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ZWCAD 2023: Bearbeitung eines 3D-Objekts mit Griffen
Autor Thema:  unrealistische Federverformung im FEM (4729 mal gelesen)
123fly
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erstellt am: 12. Jul. 2012 16:49    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


Geofonfeder.gif


Geofonfeder.txt

 
Liebe Forumsgemeinde,

ich habe eine kreisrunde und flache Blechfeder aus einem Geofon vor mir und möchte die unlineare Federkennlinie dessen aufzeigen.

Ein Inventor-Part davon in der Belastungsanalyse verhält sich beim Aufbringen einer Kraft auf den Außenring aber nicht so wie die reale Feder.
Und zwar kann sich die reale Feder bei großen Auslenkungen (so ab 15mm) einfach ein bischen eindrehen, so dass der Lastfall ein ganz anderer wird als es der Inventor zunächst errechnet. Übrigens auch SolidWorks Simulation kommt zum selben falschen Ergebnis; ich weiß nicht was ich besser machen muss...

Ich hänge mal das Problem als ipt an diesen Beitrag. (Inventor 2010 ;die Geofonfeder.txt bitte wieder in Geofonfeder.ipt umbenennen)
Vielleicht hat jemand von Euch eine Idee wie ich die DIVA überreden kann das real zu betrachten.

Vielen lieben Dank schonmal vorab und
beste Grüße
Markus

------------------
Gruß Markus

[Diese Nachricht wurde von 123fly am 12. Jul. 2012 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von 123fly am 12. Jul. 2012 editiert.]

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Ex-Mitglied

erstellt am: 12. Jul. 2012 17:18    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat

Hallo,

ich kenn mich mit den Berechnungsmöglichkeiten bei Inventor zwar nicht aus, kenne aber die Voraussetzungen bei ProE.
Bei diesem Teil würde ich von nichtlinearer Berechnung - großer Verformung ausgehen.

------------------
Jetzt wieder im Norden

Leo Laimer
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erstellt am: 12. Jul. 2012 17:26    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 123fly 10 Unities + Antwort hilfreich

Trotzdem rätsle ich da auch rum, denn wenn auch die Federkennlinie des Bauteils nichtlinear sein dürfte, das Verhalten des Materials ist dennoch (innerhalb der üblichen Grenzen) linear.
Trotzdem verwindet IV das Teil nicht unter Belastung wie zu erwarten wäre, sondern bewegt den belasteten Aussenring wie linear geführt.

Also leider weiss ich keine Antwort, aber das Ergebnis ist nicht so wie es zu erwarten wäre.

------------------
mfg - Leo

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lbcad
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erstellt am: 12. Jul. 2012 17:28    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 123fly 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Markus

sowohl Inventor als auch SolidWorks haben im Paket ein FEM-Modul, das nur einen beschränkten Funktionsumfang besitzt.
Für Deinen Anwendungsfall ist das nicht geeignet. Da benötigst Du eine ausgewachsene FEM-Anwendung.

------------------
Gruß Lothar Boekels

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Das könnt Ihr auch tun.

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Michael Puschner
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erstellt am: 12. Jul. 2012 17:44    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 123fly 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von Leo Laimer:
Trotzdem rätsle ich da auch rum, denn wenn auch die Federkennlinie des Bauteils nichtlinear sein dürfte, das Verhalten des Materials ist dennoch (innerhalb der üblichen Grenzen) linear. ...

Eine lineare FEM betrachtet aber nicht nur die Materialkonstanten, hier das E-Modul (Spannung proportional zur Verformung) als linear, sondern auch die geometrische Struktur (Verformung proportional zur Last, bei gleichbleibender Richtung). Daher sind die Ergebnisse nur dann verwertbar, wenn die Verformung kleiner ist, als die Bauteilgröße in Verformungsrichtung (hier die Materialstärke).

Siehe auch: Geometrienichtlinearität im CADFEM-WikiPLUS


Kurzum: Federn lassen sich nur mit nichtlinearer FEM abbilden.

Zitat:
Original erstellt von 123fly:
... die Geofonfeder.txt bitte wieder in Geofonfeder.ipt umbenennen ...

Das Umbenennen von IPT-Dateien in TXT ist in diesem Forum schon länger nicht mehr nötig. Es kann auch direkt die IPT angehängt werde.

------------------
Michael Puschner
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123fly
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erstellt am: 12. Jul. 2012 17:45    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

Hallo ihr Lieben,

danke für eure Antworten.
"Bei diesem Teil würde ich von nichtlinearer Berechnung - großer Verformung ausgehen."
@Pedderson: ich denke das Werkstoffverhalten ist schon linear, allein aus der Formänderung der Feder heraus resultiert eine progressive Federkennlinie. Im elastischen Bereich bleibe ich auch mit der Feder sowohl im FEM als auch in der Realität, auch wenn die Verformung groß erscheinen mag. Klar noch ein Stück weiter und es wird dann langsam plastisch, auch mein Berylliumkupfer kann nur etwa geschätzte 450MPa Streckgrenze ab.

Ich hatte schon gedacht, dass die FEM-Umgebung so ein ich dachte "leichtes" Problem lösen könnte.
Ich hatte es auch schon in einer iam mit zwei Körpern mit Kontaktsatz Gleitend auf den Außenring probiert, weil ich vermutete, dass die Kraftaufbringung die Verformungsrichtung quasi erzwingt. Aber auch das brachte keinen Erfolg.

Viele Grüße
Markus

edit: oh da war Michael schneller als ich. Ich denke ich muss es wohl akzeptieren.
Vielen Dank für Eure Mühe mit mir!

------------------
Gruß Markus

[Diese Nachricht wurde von 123fly am 12. Jul. 2012 editiert.]

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Leo Laimer
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erstellt am: 13. Jul. 2012 09:14    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 123fly 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von Michael Puschner:
...Eine lineare FEM ...

Muss Dir bestätigen: Alle FEMs auf die ich hier Zugriff habe erzeugen in dem gegenständlichen Fall nur eine lineare Verschiebung in Lastrichtung, und keine "echte Biegung" wie sie in Realität auftritt.

------------------
mfg - Leo

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Ex-Mitglied

erstellt am: 13. Jul. 2012 09:55    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat

Zitat:
Original erstellt von 123fly:
.. ich denke das Werkstoffverhalten ist schon linear, allein aus der Formänderung der Feder heraus resultiert eine progressive Federkennlinie. Im elastischen Bereich bleibe ich auch mit der Feder sowohl im FEM als auch in der Realität, auch wenn die Verformung groß erscheinen mag. Klar noch ein Stück weiter und es wird dann langsam plastisch, auch mein Berylliumkupfer kann nur etwa geschätzte 450MPa Streckgrenze ab.

......



Nichtlinear ist nicht gleichbedeutend mit plastischer Verformung. s.o.

------------------
Jetzt wieder im Norden

123fly
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erstellt am: 13. Jul. 2012 10:08    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

Habt lieben Dank für Eure Mühe und Informationen.

Das Wiki zur nichtlinearen FEM im Link von Michael Puschner war sehr verständlich. Danke!
Ich habe nun begriffen wo das Problem liegt. Jetzt brauch ich nur noch das OK vom Chef für CATIA nonlinear Analysis (ich glaub der schmeißt mich raus  ).
Ich habe noch das hier zum Thema gefunden TU-Wien.

Mir kam als letzte Lösung für die qualitative Abschätzung der Federkennlinie noch in den Sinn, ein bereits "korrekt" stückweise vorverformtes Bauteil nur sehr gering zu belasten und jeweils die Verschiebung zu notieren. Wenn man nur wüßte, wie die Biegelinie (minimale Verformungsenergie) der Feder unter Belastung aussehen würde könnte man iterativ über lineare FEM ganz grob eine Abschätzung machen. Aber das ist evtl. zu viel Aufwand für ein nachher doch ungenaues Ergebnis.

Viele Grüße
Markus

[Diese Nachricht wurde von 123fly am 13. Jul. 2012 editiert.]

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Michael Puschner
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Zitat:
Original erstellt von Leo Laimer:
... nur eine lineare Verschiebung in Lastrichtung, ...

Um ganz exakt zu sein: Eine lineare Verschiebung in Lastwirkungsrichtung, die sich sehr wohl von der Lastrichtung unterscheidet, aber in einer linearen FEM auch konstant ist.

Die einzige Ausnahme hiervon stellen in der IV-FEM die Kontakte dar, wenn sie erst ab einer gewissen Belastung in Kraft treten. In diesem Falle rechnet IV nicht mehr einfach linear.

Zitat:
Original erstellt von 123fly:
... Jetzt brauch ich nur noch das OK vom Chef für CATIA nonlinear Analysis ...

Es muss ja nicht gleich CATIA sein. Auch Autodesk bietet hierzu etwas passendes:

Autodesk Simulation Mechanical sollte dafür ausreichen.

(auch als 30-Tage-Testversion möglich)

------------------
Michael Puschner
Autodesk Inventor Certified Expert
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erstellt am: 16. Jul. 2012 14:40    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat

Zitat:
Original erstellt von 123fly:
... Jetzt brauch ich nur noch das OK vom Chef für CATIA nonlinear Analysis (ich glaub der schmeißt mich raus   ).
....

Wohl erst dann, wenn Du noch jemanden einstellen must der die Analysen dann auch fachgerecht durchführt.
Im Ernst, das ganze ist nicht so trivial, dass man nebenbei ab und zu so'ne Berechnung abliefert.

------------------
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Peter Scholz
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Windows 10, HP ProBook 450 G4, Inventor 2020

erstellt am: 16. Jul. 2012 17:02    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 123fly 10 Unities + Antwort hilfreich


AIP2012-Zu_grose_Auslenkung.jpg

 
Alles gut erklärt.
Hier ein kleines Beispiel zur Abrundung.

Bei "Angelrutenteilen" erscheint eine Warnung (siehe Bild). Es ist ein Bauteil 1 mm x 15 mm x 300 mm lang.
Die Kraft beträgt 5 N.
Die Verschiebung wird mit ca. 1500 mm angegeben!

Peter

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Michael Puschner
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erstellt am: 16. Jul. 2012 18:19    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 123fly 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von Peter Scholz:
... Bei "Angelrutenteilen" ...

Oh ja, die Angelrute (fishing rod) ist ein (auch von mir) immer gern genommenes Beispiel für eine nicht lineare Struktur, auch bei linearem Material.

------------------
Michael Puschner
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123fly
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SLDFEMnlin.gif

 
Hallo Zusammen,

ich bin bei meinem Problem wieder ein gutes Stück weiter gekommen.
Solid Works bietet in seiner professionellen Simulationsumgebung die Möglichkeit nichtlineare Sachverhalte zu berechnen. Dies habe ich getan und es wurde tatsächlich ein realistisches Ergebnis erbracht. (Bitte nicht steinigen, ja es gibt noch andere Programme ...)

Natürlich ist mir klar, dass man niemals die Randbedingungen so genau kennt oder im CAD eingeben kann, dass sie exakt der Realität entsprechen. Und natürlich kann ein reiner FEM-Ing. belastbarere Ergebnisse erzielen- Vielen Dank für die Nachhilfe   - aber dieser Richtschuss reicht uns hier im ForschungsZentrum qualitativ vollkommen aus für die Aussage die wir gesucht haben, nämlich die entsprechende Progression in der Federkennlinie des Geofons.

Ein Rechendurchgang dauert aufgrund der zahlreichen Iterationen der Rechendurchgänge für die passende Verformung auf die Last zwar recht lange, mit 25min, aber das Ergebnis erscheint mir sehr brauchbar.

Vielen Dank für eure Tipps!

------------------
Gruß Markus

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Hallo 123fly,
wie weit verformt sich die Feder denn gemäß Berechnung in axialer Richtung? Die 19,00 mm aus dem ersten Bild waren doch sicherlich, aufgrund der linearen FEM, nicht realistisch oder?

Beste Grüße

Matthias

------------------
Nihil Ex Nihilo

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Hallo Matthias,

die Berechnung mit nichtlinearer FEM hat eine viel größere Auslenkung der Feder in Z-Richtung bei gleicher Kraft zur Folge.
Beim linearen Ansatz und einer Kraft von 0,135 N wird die Feder um 0,5mm aus der Ruhelage ausgelenkt und hat große Zugspannungen in den Federstreben, was bei einer eigentlich real frei möglichen Drehung nicht der Fall sein sollte.
Gehe ich jedoch in die nichtlineare FEM mit derselben Kraft rein erhalte ich 2,90 mm Auslenkung- ganz einfach weil die Feder sich wegdrehen kann und damit praktisch erst viel später durch Biegekräfte im Federsteg der wirkenden Kraft eine genügend hohe Spannung entgegengesetzt wird.

Man sieht hier erstmal welch immense Fehler man mit dem linearen Ansatz hier machen würde. Auch die Nichtlinearität der Feder kann ich erst mit diesem nichtlinearen Ansatz sehen (klingt logisch, isses aber nicht sofort gewesen).

Grüße
Markus

------------------
Gruß Markus

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