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Gesamtstruktur.JPG Aufgeschnitten.JPG

Hallo,

Ich möchte in nächster Zeit eine ziemlich komplexe Aufgabenstellung wenn möglich mit Pro/M unter Pro/E Wildfire 2.0 berechnen. Dazu wäre ich sehr interessiert an der Meinung von erfahrenen Berechnern zu (m)einer Strategie.
Zur Aufgabe (s. dazu auch Anhang):
Zu berechnen ist ein Gehäuse aufgebaut aus Stahlprofilen. Dieses kann in vereinfachten Grundzügen als Schalenmodell aufgebaut werden. Aufgrund der Abmaße (8000mm x 2000mm x 2000 mm) bei kleinen Wandstärken (3-5mm) empfiehlt sich eine Modellierung mit Schalen.
Nun kann aus dem Ergebnis eines Rechenlaufes des Gesamtmodelles gesehen werden, dass die größten Spannungen je nach Lastfall an  Ecken der Struktur auftauchen.
Diese höchstbelasteten Ecken möchte ich nun einer detaillierten Untersuchung unterziehen. Die Ecken sind in der Realität nicht durch aneinandergeschweißte Profile realisiert. Aufgrund der großen Abmaße der Gesamtstruktur möchte und kann ich jedoch diese nicht im Detail mitberechnen, da der Rechenaufwand bei deteilgetreuer Ausführung des Modells wohl nicht handle-bar ist.
Mein Plan ist es daher, eine hochbelastete Ecke separat im Detail zu modellieren (als Schalen, evtl als Solids je nach CAD Modell) und die aus der Gesamtstruktur ermittelten Belastungen dann aufzubringen
Nun die Fragen:
- Welche Vorgehensweise empfiehlt sich dafür?
Eine erste Art war, die Verformungen und Rotationen an den antsprechenden aufgeschnittenen Stellen als Einspannung aufzugeben. Dieses ist bei mehrdimensionaler Verformung jedoch alles andere als einfach zu realisieren, und führt bereits bei einfachen Modellversuchen zu rel. hohen Abweichungen (Ergebnisse können bei Bedarf eingestellt werden)
Ein weiterer Plan wäre mit den Schnittkräften und Momenten an den Schnittstellen zu arbeiten. Leider habe ich noch nicht herausgefunden, wie und ob man sich diese in Pro/M anzeigen lassen kann (zumindest im integrated mode). Wäre das möglich? Und wie würde man dann die Einspannung vornehmen, da ja eigentlich an allen 3 Schnittstellen Kräfte und Momente aufgebracht werden müssten.
- Gibt es eine Funktion, die das Aufbringen der Lasten oder Verformungen/Verdrehungen, die ich in einer Gesamtstrukturberechnung ermittle auf eine neues Modell exakt zu übertragen?
- Finden sie diese Strategie generell sinnvoll oder existieren andere Ideen, das Problem anzugehen?

Für Lösungsansätze wäre ich sehr dankbar.

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Gruß

Andi

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Hallo Andi,

Deinen Rahmen würde ich als reines Schalenmodell aufbauen, und die Spannungen in den Singulären Punkten verachlässigen soweit die sigulären Stellen nicht zu gross werden. Da ist etwas Erfahrung bei der Beurteilung notwendig. Eine Modellierung mit Volumenelementen bringt bei Schweißkonstruktionen immer Schwierigkeiten in der Bewertung der Spannungen, da das gängige Regelwerk ( z.B. DIN 15018) immer von Nennspannungen ausgeht. Mit Volumenelementen rechnest Du aber lokale Kerbspannungen aus. Es gibt auch ein Verfahren von Radaj, in dem von einem 1 mm Radius am Schweißnahtende ausgegangen wird, aber das ist nicht an ein Rgelewrk gebunden, zumindestens ist mir keines bekannt.

Wenn Du mit Schnittlasten arbeiten willst, ist die einfachste Methode den Rahmen als Balkenmodell zu idealisieren und an den Schnittstellen für Dein Detailmodell die entsprechenden Schnittlasten auszuwerten und dann als Last auf Dein Detailmodell zu übertragen. Soweit ich weiss, kann man sich die Schnittlasten in Schalen oder Volumenmodellen nicht ausgeben lassen.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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Hallo Herr Imiela,

zwei Fragen zu den Schnittlasten.
Wenn ich meine Struktur aufschneide, und die Lasten an ALLEN Schnittstellen aufbringe, habe ich keine Stelle mehr, um meine Struktur zu lagern. Sehe ich das richtig, dass ich eine Schnittstelle dann einfach als feste Einspannung ausführe, da sich die dort ergebenden Reaktionskräfte ja automatisch im Kräftegleichgewicht so wie die ursprünglichen Kräfte einstellen müssen? (Technische Mechanik ist lange her... )
Zu Ihrem Hinweis, meine Gesamtstruktur als Balkenmodell aufzubauen: Ich denke, dass ich doch einige für die Struktur bedeutende Stellen nicht als Balken erfassen kann (Sandwichblech, flächige Spanten) da sie von der Geometrie nicht der Balkentheorie entsprechen würden oder komplexe Form haben.
Als Alternative würde mir daher einfallen, die Spannungen an den Schnittstellen zu ermitteln und als Flächenlast auf das Detailmodell zu übertragen? Und dazu nochmal die Frage, gibt es eine Möglichkeit dies exakt und automatisch zu machen? Bei mehrachsigen Spannungszuständen kann ja die Spannung über den Profilquerschnitt beliebig variieren, und daher nur sehr schwer auf ein neues Modell übertragbar sein.

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Gruß

Andi

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Hallo Andi,

die Übertragung der Schnittspannungszustände auf ein Detailmodell ist wohl so einfach in Pro/Mechanica nicht zu realisieren. Das Balkenmodell sollte hauptsächlich die gleichen Steifigkeiten haben wie das richtige Modell, da Dein Modell ja innerlich und vielleicht auch äußerlich statisch unbestimmt ist. Dann solltest Du die Schnittlasten relativ genau bestimmen können. Die Lasten kannst Du dann als Tlap (Total Load at point, Geamtlast auf Punkt) im Flächenschwerpunkt des Querschnittes anbringen. Als Lasten würde ich alle Schnittlasten und Reaktionslasten aufbringen und das Modell statisch bestimmt in weichen Federn lagern. Der Fehler sollte gering sein, da sich ja Schnitt- und Reaktionslasten aufheben sollten. Das kannst Du über Überprüfung der Gesamalast feststellen.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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Hallo Christian,

bin in der Zwischenzeit deutlich weiter in dieses Thema eingestiegen. Dabei bin ich Deiner Empfehlung gefolgt, als Gesamtmodell ein Balkenmodell aufzubauen, und die resultierenden Kräfte und Momente auf ein z.B. Solidmodell auf die entsprechenden Flächenschwerpunkte der Schnittflächen zu übertragen
Zwei Fragen hätte ich noch an Dich für ein Schnittmodell, dass selbst über keine feste Einsapnnung mehr verfügt:

1. Gibt es einen Grund, das geschnittene Modell in weichen Federn zu lagern, und nicht einfach ein beliebiges Ende fest einzuspannen? Die sich dort ergebenden Reaktionslasten müssten doch den Schnittlasten an der Stelle entsprechen (Gleichgewicht) und ich würde den Fehler, welcher durch die Federn entsteht vermeiden. Die Originalverformungen habe ich eh bereits im Schnittmodell verloren.

2. Siehst du in Pro/M eine Möglichkeit, einer FLÄCHE egal ob in Schalen oder Volumenmodell eine Rotation um eine vorgegebene Achse um einen vorgegebenen Winkel aufzuprägen? So dass sich Pro/M daraus dann selbst den zugehörigen Verschiebungszustand z.B. der Solidknoten des Netzes errechnet?

Hoffe die Fragen sind soweit verständlich formuliert.

Danke schon mal.

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Gruß

Andi

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Hallo Andi,

natürlich möchte ich Christian nicht vorgreifen, da ich aber gerade über Deinen Beitrag gestolpert bin, hier meine 2 Tipps.

1. Klar kannst Du auch Flächen oder Punkte fest einspannen anstelle Federn zu verwenden. Du solltest eben darauf achten, dass Du das in einiger Entfernung zu den "interessanten" Stellen machst. Eine weitere beliebte Möglichkeit ist die sogenannte 3-Punkt-Lagerung.... Und nicht vergessen: immer schön die Reaktionskräfte überprüfen! 

2. Du kannst eine Fläche schon um eine Achse rotieren lassen. Ich mache das immer mit einer "Rigid Connection" (Fläche + Referenzpunkt) und lasse dann den Referenzpunkt rotieren (Referenzpunkt muss natürlich auf der Rotationsachse liegen). Was dabei zu beachten ist: die rigid connection und damit auch die Fläche ist starr, in diesem Bereich wird Dein Modell also zu steif.

Schöne Grüße,
Matthias

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Zitat:

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Original erstellt von Maccias:
Was dabei zu beachten ist: die rigid connection und damit auch die Fläche ist starr, in diesem Bereich wird Dein Modell also zu steif.

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dieses "dilemma" läßt sich aber eingrenzen, indem ein beliebig kleiner flächenbereich definiert wird und der (rotations)punkt auf diesen referenziert wird...

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iS engineering

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Hallo Forum,

sehr interessante Beiträge.

Jedoch beim fest Einspannen einer Fläche bin ich inzwischen zu dem Schluss gekommen, die Finger davon zu lassen, wenn im Gesamtmodell dort keine Einspannung existiert. Der Grund ist die Wölbbehinderung der Fläche dort. Solang die Fläche eben bliebewäre das kein Problem. Die ansonsten dabei induzierten Wölbspannungen sind leider keine "lokalen" Fehler, die sich nach dem St. Venantschen Prinzip (wenn ich mich da jetzt nicht irre...) abbauen und können durchaus gross werden.
Das gleiche Problem würde demnach auch bei einer Rigid-Connection auf die (Gesamt-)Fläche auftreten.
Die Gesamtfläche in kleine Teilflächen aufzuspalten, die mit Rigids angeschlossen werden hört sich interessant an, insbesondere wenn man diese Flächen beliebig klein macht (Oder vielleicht sogar wieder nur Punkte auf der Fläche definiert?). Werde das mal probieren, und schauen, wie sich Pro/M dabei verhält. Bin mir noch nicht sicher, wie gut ich das umsetzen kann.

Danke schon mal für die guten Ideen.

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Gruß

Andi

[Diese Nachricht wurde von F.Ruth am 25. Aug. 2006 editiert.]

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Hallo nochmal,

hab mir nochmal Gedanken (und einfache Modellversuche) über die Vorschläge von euch gemacht.
Die Kombination von Rigid-Connection zw. einem Referenzpunkt und kleinen Teilflächen (nicht Punkte wg. Singularitäten) klingt vielversprechend. Jedoch zeigen die Versuche, dass dort erhebliche Fehler auftreten, solange man diese Teilflächen nicht sehr groß gestaltet. Damit wäre der Vorteil der Teilflächen auch wieder dahin.

Jedoch dass Problem, dass ich die Teilflächen oder die gesamte verdrehte Fläche in ihrer Bewegungsfreiheit einschränke, die mir bei Torsionsbelastung des Querschnittes eigentlich beliebige Verwölbungen vollführen könnte, bleibt bestehen. Ich stell mir da einen (nicht gerade runden) Träger vor der tordiert wird. Wenn ich da z.B die Eckflächen des Querschnitts einspanne, wäre das nicht so optimal.

Was sagt ihr zu diesem Thema? Ist dann die Methode, in einem mehrdimensional (belasteten) Submodell die Verschiebungen und Rotationen auf die Schnittflächen aufzubringen eher zu verwerfen?

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Gruß

Andi

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Tja, dann müsstest Du die Torsion auf einen Querschnitt aufbringen, der sich nicht verwölbt. *g*
Oder Du könntest es z.B. mit "Total Load at Point versuchen". Dann allerdings mit einem Moment und keiner Verschiebung.
In Nastran (RBE3) oder ABAQUS (kinematic coupling) gäbe es noch die Möglichkeit von "verformbaren starren Verbindungen"......

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