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  Problem mit der Verwendung von Connectoren und Federelementen

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Autor Thema:   Problem mit der Verwendung von Connectoren und Federelementen (1015 mal gelesen)
  
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youchko015
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Abaqus 6.13-1

erstellt am: 25. Feb. 2016 15:35    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


Modell.JPG

 
Hallo,

ich bin Abaqus-Anfänger und versuche gerade mittels Abaqus die Deformation des folgenden Systems zu berechnen:

Ein verformbarer Zylinder, der mittig belastet wird. Links und rechts des Zylinders wird ein Referenzpunkt definiert, der einem Lagerpunkt entsprechen soll. Der Abstand zwischen einem Lagerpunkt und der Stirnfläche beträgt x mm. Da der Querschnitt des Zylinders über die gesamte Länge nicht konstant ist, wurde nur die Länge mit konstantem Querschnitt modelliert. Es gibt also eine Lücke zwischen dem Lagerpunkt und der Stirnfläche. Jeder Lagerpunkt gehört aber zum Zylinder und muss mit diesem verbunden werden.
Da noch die Lagersteifigkeit in die Deformationsberechnung miteinbezogen werden muss, sollen Federelemente (in axialer und radialer Richtung) definiert werden. Ein Ende der Feder wird eingespannt. Das andere Ende wird mit dem Lagerpunkt verbunden bzw. entspricht dem Lagerpunkt (siehe Bild im Anhang).

Die Idee bei diesem Modell ist, dass, die auf dem Zylinder aufgebrachte Kraft, Reaktionskräfte an beiden Lagerpunkten und ggf. eine Deformation der Lager verursacht, die durch Ihre Steifigkeit, verringert wird.
Zur Verbindung der Lagerpunkte mit dem Zylinder habe ich verschiedene Connectoren (Beam, Cartesian, Axial) und Coupling Constraints ausprobiert. Für die Federelemente habe ich Spring2 Elementen verwendet. Mein Modell ist aber entweder underconstraint oder overconstraint. Ich weiß nicht, wie ich die Lagerpunkte mit dem Zylinder verbinden und die Lagersteifigkeit modellieren kann, sodass Abaqus in der Lage ist, zu berechnen.

Habt ihr vielleicht Ideen, wie ich dieses Modell anwendbar machen kann?

Vielen Dank im Voraus
Gruß

[Diese Nachricht wurde von youchko015 am 25. Feb. 2016 editiert.]

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Mustaine
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Abaqus

erstellt am: 26. Feb. 2016 10:30    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für youchko015 10 Unities + Antwort hilfreich

Ich würde auf die Stirnflächen des Solids je einen weiteren RP legen und dazwischen je ein Coupling definieren. Zwischen die RPs auf jeder Seite dann ein Connector mit entsprechenden Steifigkeiten.

[Diese Nachricht wurde von Mustaine am 26. Feb. 2016 editiert.]

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youchko015
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Abaqus 6.13-1

erstellt am: 02. Mrz. 2016 16:57    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hi,

vielen Dank für den wertvollen Tipp! Ich habe in der Mitte jeder Stirnfläche einen zusätzlichen RP gelegt und zwischen dem RP und der Stirnfläche einen Distributing Coupling (Structural) definiert. Eine Frage zur Funktion des Couplings:
Wenn der Zylinder mittig belastet wird, verformt sich die Welle und dadurch auch die Stirnfläche.
Ist die Funktion des Couplings die Kräfte und die Verformung der Stirnfläche auf dem RP zu übertragen ODER ist die Funktion des Couplings die Kräfte und die Deformation am Lagerpunkt auf der Stirnfläche zu übertragen?

Um die Verschiebungen bzw. die Deformation zu messen, habe ich zwischen beiden RPs einen Cartesian Connector definiert. Der erste Knoten des Connectors ist der RP an der Stirnseite und der zweite Knoten ist der Lagerpunkt, der sich theoretisch um x, y und z translatorisch verschiebt, wenn die Kraft aufgebracht wird. Da der Connector die 3 Rotationen am ersten Knoten aktiviert, fixiere ich diese mittels einer BC.
Um die Steifigkeit der Lager, die der Deformation der Welle entgegenwirkt, miteinzubeziehen, verwende ich einen Connector Elastic Behavior. Zum Ausprobieren, definiere ich 3 lineare Federn (obwohl die Lagersteifigkeit in der Realität nicht linear ist) mit einer Steifigkeit von 50 N/mm.
Ich vernetze dann den Zylinder mit 20 Knoten Elementen (C3D20) und belaste ihn mittig mit 100 N. Wenn ich eine Analyse mit diesem Modell durchführe, divergiert die Lösung. Ich habe dann feiner vernetzt und den Increment size, sowie die unterste Grenze des Steps kleiner gewählt, was aber zum gleichen Ergebnis geführt hat. Ich verwende mm, MPa (N/mm²) und N/mm als Einheiten.

Woran kann das liegen und wie könnte ich dieses Problem beheben?

Vielen Dank im Voraus
Gruß

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Mustaine
Ehrenmitglied V.I.P. h.c.



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Abaqus

erstellt am: 02. Mrz. 2016 22:03    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für youchko015 10 Unities + Antwort hilfreich

a) RP und Stirnfläche sind gekoppelt, also besteht da eine beidseitige Wechselwirkung.

b) Die Frage ist, warum es nicht konvergiert. Vielleicht eine Singularität. Was ist mit der Rotation des Solids? Schau in die .msg, dort steht was passiert. Im Getting Started steht erklärt, wie man das liest.

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youchko015
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Abaqus 6.13-1

erstellt am: 04. Mrz. 2016 18:41    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hi,

beim Analysieren der .msg-Datei habe ich keine Meldung, die eine Rotation des Solids andeuten würde, gefunden. Um Singularität zu verhindern, habe ich die Rotation des ersten Connectorknoten, sowie die Rotation der Stirnfläche blockiert. Wenn ich diese Rotationen nicht fixiere, bekomme ich Singularität.
Was mir sehr überrascht hat, ist die Größenordnung der Verschiebung beim Kräftegleichgewicht (10^8 mm) gegenüber der der Rotation beim Momenten-Gleichgewicht (10^-34 rad). Um konsistent zu sein wurden die Einheiten mm, N und N/mm² verwendet. Ich habe auch mit einer feineren Vernetzung und kleineren Inkrementenwerte probiert, was aber nichts bringt. Ich finde einfach nicht, wo der oder die Fehler sich befinden. Könnte ich irgendwo auf dem Forum die INP-Datei ablegen?

Gruß

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Mustaine
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Abaqus

erstellt am: 06. Mrz. 2016 12:47    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für youchko015 10 Unities + Antwort hilfreich

Du kannst sie als .txt oder als .zip an einen Beitrag anhängen.

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youchko015
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Abaqus 6.13-1

erstellt am: 07. Mrz. 2016 11:23    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


Beispiel_5.txt

 
Vielen Dank! Ich habe die INP-Datei als Textdatei angehängt, mit der Hoffnung, dass jemand vielleicht das Problem findet.

Gruß

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Mustaine
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Abaqus

erstellt am: 07. Mrz. 2016 13:49    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für youchko015 10 Unities + Antwort hilfreich

Du solltest nochmal über deine Randbedingungen nachdenken.

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youchko015
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Abaqus 6.13-1

erstellt am: 11. Mrz. 2016 15:38    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hi,

Kleine Zusammenfassung meiner bisherigen Vorgehensweise. Wie schon gesagt, möchte ich die Deformation einer gelagerten Welle, die unterschiedlichen Querschnitte hat und mittig belastet wird, berechnen. Um dies zu modellieren habe ich folgender Gedanke verfolgt:
Als erstes erstelle ich einen verformbaren Zylinder, der mittig belastet wird und mit C3D20 Elementen vernetzt ist. In der Mitte jeder Stirnfläche ist ein Referenzpunkt definiert, der mit einem Distributing Structural Coupling mit der Stirnfläche gekoppelt ist. Ziel des Couplings ist die Verschiebung der Stirnflächenknoten, sowie Kräfte und Momente am Referenzpunkt zu zentralisieren. Beide Punkte werden dann mit einem zweiten Punkt, der einem Wälzlager entspricht, mittels eines Connectors verbunden. Dieser Connector soll das andere Teil der Welle modellieren und muss verformbar sein. Aus diesem Grund habe ich einen Cartesian Connector mit Steifigkeiten ausgewählt. Die Steifigkeit des Connectors simuliert hier die Lagersteifigkeit. Wie empfohlen, habe ich mich dann mit den Randbedingungen beschäftigt und verschiedene Varianten ausprobiert:
Variante 1: Ein Wälzlager wird als Festlager modelliert d.h. u1=u2=u3=0. Der andere wird als Loslager modelliert d.h. u2=u3=0.
Da die Knoten des Solids sich nur translatorisch verschieben können (DOF 1,2,3 aktiviert) werden die Rotation jeder Stirnfläche (beim Coupling) und beider Referenzpunkten blockiert. Leider führt die Vorgehensweise zu keinem Ergebnis.

Variante 2 : Diese Variante konvergiert zwar aber sie entspricht nicht der Realität. Beide Lagerpunkten werden frei gelassen d.h. sie können sich um x, y und z verschieben. Die Rotation jeder Stirnfläche wird blockiert und die Referenzpunkte werden komplett eingespannt.

Das Fazit lautet, dass ich nicht mehr weiß, was ich tun muss, um zu einem richtigen Modell zu gelingen. Das Hauptproblem liegt bei den Randbedingungen und ich muss zugeben, dass ich jetzt den Überblick verloren habe. Ist vielleicht noch etwas anderes falsch wie der Connector z.B. ? Mustaine hättest du einen Vorschlag?

Ich habe auch an eine andere Lösung gedacht. Könnte man nicht jeden Lagerpunkt direkt mit einem Coupling mit der Stirnfläche koppeln und entsprechende Spring2 Elemente an jedem Lagerpunkt anhängen um die Lagersteifigkeiten zu modellieren?

Vielen Dank im Voraus
Gruß


[Diese Nachricht wurde von youchko015 am 11. Mrz. 2016 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von youchko015 am 13. Mrz. 2016 editiert.]

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Mustaine
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Abaqus

erstellt am: 13. Mrz. 2016 22:21    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für youchko015 10 Unities + Antwort hilfreich

Was ist an dem Modell so schwierig? Wenn du die beiden Knoten ganz außen einspannst, sind schonmal alle Translationen über die Federsteifigkeiten der Connectoren weg. Ebenso zwei Rotationen. Also musst du an einem oder beiden Couplingsteuerknoten nur noch die eine Rotation festlegen.

Zitat:
Original erstellt von youchko015:

Ich habe auch an eine andere Lösung gedacht. Könnte man nicht jeden Lagerpunkt direkt mit einem Coupling mit der Stirnfläche koppeln und entsprechende Spring2 Elemente an jedem Lagerpunkt anhängen um die Lagersteifigkeiten zu modellieren?

Das ist dasselbe in grün.

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youchko015
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Abaqus 6.13-1

erstellt am: 14. Mrz. 2016 13:31    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


Bild_2.JPG

 
Hallo,

es ist nicht so einfach zu verfolgen welche DOF frei oder fixiert sind  .
Freie DOF des Modells, so wie ich es bis jetzt verstanden habe:
- Solid => DOF 1,2,3
- Couplingsteuerknoten => 6 DOF
- Stirnfläche = Coupling Nodes => 6 DOF
- Couplingsteurerknoten = Connectorknoten a => 6 DOF
- Punkt ganz außen = Connectorknoten b => 6 DOF

Beide Knoten ganz außen einspannen heißt für mich, dass die keine freie DOF mehr haben.
Wenn ich die beiden Knoten einspanne, die UR3 Rotation beider Couplingssteuerknoten, sowie die Rotationen der Coupling nodes fixiere, verschiebt sich der Solid (siehe Bild 1) aber es verformt sich nicht.

Wenn ich mit Federn arbeite, und die Translation der beiden Knoten ganz außen, sowie die UR3 Rotation fixiere sieht die Verschiebung des Zylinders anders aus (siehe Bild 2). Aber die links stehende Feder Rotiert ...

Gruß

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