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Hallo zusammen!

bei einer Welle mit Passfeder kam es zu Brüchen in der Passfedernut der Welle. Ich wollte das Ganze mit ProMechanica überschlagsmäßig simulieren. Nadchdem es sich um 3D-Kontakt handelt und vor allem auch die Spannungen bei den Kontaktflächen interessieren, wollte ich soviel wie möglich Hexaeder einsetzen. In der Vergangenheit hat sich bei mir gezeigt, dass Tetraeder die Ergebnisse sehr verfälschen können.

Bei der Passfeder und bei einer etwas vereinfachten Nabe hatte ich keine Probleme. Bei der Welle ist es mit meinem Kenntnisstand aber ein Ding der Unmöglichkeit, im Bereich der Kontakte, d.h. rund um die Passfedernut, Hexaeder einzusetzen. Weiß jemand eine Methode, in so einem Bereich ein 3D-Modell mit Hexaedern zu vernetzen?

Andere Programme, wie z.b. Marc bieten die Möglichkeit, über glued contact einen zweiten Körper einfach einzusetzen und mit dem Grundkörper zu verkleben. In diesen Randbereichen sind die Spannungen logischerweise auch nicht ganz sauber, aber sofern diese Bereiche weit genug von den interessierenden Stellen weg sind, ist das auch nicht von Bedeutung.... Und dann mal abgesehen von weiteren Möglichkeiten, die gesamte Welle mit Heaxaedern zu vernetzen.

ProMechanica konnte auch über die Tetraeder die kritischen Stellen "identifizieren" und es war mir möglich, qualitative Aussagen zu treffen und verschiedene Varianten zu vergleichen. Nur wenn man solche Ergebnisse einem Kunden zeigt, dann zählt das überhaupt nicht mehr. Die klammern sich meistens an den unsinnig hohen Absolutwerten fest und zweifeln auch alles andere entsprechend an. Und bei ProMechanica muss man (leider) ohnehin immer noch die Kunden davon überzeugen, dass man damit gute Ergebnisse erzielen kann (das ist zumindest meine Erfahrung bei Kunden mit FEM-Erfahrung).

Übrigens... beim Anwendertreffen wurden ein paar interessante Beispiel gezeigt. Nur leider nichts, was in Richtung 3D Kontakt geht. Ich glaube nicht ganz ohne Absicht, weil das - zumindest aus meiner Erfahrung - die große Schwäche von ProMechanica ist. Vor allem weil man eben wenig Einfluss auf die Vernetzung nehmen kann.
In meinem Fall komme ich meistens um dieses Thema des 3D-Konakts nicht drum herum. Vielleicht könnt' ihr mir ja auch mal Eure Erfahrungen schildern.

Vielen Dank für Eure Hilfe!
Günther

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Hallo Günther,

3D-Kontakt ist auch in MECHANICA gut modellierbar (Tetraeder-Modelle), aber sehr aufwändig, 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.

Das "Überzeugen" von MECHANICA kann mit Vergleichsbeispielen erfolgen (hat Dr. Reul auch gezeigt).

Gruss Paul

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Bei aufwändigen Kontaktrechnungen (sprich aufwändiger Modellvorbereitung) nehm ich i.d.R. lieber ABAQUS. Da hab ich dann meine Reibung und/oder Plastizität mit im Modell und brauch fürs Preprocessing auch nur unwesentlich länger als in MECHANICA.
Bei sauber aufgebauten Kontaktrechnungen, in denen die Reibung eine untergeordnete Rolle spielt, habe ich allerdings mit den Tets in MECHANICA nahezu identische Ergebnisse wie mit Hex in ABAQUS erhalten.
Mein Tipp dazu: erzeuge Dir einen sehr kleinen Volumenbereich um Deinen Kontaktbereich, geh in den unabhängigen Modus von MECHANICA (wenn Du noch nicht die WF4 hast) und arbeite mit der Umgebungsvariablen AV_MAX_EDGE_LEN, die auch im Anwendertreffen vorgestellt wurde. So kannst Du den Kontaktbereich sehr fein vernetzen und den Rest der Baugruppe sehr grob. Funktioniert wunderbar. Blöd ist nur: Du musst jedesmal MECHANICA schließen, damit eine Änderung von AV_MAX_EDGE_LEN auch wirksam wird.......

Schöne Grüße aus Stuttgart,
Matthias

[Diese Nachricht wurde von Maccias am 20. Nov. 2007 editiert.]

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Ring.jpg Passfeder.jpg Welle.jpg

Hallo Paul,

die Ergebnisse waren qualitativ gesehen auch gar nicht schlecht. Die kritischen Stellen konnten eindeutig identifiziert werden.

Im Gegensatz zu einem Entwicklungspartner, der das Ganze mit Ansys gerechnet hatte, konnte ich sogar die Spannungen an der Basis der Passfedernut nachweisen. Das ist aber auch die große Stärke von ProMechanica: Radien.

Nur wenn da dann Spannungen auftreten, die in der Größenordnung 4x so groß sind wie bei Ansys, werde ich stutzig. Außerdem lagen die Spannungen über der Festigkeit des Werkstoffs. Beim Fehler hat es sich allerdings um ein Fatigueproblem gehandelt, wo der Bruch erst nach einiger Zeit aufgetreten ist.

Bei der Passfeder und dem Rotor konnte ich über Extrudieren ganz einfach Hexaeder erzeugen. Dementsprechend gut und plausibel waren auch die Ergebnisse bei diesen Teilen. Aufgrund von Problemen bei früheren Modellen und aufgrund der irrsinnigen Rechenzeit wegen der oftmals fehlenden oder schleichenden Konvergenz bei Tetraedern versuche ich diesen Elementtyp bei Kontakten tunlichst zu vermeiden. Deshalb wollte ich auch mal wissen,ob hier jemand Methoden oder Spezialtricks kennt, die hier weiterhelfen könnten.

Ich verstehe nicht ganz, warum bei ProMechanica im Hinblick auf verbesserte Vernetzung (vor allem mit Hexaedern) nicht mehr gemacht wird. ProMechanica hat wie wir alle wissen einige Vorteile und mir wäre mit verbesserter Vernetzung oft schon viel geholfen.

Gruß
Günther

PS: Auch die Beispiele von Dr. Reul konzentrieren sich meistens auf Modelle ohne jeglichen Konakt. Und da weiß ich über die Vorteile von Mechanica.

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Hallo,

ich würde bei dem Nachweis der Paßfeder auf jeden Fall auch nochmal einen Nachweis nach DIN machen. Bei der Kontaktrechnung können absurd hohe Spannungen in den Kontaktflächen auftreten, die nichts mit dem Versagen zu tun haben.

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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nabensitz.zip

Hallo Günther,

wir arbeiten selten im unabhängigen Modus, haben also kaum gemischte "Hand"-AutoGEM-Vernetzung. Im integrierten MECHANICA funktionieren Tetraeder ganz gut, wenn die Kontaktschicht (mittels Volumenbereichen erstellt) eine feine Vernetzung aufweist. Meistens wird die Spitzwinkligkeit der Elemente herausgenommen. Analog dazu verfahren wir bei 2D-Idealisierungen (ein Beispiel anbei): keine spitzwinkligen Elemente, feines Netz im Kontaktbereich, dabei werden oft die Vierecke ausgeschaltet, bis Mechanica "zufrieden" ist.

Vielleicht kannst Du Dein Modell ins Forum stellen?

Gruss Paul

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Hallo an alle,

danke für Eure Hilfe!

Nach DIN hätte ein Nachweis hier keinen Sinn gemacht, weil wie man über die FE sehen konnte auch dieser erhöhte Durchmesser über der Passfedernut einen Einfluss auf das Ergebnis hat. Außerdem war ein Nachweis der Spannungen am Fuß der Nut notwendig. Dem Kippen der PAssfeder bei max. Spiel wird auch nicht wirklich Rechnung getragen.

Die max. Spannungen oder besser gesagt die max. pos. Hauptspannungen, die schließlich zum Versagen des Bauteils geführt hatten, liegen auch nicht direkt im Kontaktbereich. Im Kontaktbereich sind klarerweise die Von Mises-Spannungen sehr hoch, wohl auch aufgrund von Kantendrücken. All das konnte man eigentlich über die FEA sehr gut sehen. Nur eben die Höhe der Spannungen hat den Kunden dann gestört.

Ich werde bei Gelegenheit Eure Vorschläge in das Modell einbauen und nochmal alles durchrechnen. Wenn es sich ausgeht, werde ich das ganze auch mal in Marc simulieren, weil ehrlich gesagt, weiß ich auch nicht ganz genau, welche Randebdingungen der Entwicklungspartner damals im Ansys verwendet hatte.

Die Lagerung der Welle werde ich mir auch nochmal vornehmen. Um Zeit bei der Modellierung zu sparen, habe ich es so einfach wie möglich gemacht. Im Nachinhein veilleicht ein Fehler, weil aufgrund von Singularitäten dort, könnte die schlechte Konvergenz auch dort aufgetreten sein... Muss ich nochmal überprüfen.

Danach werde ich das Modell auch ins Forum stellen...

Danke und schöne Grüße
Günther

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Hallo an alle,

danke für Eure Hilfe!

Nach DIN hätte ein Nachweis hier keinen Sinn gemacht, weil wie man über die FE sehen konnte auch dieser erhöhte Durchmesser über der Passfedernut einen Einfluss auf das Ergebnis hat. Außerdem war ein Nachweis der Spannungen am Fuß der Nut notwendig. Dem Kippen der PAssfeder bei max. Spiel wird auch nicht wirklich Rechnung getragen.

Die max. Spannungen oder besser gesagt die max. pos. Hauptspannungen, die schließlich zum Versagen des Bauteils geführt hatten, liegen auch nicht direkt im Kontaktbereich. Im Kontaktbereich sind klarerweise die Von Mises-Spannungen sehr hoch, wohl auch aufgrund von Kantendrücken. All das konnte man eigentlich über die FEA sehr gut sehen. Nur eben die Höhe der Spannungen hat den Kunden dann gestört.

Ich werde bei Gelegenheit Eure Vorschläge in das Modell einbauen und nochmal alles durchrechnen. Wenn es sich ausgeht, werde ich das ganze auch mal in Marc simulieren, weil ehrlich gesagt, weiß ich auch nicht ganz genau, welche Randebdingungen der Entwicklungspartner damals im Ansys verwendet hatte.

Die Lagerung der Welle werde ich mir auch nochmal vornehmen. Um Zeit bei der Modellierung zu sparen, habe ich es so einfach wie möglich gemacht. Im Nachinhein veilleicht ein Fehler, weil aufgrund von Singularitäten dort, könnte die schlechte Konvergenz auch dort aufgetreten sein... Muss ich nochmal überprüfen.

Danach werde ich das Modell auch ins Forum stellen...

Danke und schöne Grüße
Günther

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