folgendes ein:
1. Falls noch nicht geschehen, schalte bei *SURFACE BEHAVIOR die Funktion "no Separation" ein
2. Setzte deinen Reibwert möglichst gering
3. aus dem Bild ist ersichtlich, dass du die ganze Rechnung nur in einem Zeitinkrement durchführst. Versuche die Anzahl der Inkremente zu vergrößern, durch z. B.:
***
*STATIC
0.1      ,1.0       ,1.0000E-08,0.2 
**
oder die Berechnung auf mehrere Rechenschritte zu verteilen. Wobei beim letzteren du nur eine sehr geringe Last im ersten Schritt aufbringst um Kontakt zu initialisieren und im zweiten die volle.
4. Das Netzt um die Kontaktzone strukturiert erstellen. 

Die dargestellte Durchdringung kann auch auf Grund starker Skalierung visuell entstehen. Hätte man tatsächlich Stellen im Modell, die sich durchdringen, hätte man am Rand vor der Durchdringung sehr starke lokale Spannungsüberhöhungen. Da dies bei dir aber nicht der Fall ist, müsste es bei dir auf ganzer Fläche zum Kontakt kommen.

Roman

[Diese Nachricht wurde von rombik am 15. Nov. 2013 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von rombik am 15. Nov. 2013 editiert.]

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Hallo woge,

laut Abaqus Docu:
15.15.1 Defining tie constraints
A tie constraint ties two separate surfaces together so that there is no relative motion between them. This type of constraint allows you to fuse together two regions even though the meshes created on the surfaces of the regions may be dissimilar.

Wieso verwendest du nicht einfach den surface-to-sruface contact?

Viele Grüße
Mohamad

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Zitat:

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Original erstellt von msbeiti:
[B]Hallo woge,

Wieso verwendest du nicht einfach den surface-to-sruface contact?

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Hallo Mohamad,

ich habe es ja schon versucht - mit Cohesive Behaviour, mit Tangential Behaviour und Normal Behaviour - bekomm damit aber immer Fehlermeldungen.

Ich bekomme einfach keine akzeptablen Kontakbedingungen hin.

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Hallo Roman,
danke für deine ausführlichen Antworten, aber ich komme immer noch nicht weiter.

Zitat:

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Original erstellt von rombik:
1. Falls noch nicht geschehen, schalte bei *SURFACE BEHAVIOR die Funktion "no Separation" ein

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Ich finde nirgends die Option "Surface Behaviour". Wo gibt es die?

Zitat:

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2. Setzte deinen Reibwert möglichst gering

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Als ich es mit tangential Behaviour versucht habe, habe ich frictionless eingestellt, was aber auch nichts gebracht hat.

Zitat:

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3. aus dem Bild ist ersichtlich, dass du die ganze Rechnung nur in einem Zeitinkrement durchführst. Versuche die Anzahl der Inkremente zu vergrößern, durch z. B.:
***
*STATIC
0.1      ,1.0       ,1.0000E-08,0.2 
**

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Nachdem ich hier die Parameter verändert habe, habe ich die Berechnung nach einer Stunde abbrechen müssen, da ich kein Ergebnis bekommen habe.

Zitat:

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oder die Berechnung auf mehrere Rechenschritte zu verteilen. Wobei beim letzteren du nur eine sehr geringe Last im ersten Schritt aufbringst um Kontakt zu initialisieren und im zweiten die volle.
4. Das Netzt um die Kontaktzone strukturiert erstellen. 

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Diese Einstellungen habe ich noch nicht probiert, aber ich kämpfe gerade noch mit der Erstellung der Surface-to-Surface Kontaktflächen.

Zitat:

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Die dargestellte Durchdringung kann auch auf Grund starker Skalierung visuell entstehen. Hätte man tatsächlich Stellen im Modell, die sich durchdringen, hätte man am Rand vor der Durchdringung sehr starke lokale Spannungsüberhöhungen. Da dies bei dir aber nicht der Fall ist, müsste es bei dir auf ganzer Fläche zum Kontakt kommen.

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Das kann ich eigentlich auschließen, da ich schon den Deformation Scale-Factor auf 1 gesetzt habe und dafür eine höhere Massenbeschleunigung angenommen hab - es trat derselbe Effekt auf.

Falls jemand grundsätzliche Tipps zur Erstellung der Kontaktflächen hat, bitte ich darum diese weiterzugeben! Danke allen im Voraus!

Gruß
Gerhard

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Hallo woge,

könntest du das Inputfile posten? Dann kann ich dir, soweit es mir möglich ist besser helfen.

Grüße
Roman

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Job-3.zip

Hallo Roman,

danke für dein Anerbieten, mir zu helfen.
Ich habe hier jetzt mein Input-File angehängt. Vielleicht stimmt auch mit den Freiheitsgraden etwas nicht? Zum Test hab ich mal die untere Halbschale des Pleuels komplett in alle Richtungen eingespannt und dann lief der Job - ist aber für die Berechnung falsch.

Bin dir sehr dankbar für deine Hilfe!

Hab danach noch ein paar einfachere Fragen, die aber erst mal zweitrangig sind.

Gruß
Gerhard

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Kontakt.png

Hallo Gerhard,

Kontakt ist der job-Killer in Abaqus, dabei muss man auf jede Kleinigkeit achten.
Ich kenne mich mit den Input-Files leider nicht gut aus, aber ich sehe dass du eine Fläche (BolzengroßesAuge-1.Mantel) für zwei Kontaktzonen definiert hast, stimmt das? macht das keine numerischen Probleme?
Ich habe dir ein Bild angehängt, wie ich an deiner Stelle den Kontakt definieren würde, wobei der "Slave surface" die deformierbarere Oberfläche ist.

Gruß
Mohamad

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Hallo Mohamad,

du hattest recht. Ich hab den großen Bolzen im Auge zweimal als Kontaktfläche benutzt, da ich ihn mit der oberen Halbschale des Pleuels und der unteren verbinden musste. Ich hab jetzt einfach mal eine weggenommen und habe den Kontakt genauso definiert, wie du im Bild beschrieben hast. Der PC rechnet gerade durch - werde dann mein Ergebnis mitteilen.

Edit: Ergebnis: Abgebrochener Job, weil das Objekt divergiert. ("TOO MANY ATTEMPTS MADE FOR THIS INCREMENT")

Gruß
Gerhard

[Diese Nachricht wurde von woge1011 am 16. Nov. 2013 editiert.]

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Das gleiche hab ich auch...

hab mir dein inputfile auch angeschaut, naja. Derartige Netze hab ich noch nicht gesehen.
Dieses Problem willst du mit Schalenelementen lösen, warum? Die Gravitationskraft würde ich am Anfang außer Acht lassen.
Versuch einfach eine Lochscheibe mit Bolzen und Kontakt zu rechnen um die Techniken zu lernen und einzelne Optionen besser zu verstehen (die Teile aber Hexaederelementen vernetzen)

Roman

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Pleuel001.jpg

Ich habe ein Bild angehängt, indem meine eigentliche Aufgabenstellung zu sehen ist. Das Pleuel ist durch Überdrehzahl des Motors abgerissen und das muss ich in Abaqus reproduzieren. Dazu muss ich ja aber die Schalenelemente verwenden, da ich sonst die Steifigkeit des Pleuels nicht nachbilden kann. Ein Vernetzung mit Hexaedern war bei mir lediglich bei den beiden Bolzen möglich - alles andere konnte ich nur mit Tetraedern vernetzen.

[Diese Nachricht wurde von woge1011 am 17. Nov. 2013 editiert.]

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Das Ding ist ja Innen nicht hohl!!

Man kann zwar fast alles mit Schalen abbilden, ob es sinnvoll ist, muss man sich im klaren sein.
Vernetz alles mit Kontinuumselementen, dann hast du wesentlich bessere und stabilere Kontaktlösung sowie genauere Steifigkeitsabbildung des Pleuels. Falls du die CAD (Volumen!, keine Flächen) hast, schick die mal rüber.

Roman

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Kontinuumselemente.JPG gesamtpleuel_asm.zip

Hier hab ich mal die ein paar Datei-Sorten des CAD-Modells hochgeladen.
Hoffe, da ist was passendes für dich dabei.

Meinst du mit Kontinuumselementen die Einstellung im angehängten Bild von "continuum shell"? Das funktioniert bei mir nicht, da ich dann irgendeine Bottom-Up-Technik verwenden muss.

Gruß Gerhard

[Diese Nachricht wurde von woge1011 am 17. Nov. 2013 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von woge1011 am 17. Nov. 2013 editiert.]

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Habe mir Dein Inputfile angeschaut, sieht nicht schön aber ok aus. Dein ursprüngliches PRoblem, dass die Verformung des Pleuels aufgrund der Massenbeschleunigung die Kurbelwelle schneidet, scheint ein Darstellungsproblem zu sein. Der Deformation Scale Factor steht in der Grafik auf 200. Bei 1 solle der Verschnitt weg sein.

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Pam

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redIMG_1876.jpg Pleuel_Schritt1.JPG Pleuel_Schritt2.JPG

Hallo zusammen,

nach Pam`s Tip hab ich einfach mal wieder alles mit "Tie" verknüpft und neu durchrechnen lassen. Einziger Unterschied zum alten Modell: Ich hab die Zeitinkremente verkleinert und auch den Range auf 0.1-0.2 gestellt. Glücklicherweise bekomme ich wieder Ergebnisse und erstaunlicherweise sehen diese anders aus, wie bisher. Vielleicht liegt das an den Zeitinkrementen?

Ich hab für das Pleuel zwei Versagensfälle. Den ersten hab ich ja schon angehängt und den zweiten zeig ich euch hier. Das jetztige Ergebnis sieht dem 2. Fall ähnlich. Könnte also plausibel sein.
Logisch ist mir die Lösung aber nicht. Ich geb im ersten Schritt eine Gaskraft auf den oberen Bolzen, die das Pleuel staucht (Bild 2). Dann bekomme ich Spannungen im Schaft. Dann geb ich die Massenbeschleunigung im 2.Schritt dazu und dann knickt der Bolzen ein. Ich frag mich, warum das so ist?

Danke für eure Hilfe bis jetzt. Ich hab wieder mehr Mut gewonnen!

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STEP2.png STEP3.png 01_pleuel.zip

Hallo woge,

ich hab ein neues (noch nicht ganz optimales) Netz erstellt und eine Rechnung durchgeführt. Im ersten Schritt bringe ich eine Knotenverschiebung des kleinen Bolzens um 0.001 mm in Z-Richtung um den Kontakt zu initiieren, danach gebe ich in Schritten 2 und 3 eine Kraft von 2kN bzw. 10kN auch auf den kleinen Bolzen. Die Berechnung Konvergiert ohne Probleme. 

Zum Modell selbst:
Es sind keine Schrauben vorhanden, später würde ich empfehlen diese mit Schraubenvorspannung mit zu modellieren und den TIE-Kontakt durch einen normalen reibungsbehafteten zu ersetzen.
Die Pleuelteile sind über TIE-Kontakt verbunden, Bolzen-Pleuel über einen normalen reibungsbehafteten Kontakt mit mü=0.01.

Roman

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Hallo Roman,

dein Input-File läuft bei mir nicht oder mach ich etwas falsch? Ich hab es einfach als Model importiert und dann einen Job erstellt den ich durchgerechnet hab. Dann kamen unzählige Fehlermeldungen:
- Node set assembly_cp2 has not been defined
- A boundary condition has been  specified on node set assembly_cp1 but this node  set is not active in the model
- A concentrated load has been specified on node set assembly_cp1. This node set is not active in the model
Error message limit reached. No further error messages will be reported.
Please see the dat file for more errors.

Was mach ich falsch?

Entschuldigt die dummen Fragen, aber ich bin halt ziemlicher Anfänger.

Gruß Gerhard

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Hallo Gerhard,

starte diese Berechnung über eine Konsole. CAE kann nicht alles aus dem Inputfile lesen und richtig interpretieren.

zu den beiden Fehlern:
cp1 und cp2 sind zwei Knoten gefasst in den entsprechenden Gruppen, die mit den Stirnknoten des kleinen Bolzen gekoppelt sind (*kinematic coupling), auf welche die Kraft aufgebracht wird. 
Um die Kontaktstabilität bei der Berechnung zu sehen kannst du im Inputfile in der Zeile
*CONTACT PAIR, INTERACTION=slip_c,type=surface to surface,SMALL SLIDING, adjust=0.05
mit dem Parameter “adjust” spielen oder den komplett löschen. Du kannst auch Master und Slaveflächen tauschen, um zu sehen wie sich dies auf die Spannungsverteilung um die Kontaktzone auswirken.

Einige nützliche Tipps allgemein zu ABAQUS findest du hier (wenn du dies nicht bereits getan hast):
http://www.scc.kit.edu/downloads/sca/ABAQUS_6.11_Kurs.pdf

Grüße
Roman 

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rotationsmassenkraftaufPleuel_Seite_1.JPG

Hallo Roman,

ich hab das Input-File jetzt über die Konsole zum laufen bekommen. Das Netz gefällt mir - ich weiß aber nicht, wie ich es so hinbekomme - aber ist vielleicht auch nicht so wichtig?
Danke für den Hinweis auf die KIT-Präsentation. Diese habe ich noch nicht gefunden, nur ein paar andere von denen. Ich werde mich darin noch ein bisschen belesen.

Ich habe jetzt noch eine weitere Frage zur Kraft, die durch die Bauteilbeschleunigung bewirkt wird.
Ich muss einen linearen Verlauf (von z abhängig) realisieren. Den linearen Verlauf habe ich im Analytical-Field mit folgender Formel eingestellt: (pow((2*pi*35),2)*70/322)*Z  (das soll die Formel im angehängten Bild ausdrücken, die die Beschleunigung des Bauteils an jedem Z-Punkt beschreibt). Damit hab ich dann die Beschleunigung. Wie trag ich das jetzt mit der Gravity-Load-Option so auf, dass daraus die resultierende Kraft an den einzelnen Knotenpunkten wirkt?

Ich hab jetzt einfach bei X immer einen 10er-Faktor eingetragen, aber das stimmt so nicht. Kann mir da jemand helfen?

Vielen Dank für alle Hilfe bisher, besonders an Roman!

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Hallo Gerhard,

wenn ich richtig verstehe, erfährt das Pleuel eine Volumenkraft infolge einer Rotation (Zentrifugalkraft) bei n = 2100 rpm und eine Zugkraft infolge der Kolbenbeschleunigung bei derselben Drehzahl. In ABAQUS gibt es eine Möglichkeit diese Volumenkraft mittels DLOD und CENTRIF zu berücksichtigen. Was man dafür benötigt, ist lediglich die Winkelbeschleunigung in Radiant und einen Vektor um den sich das Bauteil drehen soll (in deinem Fall: ({n*2*pi}/60)**2 und die Y-Achse). Um die Volumenkraft kümmert sich das Programm selbst.

Grüße
Roman

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Hallo Roman,

ungefähr so sollte es sein. Ich bin gerade dabei, mich in diese Funktionen einzuarbeiten, da sie noch neu für mich sind. Ich werde mich in Kürze wieder melden, wenn ich so weit bin.

Die Schwierigkeit ist, dass ich den Vektor um den sich das Bauteil drehen soll definieren muss. Es soll die Mittelachse der Kurbelwelle sein. Dabei darf sich aber die Mittelachse des oberen Bolzens nur auf einer Achse hoch und runter verschieben (Führung des Kolbens im Zylinder). Werde damit noch etwas beschäftigt sein.

Gruß
Gerhard

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Hallo Gerhard,

warum denn die Mittelachse der Kurbelwelle? Die Kurbelwelle übt eine Zug/Druckkraft auf den Pleuel aus und bewegt so den Kolben. Der Kolben wiederrum bewegt sich nur linear im Zylinder. Weiterhin definiert die Kurbelwelle auch die Amplitude der Schwingung.
Wenn man die beiden Bewegungen trennt so hat der Pleuel zwei Bewegungen:
1) Längs in Bewegungsrichtung des Kolbens
2) Rotation um den kleinen Bolzen
Somit dreht sich der ganze Pleuel um das kleine Auge, so wie es in deiner Zeichnung abgebildet ist. 

Grüße
Roman

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