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Hallo liebe Forummitglieder,

ich hoffe, dass ich hier mit meinem Anliegen richtig bin. Fall nicht bitte einfach darauf hinweisen. Nun zu meinem eigentlichen Anliegen.

Ich habe innerhalb von Abaqus 6.13-2 eine Modalanalyse eines mechanischen Verstärkers durchgeführt und dadurch die Eigenfrequenzen dessen erlangt, die für mich von Interesse sind.
Im nächsten Schritt habe ich mit Hilfe des Steps Gerneral/Dynamic,Implicit den Verstärker bei seiner Eigenfrequenz angeregt. Daraus erhält man auch ein Ergebnis, welches auf den ersten Blick plausibel erscheint.
Zur Überprüfung der Ergebnisse habe ich dann den Verstärker bei einer niedrigeren Frequenz angeregt. Daraus ergab sich leider ein ziemlich ähnliches Ergebnis, wie bei der eigentlichen Eigenfrequenz.

Hier einmal die groben Simulationsdaten:

Simulation 1: Frequenz (eigen) = ca. 98 Hz; Ausgang = 1,2458 mm
Simulation 2: Frequenz = 80 Hz; Ausgang = 1,2284 mm
Simulation 3: Frequenz = 20 Hz; Ausgang = 1,2242 mm

Erwartungsgemäß ist die Ausgangsgröße bei der Eigenfrequenz am höchsten, was auf Resonanzeffekte zurückzuführen ist, bzw. sollte. Aus den gegeben Ergebnissen stelle ich mir nun die Frage, ob das Programm eigentlich in der Lage ist Systeme, welche mit ihrer Eigenfrequenz angeregt werden, und die Resonanzeffekte darzustellen, bzw. zu berechnen. Oder kann es sein, dass ich den falschen Step für diese Simulationsart gewählt habe?

Das Material, welches ich verwende, hat einen ungefähren E-Modul von 70000 N/mm² bei einer ungefähren Dichte von 2,8 kg/mm³. Die Structual Damping beträgt 0.001.

Ich hoffe mir kann jemand weiterhelfen. Falls ich für eine genaue Aussage zu wenig angegeben habe einfach darauf hinweisen.

Vielen Dank!

KevinTeichert

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>>Falls ich für eine genaue Aussage zu wenig angegeben habe einfach darauf hinweisen.

Natürlich erwartet man bei der Anregung eines mechanischen Systems auf einer Resonanzfrequenz auch eine deutlich überhöhte Reaktion. Ohne aber auch nur eine Skizze zu haben, kann man nicht beurteilen, welche Effekte hier mitwirken. Wenn beispielsweise zwei Resonanzfrequenzen eng bei einander liegen, so wird die einzelne Überhöhung in der Summe der Reaktionen weniger deutlich erkennbar.

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Rainer Schulze

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Skizze-Verstarker.png

Vielen Dank für die Antwort.
Die ersten Eigenmode des Verstärkers liegen bei:
1. 98 Hz
2. 154 Hz
3. ca. 400 Hz

Meiner Meinung nach liegen die Eigenmode weit genug auseinander um eine Überlagerung dessen aussschließen zu können.

Als eine einfache Skizze habe ich einen Scrrenshot in den Anhang gelegt. 
Als Eingangsgrößen dienen hier Verschiebungen, die die eingezeichneten Flächen parallel zur Y-Z-Ebene verschieben. Die Verschiebungen werden mit einem sinusförmigen Signal beschrieben, welches die jeweilige eingestellte Frequenz besitzt.

Die Signale der Verschiebungen von der linken und rechten Fläche sind parallel sodass sich dessen Täler und Berge addieren.

Gruß

KevinTeichert

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Einer Modalanalyse liegt die Annahme eines Feder-Masse-Schwingers zu Grunde. In Deinem Fall sehe ich Starrkörper (Stäbe) und Gelenke (Filmscharniere). Masse dürfte vorhanden sein, aber wo werden die Rückstellkräfte gespeichert?

Überprüfen:
1) Passen die berechneten Eigenformen zu den erwarteten/gewünschten Schwingungsformen?
2) Kann das System wirklich als linear betrachtet werden (kleine Verschiebungen), wie es bei einer Modalanalyse gemacht wird?

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Pam

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Zitat:

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Original erstellt von KevinTeichert:
Hallo liebe Forummitglieder,

ich hoffe, dass ich hier mit meinem Anliegen richtig bin. Fall nicht bitte einfach darauf hinweisen. Nun zu meinem eigentlichen Anliegen.

Ich habe innerhalb von Abaqus 6.13-2 eine Modalanalyse eines mechanischen Verstärkers durchgeführt und dadurch die Eigenfrequenzen dessen erlangt, die für mich von Interesse sind.
Im nächsten Schritt habe ich mit Hilfe des Steps Gerneral/Dynamic,Implicit den Verstärker bei seiner Eigenfrequenz angeregt. Daraus erhält man auch ein Ergebnis, welches auf den ersten Blick plausibel erscheint.
Zur Überprüfung der Ergebnisse habe ich dann den Verstärker bei einer niedrigeren Frequenz angeregt. Daraus ergab sich leider ein ziemlich ähnliches Ergebnis, wie bei der eigentlichen Eigenfrequenz.

Hier einmal die groben Simulationsdaten:

Simulation 1: Frequenz (eigen) = ca. 98 Hz; Ausgang = 1,2458 mm
Simulation 2: Frequenz = 80 Hz; Ausgang = 1,2284 mm
Simulation 3: Frequenz = 20 Hz; Ausgang = 1,2242 mm

Erwartungsgemäß ist die Ausgangsgröße bei der Eigenfrequenz am höchsten, was auf Resonanzeffekte zurückzuführen ist, bzw. sollte. Aus den gegeben Ergebnissen stelle ich mir nun die Frage, ob das Programm eigentlich in der Lage ist Systeme, welche mit ihrer Eigenfrequenz angeregt werden, und die Resonanzeffekte darzustellen, bzw. zu berechnen. Oder kann es sein, dass ich den falschen Step für diese Simulationsart gewählt habe?

Das Material, welches ich verwende, hat einen ungefähren E-Modul von 70000 N/mm² bei einer ungefähren Dichte von 2,8 kg/mm³. Die Structual Damping beträgt 0.001.

Ich hoffe mir kann jemand weiterhelfen. Falls ich für eine genaue Aussage zu wenig angegeben habe einfach darauf hinweisen.

Vielen Dank!

KevinTeichert

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Bei der transienten impliziten Dynamik ist numerische Dämpfung aktiv, abhängig von der Wahl der Integrationskonstanten.

Warum verwendest du keine Steady-State Dynamics?

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Danke für die Antwort Pam Crash!

Um gleich auf die Fragen einzugehen:

Ja, die Eigenformen passen mit den erwarteten Schwindungsformen überein. Mir stellt sich ja selbst die Frage wie weit man ein System danach bewerten kann, ob es lineares oder nichtlineares Verhalten aufweist. Das hier dargestellte System weist definitiv nichtlineares Verhalten auf, schon allein wegen der Geometrie. Für kleine Verschiebungen sollte diese aber vernachlässigbar sein.

Gruß

KevinTeichert

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Danke für die Anwort Mustaine.

Eine Dämpfung habe ich wie bereits auch erwähnt berücksichtigt. Nur stellt sich mir die Frage, ob Sie vielleicht zu groß ist. Du sprichst von einer "numerischen Dämpfung", einst du damit eine rundungsbedingte Dämpfung, oder wird eine allgemeine Dämpfung auf das System raufgerechnet?
Das "Steady-State Dynamics" verwendet meines Wissen nach ein kinetischen Rechenmodell, wobei Kräfte und andere Größen als Eingang genutzt werden. Aus Gründen der Vergleichbarkeit kann ich aber nur die Methoden zu Hand nehmen direkte Verschiebenungen als Eingangsgröße zu wählen. Somit muss ich z.B. kräfte als Eingangsgröße ausschließen.

Gruß

KevinTeichert

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Zitat:

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Original erstellt von KevinTeichert:
Danke für die Anwort Mustaine.

Eine Dämpfung habe ich wie bereits auch erwähnt berücksichtigt. Nur stellt sich mir die Frage, ob Sie vielleicht zu groß ist. Du sprichst von einer "numerischen Dämpfung", einst du damit eine rundungsbedingte Dämpfung, oder wird eine allgemeine Dämpfung auf das System raufgerechnet?

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Das Thema wird ziemlich ausführlich im Manual abgehandelt. Also einfach mal lesen.
Abaqus Users Manual 6.3.2 Implicit dynamic analysis using direct integration

Zitat:

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Das "Steady-State Dynamics" verwendet meines Wissen nach ein kinetischen Rechenmodell, wobei Kräfte und andere Größen als Eingang genutzt werden. Aus Gründen der Vergleichbarkeit kann ich aber nur die Methoden zu Hand nehmen direkte Verschiebenungen als Eingangsgröße zu wählen. Somit muss ich z.B. kräfte als Eingangsgröße ausschließen.

Gruß

KevinTeichert

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Man kann auch Verschiebungen über *Base Motion vorgeben. Mehr Infos gibt es im Manual.

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Vielen Dank für die Antwort.
Ich werden mir morgen mal das "Steady-State dynamics" anschauen.

Gruß

KevinTeichert

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Unbenannt.png Unbenannt2.png

Hallo Mustaine,

letzte Woche war ich im Urlaub, weshalb meine Antwort etwas später kommt. Ich habe nun einmal das Modell mit Hilfe zweier steps analysiert.
Zum einem habe ich den step "Steady-State Dynamics, Direct" gewählt. Bei dieser Methode kann ich einen Weg als Eingang an den beiden Spannblöcken (s.o.) angeben. Nach erfolgreicher Simulation erhalte ich folgendes Diagramm, welches die Amplitude vom Ausgang über den untersuchten Frequenzbereich darstellt.

(Anhang: Unbenannt1.png)

Wie man gut erkennen kann steigt die Amplitude am Ausgang mit der Frequenz an. Problematisch ist hierbei aber, dass wie bereits erwähnt die Eigenfrequenz des ersten Modes bei ca. 97 Hz liegt. Bei dieser Frequenz ist also eine höhere Amplitude zu erwarten.

Als zweites habe ich den step "Steady-State Dynamics, Modal" gewählt. Bei diesem Step habe ich nur die Möglichkeit eine Kraft als Eingang zu nutzen. Nach der Wahl einer Amplitude für den Kraftvektor und der erfolgreichen Analyse erhiehlt ich folgendes Diagramm.

(Anhang: Unbenannt2.png)

Der Unterschied zwischen den Ergebnissen der beiden Analysen ist sehr deutlich zu erkennen. Nun stellt sich mir die Frage, warum sich die beiden Ergebnisse so gravierent unterscheiden.

Zur Wiederholung:

"Steady-State Dynamics, Direct"
Harmonische Weganregung
->Eingangsgröße
   - Weganregung
Ausgang
- Amplitude steigt mit der Frequenz

"Steady-State Dynamics, Modal"
Harmonische Kraftanregung
->Eingangsgröße
   - Kraftanregung
Ausgang
- Amplitude weist bei Eigenfrequenz resonantes Verhalten auf

Da mir wie bereits erwähnt nur eine definierte Weganregung zur Verfügung steht, würde ich gerne das Modell auch nur mit Hilfe von kinematischen Eingangsgrößen analysieren. Dass es bei der modalen Analyse zu theoretisch unendlichen Amplituden kommt, ist sicherlich auf die geringe Dämpfung des Systems zurückzuführen.

Ich hoffe auf Tipps und weitere Hilfestellungen. Schon einmal danke im Voraus!

Mit freundlichen Grüßen

KevinTeichert

[Diese Nachricht wurde von KevinTeichert am 13. Okt. 2014 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von KevinTeichert am 13. Okt. 2014 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von KevinTeichert am 13. Okt. 2014 editiert.]

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Kraft- und Verschiebungsanregung sind nicht äquivalent und müssen unterschiedliche Ergebnisse liefern (hier einige Größenordnungen).
Im Fall der direct-Rechnung könnte die Abtastrate zu grob gewählt sein. Die Resonanzstelle wird ggf. übersprungen.

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Pam

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Hallo Pam,

danke für die Antwort. Das die beiden Anregungsarten verschiedene Ergebnisse liefern müssen ist mir bewusst. Wollte dennoch den Unterschied der Ergebnissen zwischen den beiden Varianten veranschaulichen.

Die Abtastraten sind bei beiden Verfahren ziemlich ähnlich. Bei beiden Verfahren habe ich einen Frequenzbereich von 0.1 bis 150 Hz untersuchen lassen. Dabei wurden die Eigenfrequenzen zur logarithmischen Unterteilung der Frequenzbereiche vorher ermittelt. Der Bias-Wert lag bei beiden Verfahren bei drei. Somit ist die Abtastrate im Bereich der zu untersuchenden Eigenfrequenz höher als im restlichen Bereich des Frequenzbereiches.

Kann die Abweichung der Ergebnisse wirklich so stark von der Eingangsgröße abhängig sein? Mir ist wie bereits erwähnt klar, dass durch die Weganregung andere Randbedingungen als wie bei der Kraftanregung herrschen. Instinktiv müsste der Ausschlag bei der Kraftanregung ja größer sein.

Ich hoffe dass ihr noch weitere Ideen habt.

Mit freundlichen Grüßen,

KevinTeichert

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