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FEM.JPG FEM_2.JPG

Hallo,

ich suche nach einer guten Möglichkeit schnell und mit hinreichender Genauigkeit Schrauben in der Simulation darzustellen. Mich interessiert dabei nicht die Schraube deswegen möchte ich diese gern virtuel darstellen. In Catia hatte ich diesen Vorgang (siehe Bild 1 und Bild 2):

xx = Kreisfläche der Schraubenauflage
c  = virtueller Mittelpunkt Durchgangsloch Bauteil 1
aa = Unterseite Bauteil 1
bb = Oberseite Bauteil 2
y  = Gewindetragfläche von Bauteil 2
d  = viertueller Mittelpunkt von Gewindetragfläche Bauteil 2

Aufbau:
xx wird mit c verbunden über ein virtuelles Bauteil (virtual Part)
yy wird mit d verbunden über ein virtuelles Bauteil (virtual Part)
c wird mit d verbunden mit einer virtuellen Schraubenfunktion mit angabe der Vorspannkraft (Virtual Bolt Tightening)
aa wird mit bb über eine Kontaktverbindung verbunden (Contact Connection)

In Abaqus fällt mir das alles aktuell noch ein wenig schwer besonders welche Verbindungen wie möglich sind.

xx mit c sowie yy mit d geht wohl über eine MPC-Verbindung. Wie kann ich jetzt aber Punkt c und d verbinden und eine Vorspannkraft einfügen?

Ich bin auch auf diesen Link gestoßen:
https://info.simuleon.com/blog/modeling-bolted-connections-with-abaqus-fea

hier heißt es die Verbindung c und d über ein Wire zu machen und dann einen Beam zu definieren. Leider bin ich daran schon gescheitert da ich im "Interaction" Module zwar ein Wire erstellen kann und die c und d verbinden aber jedoch keine Funktion im "Interaction" Module finde hier einen Beam zuzuweisen. Im "Property" Module gibt es diese Möglichkeit aber über "Assign Section" kann ich dem erstellen Wire nicht zuweisen. Was mache ich dort falsch und wie kann hier noch eine Vorspannkraft eingefügt werden?

Danke schon mal für die Hilfe.

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Es gibt in Abaqus diverse Möglichkeiten Schrauben in verschiedenen Detailierungsgraden abzubilden. Wenn dich die Schraube nicht wirklich interessiert, sondern nur ihre Auswirkung, ist der einfachste Weg sie über ein Connector-Element zu definieren und die beiden Endpunkte über Distributed Couplings an die Geometrie zu koppeln.

Als Connector-Section könnte man z.B. Cylindrical verwenden. Damit ist lediglich die axiale Verschiebung und die Rotation um die Achse frei. Ersteres wird dann für die Vorspannung verwendet. Letzteres bleibt frei. Möchte man diese Rotation auch weg haben, nimmt man einfach einen Translator stattdessen oder sperrt die Rotation mit einer Connector-Randbedingung oder setzt den DOF im Connector Behavior (Elasticity) auf Rigid.

Vorgehensweise im Interaction-Modul: Erstelle Hilfspunkte (Tools->Datum->Points) an den Stellen wo später die Steuerknoten hinsollen, an die das Coupling angeschlossen wird (deine Punkte c & d). Erstelle dann die Connector-Section. Das Behavior kannst du ignorieren, wenn du keine Steifigkeiten in der Schaube brauchst. Dann startest du den Connector-Builder und wählst nacheinander die zwei Datum-Punkte, zwischen denen der Connector erstellt werden soll. Mit OK bzw. OK/Repeat wird dann automatisch je ein Referenzpunkt, der Connector und ein lokales CSYS erstellt.
Danach baust du noch die Distributed Couplings zwischen Geometrie (xx & yyyy) und RPs, so dass der Connector an beiden Enden an deine Bauteile angeschlossen ist.

Du hast evtl. schon mitbekommen, dass Abaqus im Gegensatz zu CATIA-FEM Multistep-fähig ist. D.h. du kannst beliebig viele Laststeps definieren. Bei der Verwendung von Schrauben sind es typischerweise mindestens zwei. Ein General Static Step (mit NLGEOM) für die Vorspannung der Schrauben und dann der zweite Step für die äußere Betriebslast. Erstelle beide Steps. Dann wechselst du ins Load-Modul und erstellst die Schraubenvorspannung. Achte darauf dass der erste Step aktiv ist. Erstelle eine Last und wähle als Typ Connector Force (nicht Concentrated Force). Selektiere dann einen oder mehrere Connectoren und gibt die Last (F1) ein. Achte auf die Pfeile (Drahtgitteransicht hilft) ob die Last als Zug oder Druck ankommt. Ggf. das Vorzeichen der Last ändern.

Erstelle dann eine Randbedingung und sorge dafür, dass diese im zweiten Step aktiv wird. Wähle als Typ Connector Displacement. Selectiere die Connectoren, bestätige die Auswahl und wähle dann als Methode Fix At Current Position. Damit wird dann ab diesem Step die aktuelle Länge eingefroren. Sollte deine äußere Last also höher sein als die Vorspannung, wird der Connector trotzdem nicht wieder auseinander gezogen.

Falls dich interessiert was in den Connectoren passiert (Verkürzung, Lasten, Reaktionslasten), kann man das als History Ouput anfordern. Der Connector-Builder sollte für jeden Connector ein Wire-Set angelegt haben. Siehe Assembly-Container im Baum. Selektiere diese Sets mit ctrl oder shift und wähle Rechtsklick->Boolean->Union. Jetzt sind alle Connectoren in einem neuen Set. Erstelle dann im Step-Modul (Step1 sollte aktiv sein)) einen neuen History Output, wähle Domain=Set und dann das neue Set. Fordere die Connector-Variablen CU1 (Verschiebung), CCF1 (Last) und CRF1 (Reaktionskraft wenn Verschiebung ab Step2 verhindert wird). Ggf. auch CTF1 (Summe aller Lasten).
Wenn du möchtest kannst du die Vorspannung in Step2 deaktivieren, da dann ja eh die Randbedingung wirkt. Damit ist dann dieser Kraftanteil ab Step2 nicht mehr in CCF1, CTF1 und CRF1.

Vergiss nicht noch den Kontakt (oder Klebung) zwischen den Bauteilen zu erstellen.

Falls du häufiger solche Schrauben erstellen musst, oder generell viele, kann ich dir ein Plugin schicken, welches ich mal vor einer Zeit programmiert habe. Damit geht das Erstellen des Connectors deutlich schneller. Man erstellt die Connector-Section, startet das Plugin und selektiert nacheinander die beider Regionen an der Geometrie. Das Plugin ermittelt dann automatisch die beiden geometrischen Mittelpunkte der selektierten Regionen, erstellt dort die RPs, dann die Couplings, das CSYS und den Connector mit der vorher erstellte Section. Man braucht damit also nur wenige Mausklicks um so ein Konstrukt zu erstellen.
Schick mir eine Private Nachricht mit deiner E-Mail-Adresse, falls ich es dir schicken soll.

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Hallo Mustaine, deine Anleitung find ich super. Scheinbar mache ich nur irgendwas falsch denn nach 45 Minuten hab ich die sehr einfache Simulation abgebrochen (Catia machte die Simulation mit nur einem Rechenkern viel schneller bei gleicher Netzgröße).

Stellen an denen ich nicht genau wusstte ob das 100% richtig ist hab ich so umgesetzt:

- Habe bei dem Typ Connector Force einfach optisch die Verbindungslinie des dargestellt Connectors angeklickt (verbindet ja c-d)
- Den Kontakt zwischen Bauteil 1 und 2 habe ich über Surface-to-Surface Bedingung gelöst innerhalb des Initial Steps und mit der Kontaktbedingung "Tangential Behavior = Fritionsless" verknüpft (In Catia hatte ich auch kein Reibkoeff. angegeben.

Also Meldung im Warnings Log steht das hier:

371 elements are distorted. Either the isoparametric angles are out of the suggested limits or the triangular or tetrahedral quality measure is bad. The elements have been identified in element set WarnElemDistorted.

OVERCONSTRAINT CHECKS: THERE ARE 26208 BOUNDARY CONDITIONS SPECIFIED IN THIS MODEL. OVERCONSTRAINT CHECKS FOR BOUNDARY CONDITIONS SPECIFIED ON SLAVE NODES OF RIGID BODIES, OF *TIE OPTIONS, OR OF *COUPLING OPTIONS REQUIRE 10 Mb OF MEMORY. IF THIS IS A PROBLEM, PLEASE TURN OFF OVERCONSTRAINT CHECKS USING *CONSTRAINT CONTROLS, NO CHECKS or INCREASE THE MEMORY USED BY THE PRE-PROCESSOR.

OVERCONSTRAINT CHECKS: THERE ARE 26208 BOUNDARY CONDITIONS SPECIFIED IN THIS MODEL. OVERCONSTRAINT CHECKS FOR BOUNDARY CONDITIONS SPECIFIED ON SLAVE NODES OF RIGID BODIES, OF *TIE OPTIONS, OR OF *COUPLING OPTIONS REQUIRE 10 Mb OF MEMORY. IF THIS IS A PROBLEM, PLEASE TURN OFF OVERCONSTRAINT CHECKS USING *CONSTRAINT CONTROLS, NO CHECKS or INCREASE THE MEMORY USED BY THE PRE-PROCESSOR.

Displacement increment for contact is too big.

Displacement increment for contact is too big.

Excessive distortion at a total of 27241 integration points in solid (continuum) elements

Displacement increment for contact is too big.

Displacement increment for contact is too big.

Excessive distortion at a total of 157958 integration points in solid (continuum) elements

Displacement increment for contact is too big.

Displacement increment for contact is too big.

Excessive distortion at a total of 97561 integration points in solid (continuum) elements

Displacement increment for contact is too big.

Displacement increment for contact is too big.

Excessive distortion at a total of 97620 integration points in solid (continuum) elements

Displacement increment for contact is too big.

Displacement increment for contact is too big.

Excessive distortion at a total of 101670 integration points in solid (continuum) elements

Displacement increment for contact is too big.

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Das mit dem Connector ist ok. Man wählt entweder ein Set an oder klickt auf die gelbe Linie, die den Connector symbolisiert. Nach der Definition prüfen in welche Richtung die Pfeile der Last zeigen.

Das mit dem Kontakt könnte eines der Probleme sein. Wenn die Bauteile geometrisch sauber aneinander liegen, solltest du im Kontakt die Adjust-Option mit einem kleinen Tolerance-Wert (z.B. 0.01) aktivieren. Damit werden zu Beginn der Analyse die Knotenpositionen korrigiert um den Kontakt auch numerische sauber zu schließen.
Für eine Testrechnung kannst du auch erstmal die Unteroption 'Tie adjusted surface' aktivieren, so dass nach dem Adjust die Kontaktregionen miteinander verklebt werden.

Ein kleiner Reibwert kann manchmal helfen die tangentialen Bewegungen zu limitieren. Bei planaren Kontaktflächen und fehlender Reibung hat man ohne entsprechende Randbedingungen ansonsten Starrkörperbewegungen.

Im Step sollte die Initial Increment Size auf 0.1 oder 0.2 stehen, so dass nicht sofort die volle Last aufgebracht wird.

Dass eine nichtlineare Simulation deutlich länger dauert als eine lineare sollte klar sein. Wenn die Kontakte nicht vernünftig definiert sind, konvergiert es außerdem schlecht oder gar nicht. Andere Fehler könnten auch noch im Modell sein.

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Schneibar mache ich was mit der Surface-Surface Anbindung falsch. Wenn ich die beiden Flächen mit einem "Tie" verbinde verschwindet die Fehlermeldung und es läuft relativ schnell durch. Also scheinbar bewegen sich beide Bauteile zu stark voneinander weg. Ich habe auch dein Tipp versucht Toleranzwerte anzugeben und ein Reibkoeffizient anzugeben.

Noch Vorschläge was das Problem sein könnte?

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Schwierig zu sagen per Ferndiagnose. Wenn du das Modell anhängst oder mir sonst irgendwie zukommen lassen kannst, kann ich es mir mal näher anschauen.

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