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Hallo CATIA-Gemeinde,

ein Problem, daß mich zur Zeit beschäftigt,ist die Berechnung von dünnwandigen Bauteilen mit dem Standard-Volumenvernetzer von CATIA. Wenn das Bauteil nicht mit dem "advanced meshing tool" als Hexaeder-Schalenelement vernetzt werden konnte, bleibt einem nix anderes übrig, als das Teil mit der Standard-Tetraeder-Volumenvernetzung zu vernetzen. Ich habe aber gelesen, daß dünnwandige Bauteile, die mit Volumenelementen vernetzt wurden, die Realität nur schlecht abbilden, da die Struktur steifer abgebildet wird, als in Wirklichkeit. Da stellt sich nun die Frage, sind die Lösungen bei ausreichend feinem Netz trotzdem verwendbar und vor allem welche der Hauptspannungen sind wichtig bei der Auswertung des Ergebnisses? (principal shearing, principal, absolut principal, tensor component...)

Gruß

Holger

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Hallo,

1. Für dünnwandige Teile (z. B. Bleche) kann die Octree-Dreieckvernetzung genutzt werden. Dann 2D-Eigenschaft zuweisen.

2. Zur Bedeutung der Spannungen siehe http://www.fh-zwickau.de/online/klepzig/CATIA_FEM/Manuskript.pdf,  S. 21 -23

MfG
kle

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kle

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Hallo Kle,

Danke für den Tip, aber leider sind die Bleche in der Regel als 3D Modell zu vernetzen - oder wie ist das gemeint mit "2D Eigenschaft zuweisen"?

Bisher war meine Vorgehensweise so, daß man im "advanced meshing tool" zunächst mit einer Fläche der 3D Geometrie eine Flächenvernetzung durchführt und diese dann extruiert, um dann Volumenelemente in Hexaederform zu erhalten. Anschließend das Flächennetz wieder entfernen.

Möchte man das Modell mit Schalenelementen vernetzen, extruiert man es nicht, sondern wechselt gleich in die Standard "Generative Structural Analysis" und legt dort die Eigenschaften mit dem Symbol "Eigenschaft des Schalenelements" fest..

MFG

Holger

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Hallo,

so war es als Alternative auch gemeint. Weil ja von Standard-Tetraeder-Volumenvernetzung die Rede war, nahm ich an, dass sich das auf die Umgebung GSA bezog.

MfG
kle

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kle

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Hallo!

Ich wäre an dieser Stelle vorsichtig mit der 2D-Eigenschaft!
Ich nehme an, dass es sich bei dem Blech rein aus CAD sicht auf jedenfall um ein 3D-Volumenmodell handelt?
Wenn man nämlich jetzt einfach diesem 3D-Blech die Eigenschaft eines 2D-Netzes zuweist,entspricht das nicht einer Schalenberechnung! Es werden dann nämlich nur die Oberflächen mit 2D-Elementen vernetzt.Das Blech ist also von innen Hohl.
Bei einer richtigen Schalenanalyse sollte allerdings schon die Mittelebene verwendet werden. Hierzu sollte man dann schon mit reinen Flächengebilden arbeiten (Shape Design).

Gruß,

Mirco

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Hallo,

mich interessiert diese Baustelle auch. Wir haben nur Lizensen für GPS, EST und GSA.
Leider keine für das "advanced meshing tool".

Bis jetzt gehe ich bei Schalenelementen immer erst mal nach der Faustformel Netzgröße = 2,5 x Wanddicke vor.

Nach der Berechnung/Optimierung mit brauchbaren Ergebnisse fange ich dann an das Netz zu verfeinern bis nix mehr passiert.
Und das kann echt Rechenzeit kosten!

Die Frage hierbei ist, sind die Ergebnisse vergleichbar mit Hexaederberechnungen? Oder wie kann man sich ohne Meshing Tool behelfen.

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kri

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Modell2_2D-Rechtecknetz.jpg Modell3_TE10-Netz.jpg

Hallo kri,

zum Vergleich habe ich ein 4 mm dickes Stahlblech, Breite 100 mm, Länge 200 mm, "Einspannung" an Breitseite, 50 N verteilte Last an gegenüberliegender Stirnfläche mit verschiedenen Vernetzungen berechnet. Die max. Spannung errechnet sich zu 37,5 MPa, wobei näherungsweise eine konstante Spannung über die volle Breite der "Einspannfläche" angenommen wird. Wegen der tatsächlichen 3D-Verformung ist die Spannung in der oberen/unteren Randschicht an den Außenrändern kleiner und in der Mitte entsprechend größer.

Modell 1: Fläche 100x200 mit GSA-Dreieckvernetzung, parabolisch, 4 mm Netzgröße, 2D-Eigenschaft 4 mm Blechdicke => Mises ISO-gegl. 38 MPa in der Mitte

Modell 2: Fläche 100x200 mit AdvMeshTools-Rechteckvernetzung, parabolisch, 4 mm Netzgröße, 2D-Eigenschaft 4 mm Blechdicke => Mises ISO-gegl. 38 MPa in der Mitte (Bild 1)

Modell 3: Solid mit TE10-Netz 8 mm, lokal im Bereich der "Einspannfläche" 1 mm, lokal im Bereich der integrierten Fläche des Einspannstreifens (0,2 mm Breite) 0,2 mm => Mises ISO-gegl. 38 MPa in der Mitte, 14,5 MPa außen (160 MPa am 0,2 mm-Einspannstreifen negiert) (Bild 2)

Modell 4: AdvMeshTools-Rechteckvernetzung der "Einspannfläche", parabolisch, 4 mm Netzgröße, von diesem 2D-Netz 3D-Extrusionsfläche mit 200 mm Länge und 50 Layern (bis zum 2D-Rechtecknetz der Lastfläche)=> Mises ISO-gegl. 38,1 MPa in der Mitte

Modellversuche mit Extrusionsflächen in Richtung der Blechdicke führten zu nicht akzeptablen Ergebnissen.

Der Aufwand steigt von Modell 1 bis 4. Die GSA-Dreieck- und die AdvMeshTools-Rechteckvernetzung, Schalenberechnung mittels 2D-Eigenschaft dürften in der Regel die günstigsten Varianten für Blechteile sein.

MfG
kle

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kle

[Diese Nachricht wurde von kle am 19. Mrz. 2007 editiert.]

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Hallo kri,

Ohne die Lizenz "advanced meshing tool" ist es nicht möglich, eine Hexaedervernetzung durchzuführen oder mit anderen nützlichen Tools das Netz zu verbessern. Leider vernetzt CATIA die Teile immer nur mit Tetraederelementen.

Gruß Holger 

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NetzvergleichBiegung.JPG Netzvergleich_ZugDruck.JPG

Am Vernetzungsbeispiel eines auf Zug oder Druck belasteten rechteckigen Trägers wird klar, warum oft ein Netz mit Hexaderelementen angestrebt wird: Durch 10 Hexaderelemente können dieselben Ergebnisse erzielt werden, wie durch 240 Tetraederelemente (siehe Anhang). Dies bedeutet eine große Einsparung von Zeit und Rechnerkapazität. Probleme bereitet aber meistens die Hexaeder-Vernetzung, die oft nur unter großem Aufwand für komplexere Geometrien durchgeführt werden können. Deshalb werden bei automatischer Netzerstellung Teraederelemente verwendet, die sich beliebigen Geometrien besser anpassen können.

MFG

Holger 

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Hallo,

mir ist schon klar das ich dadurch "einige" Elemente mehr in der Analyse habe. Ich konnte sie bis jetzt handlen.
Und für das meshing tool muß erst noch genug Leidensdruck aufgebaut werden .

Mir geht es hier erst mal darum "richtige" Ergebnisse zu erhalten.

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kri

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Hallo kri,

Um eine Aussage über die Netzqualtiät zu erhalten, solltest du nach einem 1.Rechenlauf eine adaptive Netzverfeinerung durchführen. Es kann eine lokale (für örtliche kritische Spannungsbereiche) oder globale Adaptivität (fürs Gesamtmodell)gewählt werden. Das grobe Netz anklicken (Strukturbaum), es wird der aktuellen Fehler in % angezeigt und darüber kann der max zulässige Fehlerwert eingegeben werden. Laut Koehldorfer (FEM mit CATIA V5) sollte der globale Fehler unter 10% und der lokale unter 5% liegen. CATIA verfeinert das Netz automatisch solange, bis der angegebene Fehlerwert unterschritten wird. (man erspart sich so oft langwierige Netzverfeinerungen per Hand)

MFG

Holger   

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Hallo,

ich weiß schon wie Adaptivität funktioniert. Ich verfeinere das Netz zum Schluss sowieso.

Mir ging es eigentlich nur um den Vergleich zwischen Hexa&Teraedernetzen. Um abschätzen zu können wie "gut" die Ergebnisse sind.

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kri

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Hexaeder Netze liefern immer bessere ergebnisse, bei Blechen sind 3 Lagen Hexas besser als alles andere.

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Esthetik ist keine Frage des Betrachters

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Vergleichs-Exceltabelle.pdf

Hallo,

wenn keine Lizenz für Advanced Meshing Tools zur Verfügung steht, werden für dünnwandige Teile bei möglichst kleiner Modellgröße die besten Ergebnisse erreicht, wenn die Fläche in der Umgebung GSA mit parabolischen Dreieckelementen vernetzt wird. Danach ist die Dicke als 2D-Eigenschaft zuzuweisen.

Vorsicht mit dem Vertrauen auf die Fehlerangaben zur Vernetzung! Diese Fehler sagen nichts aus über die Genauigkeit der berechneten Spannungen. Zu den Test-Blechstreifen meines Beitrages vom 19.03. habe ich einmal die Vergleichs-Exceltabelle als PDF-Datei angehängt. Obwohl der globale Fehler bei parabolischer Tetraedervernetzung (TE10) bei Variante 3c nur 1,8 % beträgt, liegt die berechnete Spannung mehr als 100 % über dem realen Wert. Ursache ist die feste Einspannung der Stirnfläche, wodurch die Querverformung des Bleches behindert wird.

MfG
kle

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kle

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@kle
dass sehe ich ein bischen anders, es existiert schon ein zusammenhang zwischen Elementkriterien und der realitaetstreue der Berechnung...grundsaetzlich erzeugen zu spitze elemente hoehere spannungen.....

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Esthetik ist keine Frage des Betrachters

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Man darf natürlich keine Spannungsergebnisse an kritischen Stellen im Modell (z.b. Kerben, feste Einspannungen) betrachten (Singularitäten), dort kommt es nämlich immer zu unrealen Spannungsspitzen. Es gibt im Forum dazu viele Beiträge dazu.

MFG

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Durch entsprechende Wahl der Lagerungs- und Kopplungsbedingungen lassen sich solche Fehler aber meist weitgehend vermeiden. Man muss sich vor allem Klarheit verschaffen, an welchen Stellen die dreidimensionale Werkstoffdeformation des realen Bauteils besonders groß sein wird. Die Lagerungsbedingungen dürfen diese Deformation nicht behindern.

Unzweckmäßige Lagerungs- und Kopplungsbedingungen führen oft zu wesentlich größeren Fehlern als nicht ganz einwandfreie parabolische GSA-Netze. Selbstverständlich sind an interessierenden(!) kritischen Stellen kleinere lokale Netzgrößen erforderlich.

MfG
kle

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kle

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