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bild_1.jpg

Hallo miteinander,

Im Verlauf von Untersuchungen zu Welle-Nabe-Pressverbänden (3D-Viertelmodell) im independent MECHANICA bin ich auf große Unterschiede bei 2 verschiedenen Vorgehensweisen gestoßen:

1. Vorgehensweise: 2 Teile (Welle und Nabe) sind axial auseinander gezogen (keine Durchdringungen). Als Lastfall wird eine vorgegebene axiale Verschiebung aufgebracht, so dass es zu einem Presssitz kommt.

2. Vorgehensweise (von PTC empfohlen): 2 Teile sind auseinander gezogen und werden vernetzt. Anschließend werden die Teile wieder aufeinander geschoben, so dass es zu Durchdringungen kommt. Danach erst wird die Rechnung gestartet. Für die Rechnung wird nur noch ein Dummy-Lastfall definiert.

Meiner Meinung nach müssten beide Vorgehensweisen für den reibungslosen elastischen Fall (wie er in MECHANICA ja vorliegt) zum gleichen Ergebnis führen. Tun sie aber nicht. Das Bild im Anhang zeigt die Kontaktdruckverteilungen auf der Nabe (bzw. Hülse).

Jetzt meine Fragen dazu: Wie geht MECHANICA bei der Berechnung von Kontaktpaaren vor? Gibt es eine Range für die Berücksichtigung von Master-Slave-Elementpaaren, oder wird automatisch jeder Knoten der Slave-Fläche gegen jedes Element der Master-Fläche geprüft? Können Kontaktbeziehungen durch relativ große tangentiale Relativverschiebungen von Slave- zu Master-Fläche gar verloren gehen???

Schöne Grüße,
Matthias

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Hallo Matthias,

noch kannst Du schlecht vergleichen, da beide Analysen nichts Brauchbares liefern. Versuche zunächst, das Netz zu verfeinern, bis die Flächenpressung ordentlich gerechnet wird. Ansonsten ist es eine sehr interessante Frage. Nach meinen bisherigen Erfahrungen und Informationen dürfen keine "zu großen" Relativverschiebungen zwischen den Teilen stattfinden, sofern der Kontaktdruck von Bedeutung für die Auswertung ist.

Gruss Paul

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bild_durchdringung.jpg bild_phasenkontakt.jpg

Hallo Paul,

danke für den Tipp. Werd ich heute im Laufe des Tages noch ausprobieren.

Eine Sache ist mir selbst noch aufgefallen: ich hatte keinen Kontakt an der Phase der Hülse. Bei der Vorgehensweise mit der vorgegebenen Verschiebung kommt es (wahrscheinlich) dadurch zu Durchdringungen (Bild Durchdringung).
Also hab ich noch einen Kontaktbereich an der Phase eingefügt. Und was passiert jetzt? Die Hülse geht extrem weit auf (Bild Phasenkontakt). Ich finde das alles sehr dubios. Vielleicht sollte ich doch lieber wieder alle Kontaktprobleme in ABAQUS rechnen. :-)

Grüße,
Matthias

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Hallo Matthias,

ich denke, Du wirst hier mit erzwungener Verschiebung keinen Erfolg haben. MECHANICA kann wohl so etwas nicht wirklich verarbeiten. Allerdings habe ich die erzwungene Verschiebung schon benutzt, damals war das ein kegeliger Kontakt und die relative Verschiebung ganz gering. In deiner Aufgabenstellung (wenn tatsächlich der Montagevorgang gefragt) ist die relative Verschiebung gross, dabei ist vermutlich auch die Reibung wichtig, sodass MECHANICA damit ohnehin nicht klar kommt.

Gruss Paul

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bild_feinvernetzung.jpg bild_kontakt3a.jpg bild_kontakt3b.jpg

Hallo Paul,

mir ist klar, dass MECHANICA das falsche Programm für Probleme ist, bei denen die Reibung eine Rolle spielt. Mir geht es dabei eher um prinizipielle Untersuchungen was MECHANICA in Puncto Kontakt kann.
Bisher bin ich ja immer davon ausgegangen, dass thermisches Einschrumpfen das gleiche ist wie mechanisches Einpressen ohne Reibung. Oder irre ich da etwa?

Zu meinen weiteren Tests:
- Ein feineres Netz führt zwar zu einer homogeneren Kontaktdruckverteilung, aber dennoch zur gleichen unsinnigen Verformung (Bild Feinvernetzung)
- Die Aufteilung der Analyse in mehrere Lastschritte bringt die gleichen Ergebnisse
- Ein weiterer Kontakt an der Phase des Körpers (der Welle) zeigt andere unsinnige Verformungen (Bilder Kontakt3a und Kontakt3b).

Wenn ich jetzt also wieder zu meiner ursprünglichen Fragestellung "was kann MECHANICA in Puncto Kontakt" zurückkehre, wäre dann wohl die Antwort: "Nicht viel. Finger weg!"
Vielleicht ein bißchen überspitzt ausgedrückt..... :-)

Schöne Grüße,
Matthias

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Hallo Matthias,

sicherlich ist MECHANICA bei Kontaktanalysen sehr eingeschränkt, keine Reibung, keine großen Relativverschiebungen usw. Bei einigen Problemstellungen aber ganz gut einsetzbar, z. B. http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum67/HTML/000934.shtml  (s. Dateien am Ende).
Dort hatte ich nur 1% Unterschied zu der "von Hand" gerechneter Hertzschen Pressung. Manchmal braucht man Kontaktdefinitionen auch als Ersatz für Randbedingungen, dann interessieren keine Kontaktdrücke oder so.

Außerdem hatte ich ganz gute Übereinstimmung zwischen thermischer Vorspannung und Kraftvorspannung bzgl. Kontaktanalysen: http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum67/HTML/000830.shtml  (s. Dateien am Ende).

Viel Erfolg bei Deinen Analysen
Gruss Paul

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Klar kann MECHANICA manche Kontaktprobleme lösen, ich habe mich nur etwas übertrieben ausgedrückt.

Aber große Relativverschiebungen kann es scheinbar nicht. Ich würde eben nur noch gerne verstehen warum! 

Mahlzeit

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Hi,

also ich hab bis jetzt für einige Probleme recht gute Erfahrungen gemacht, z.B. für eine Klauenkupplung mit ganz kleinen relativ Verschiebung. Aber z. B. bei Verschraubungen, wenn Klaffungen oder Abheben zwischen den Bauteilen auftreten kann, sind die Rechenzeiten gigantisch. Da ist Marc um Längen schneller und zuverlässiger. Für reine Pressungs Probleme scheint es dagegen sehr gut geeignet zu sein.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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Hallo Christian,

also für reine Pressverbindungen habe ich auch schon gute Ergebnisse erzielt. Nicht dass hier noch der Eindruck entsteht ich möchte PTC schlecht reden. 
.....Allerdings auch schon bescheidene (verschmolzene Knoten von Welle und Nabe).
Wie auch immer, ich würde gerne verstehen wie der MECHANICA-Kontaktalgorithmus funktioniert, um mir erklären zu können, warum derartig falsche Ergebnisse bei großen Relativverschiebungen auftreten.

Viele Grüße,
Matthias

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Hallo Matthias,

soweit ich weiss, setzt Mechanica auf automatisch generierte Gap-Elemente, d.h. Stabförmige Elemente die  bei Druck eine Steifigkeit haben, die bei der Iteration angepasst wird um die Konvergenz zu erreichen und  die sich bei Zugbeanspruchung öffne. Marc hingegen überprüft, ob einzelne Knoten eine Kontaktkörpers den anderen durchdringen. Dabei werden entweder die einzelnen Elementflächen als sogenannte Patches betrachtet ( nennt sich Diskreter Kontakt) und als Ebenen beschrieben. Dort wird dann auch die Durchdringung überprüft. Als Alternative kann man auch den Körper mittels sogenannter Coons-Interoplationsflächen beschreiben, dann wird die Oberfläche des Kontaktkörpers mit einert stetig differenzierbaren Interpolationsfläche überzogen. Ungekrümmte Kanten muss man dann als Unstetigkeitsstellen angeben. So kann man z.B. Rund zu Rund Kontakt besser beschreiben. Durch die Definition des Kontaktkriteriums über Flächen kann man hier auch grosse Relativbewegungen abbilden, was bei dem Ansatz mit Gaps nur sehr eingeschränt, wenn überhaupt möglich ist.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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Hallo Christian,

jetzt wäre nur noch interessant wo die Gap-Elemente eingesetzt werden (und ob sie eventuell Gewichtungsfaktoren bekommen, z.B. in Abhängigkeit der Größe der zugehörigen Elemente). Logischerweise ja eigentlich zwischen 2 Knoten, was bei MECHANICA-Netzen allerdings etwas dürftig ausfallen könnte, andererseits aber auch die oft sehr inhomogenen Kontaktdruckverteilungen gut erklären würde.
Aber das ist eine gute Erklärung für die Probleme bei großen Relativverschiebungen. Danke!

Bei ABAQUS ist es übrigens so, dass die Knoten der Slave-Flächen auf Kontakt gegenüber den Elementen der Master-Flächen geprüft werden. Und rund um diese Vorgehensweise gibt es dann jede Menge Kontaktarten. Also ähnlich wie bei Marc....

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Hallo,

nur zur Info noch die Rückmeldung von PTC: Es liegt doch nicht an den Gap-Elementen, sondern daran, dass das Lastengleichgewicht nur zu Beginn der Rechnung aufgestellt wird. Bei größeren Verschiebungen führt das also zwangsläufig zu falschen Ergebnissen. Und das lässt sich auch nicht umgehen indem man die Last über mehrere Inkremente verteilt aufbringt.

Schöne Grüße,
Matthias

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