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Hallo!
Ich bin auf der Suche nache einem Programm, mit dem man Segel von Booten berechnen kann.
Die planen Segelflächen kommen aus CATIA V5.
Die Segelfläche soll über Seile (Linien) am Mast fixiert werden.
Das Programm soll dann die Krümmung des Segels bei definiertem Wind berechnen.
Auf Basis dieser kalkulierten Flächen sollen dann die Kräfte berechnet werden, die auf den Mast wirken.

Ein schönes Extra wäre dann noch, wenn das Gewicht des Segels berücksichtigt wird. Ist aber nicht unbedingt nötig.

Habt ihr eine Idee, welches Programm dafür am geeignetsten wäre?
Viel drumherum brauchen wir nicht. Sollte möglichst einfach aufgebaut sein, damit auch Konstrukteure das Programm benutzen können.

Vielen Dank und schönes Wochenende,
Wolfgang

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Kann doch nicht sein, dass es ein solches Programm nicht gibt!
Könnt ihr mir dann Vorschläge machen, wie ich das Segel sonst am besten Berechnen kann?

Danke,
Wolfgang

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ANSYS wie bei allen anderen Problemstellungen ; )

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Gruesse,
Frank Exius
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Hallo,
das mit dem Segel ist kniffelig, weil die Verformung(Krümmung)die Statik stark und grundsätzlich beeinflusst und Segeltuch sehr unterschiedliche Steifigkeiten (Membran und Biegung) hat.
Das ist also grob nichtlinear und macht den Solver kyrre.
Besonders fies, wenn die Verformung die Stömung beeinflusst und die wiederum die Druckverteilung.
Ansys ist ein guter Tipp, kostet aber in der dazu nötigen Version  ca. 65000 Euro netto plus Wartung. Einarbeitung für die Konstrukteure wird auch ein wenig dauern.

Ich würde sagen: Für so was Leute wie IFE anheuern und fertig.

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Nur so zur Info, welche Ansys Version wäre da nötig?

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wenn hier nicht Flattern, sondern das voll 'aufgeblasene' Segel betrachtet werden soll; ANSYS MECHANICAL License

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Frank Exius
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und Ansys Mechanics kann auch die Luftkräfte berechnen?

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Prinzipiell sollte jeder (nichtlineare!) FE-Solver, der über Schalen- oder Membranelemente verfügt, dieses Problem lösen können. Viel schwieriger dürfte die Aufgabe, ein geeignetes Werkstoffgesetz und dafür passende Werkstoffparameter für das Segelmaterial zu finden.

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Zitat:

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Original erstellt von Wolfgang S.:
und Ansys Mechanics kann auch die Luftkräfte berechnen?

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Jeder vernünftige FE-Solver kann Dir die Reaktionskräfte einer durch äußere Kräfte belasteten Struktur berechnen. Die Windverhältnisse müssen natürlich für Deine Problemstellung bekannt sein, sprich: Du gibst auf Deine FE-Struktur eine Belastung in Form eines Drucks auf, der den Windverhältnissen in der Realität entspricht.

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Aber je nach Segelform und Windrichtung und -stärke wandert die Druckverteilung auf dem Segel.
Dies ruft eine neue Geometrie hervor, die wiederum neue Strömungseigenschaften hat und immer so weiter.
DAS muss ich berechnen. Und ich will nicht 20 mal die Geometrie einlesen, neue Drücke berechnen, Drücke auf die Geometrie legen, neue Geometrie berechnen usw.

Grüße,
Wolfgang

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Zitat:

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Original erstellt von Wolfgang S.:
Aber je nach Segelform und Windrichtung und -stärke wandert die Druckverteilung auf dem Segel.
Dies ruft eine neue Geometrie hervor, die wiederum neue Strömungseigenschaften hat und immer so weiter.

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Ein Druck erzeugt immer eine Kraft senkrecht zum auftretenden Flächensegment. Und das können die meisten nichtlinearen FE-Solver durch Aufgabe eines Drucks als äußerer Last oder einer Folgelast.

In Marc/Mentat beispielsweise ist das kein Problem. Neben der Eingabe eines konstanten Drucks kann man den Druck mittels Tables oder User Subroutines auch variabel und sogar abhängig von der verformten Geometrie der belasteten Struktur halten.

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[Updated, erweitert 18:00 Uhr]

wenn man den Fall voll 'aufgeblasenes' Segel betrachtet, kann Flaechenbelastung normal und tangential in ANSYS realisiert werden, als Funktion von Ort und Zeit. ANSYS enthaelt entsprechende Elemente um zeltbahnartige Steifigkeiten als FE-Model zu realisieren, Konvergenzverhalten ist dabei modellierungsabhaengig.

Die reale Last als Funktion von Ort und Zeit zu erhalten - fuer angedeuteten Fall voll 'aufgeblasenes' Segel waere diese aus stationaerer CFD Rechnung extrahierbar, oder auch aus analytischer Betrachtung mittels Paper&Bleistift.

Oder wenn denn erforderlich (abhaengig davon was im Spiel ist, produktabhaengig und damit Budgetfrage) - aus 'full blown' FSI Fluid-Structur-Interaction - CFD transienter Berechnung. Hier mit ANSYS/FLOTRAN plus Mechanical resp. Multiphysics License, oder ab naechster ANSYS Revision auch ANSYS/CFX plus Mechanical License, da dann auch hier, wie in FLOTRAN, 'native' sequentielle FSI Kopplung Mechanik-CFD angekuendigt ist.

Letztere Variante der Windlastermittlung inkl. Beanspruchungsanalyse laesst umfangreichen Anayseaufwand transpirieren.

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Gruesse,
Frank Exius
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Zitat:

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Original erstellt von ife:

Oder wenn denn erforderlich (abhaengig davon was im Spiel ist, produktabhaengig und damit Budgetfrage) - aus 'full blown' FSI Fluid-Structur-Interaction - CFD transienter Berechnung. Hier mit ANSYS/FLOTRAN plus Mechanical resp. Multiphysics License, oder ab naechster ANSYS Revision auch ANSYS/CFX plus Mechanical License, da dann auch hier, wie in FLOTRAN, 'native' sequentielle FSI Kopplung Mechanik-CFD angekuendigt ist.

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Wenn ich das jetzt richtig verstehe, ist dies der Weg den ich Suche.
Denn Segel werden nicht nur durch den Druck, den die frontale Luft auf das Segel ausübt, deformiert, sondern bedingt durch die Flügelform auch durch aerodynamische Effekte.

Bei dieser Komplexität der Analysen brauchen wir wahrscheinlich einen FEMler, der mit den Konstrukteuren zusammenarbeitet, um optimale Ergebnisse zu erreichen.

Vielen Dank soweit an euch!

Wolfgang

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scheint mir die korrekte Schlussfolgerung: Dienstleister der in Mechanik und in CFD/FSI geeignet fluessig ist, und ueber geeignete Software/Hardware verfuegt. Da, wenn das Ganze abgesehen vom Analyse-Know-How auch in der Aussage ausreichend detailiert sein soll, fuer die CFD Seite substantieller Rechenaufwand vorauszusehen ist.

Viel Erfolg!

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da die Analyse von Aeroelastizitaet-Problemstellungen, besonders mit dem angesprochenen Material/Steifigkeiten nicht ohne ist, wuerde ich sicherstellen, dass mit dem ggf gewaehlten CAE-Produkt CFD/Strukturmechanik solche Probleme geloest werden koennen.

Beispielsweise durch Loesen einiger klassischer Divergence/Flutterprobleme der Aeronautik. Wenn diese ok geloest werden, kann man an kompliziertere 3D Geometrien herangehen, mit dem entsprechend erhoehten Rechenaufwand.

Grundsaetzlich kann man allerdings wohl kaum, wenn dies das Ziel sein sollte, Effizienz der Manoevrierfahigkeit eines Seglers auf diesem Wege untersuchen. Belastungen unter selektierten Manoeversituation ja, aber durchgaengige Simulation Dynamik verschiedener Segel-, Takelage-Systeme unter der Vielzahl an Wind- plus Wendemanoeversituationen - das wird ein finanziell und vom Zeitaufwand her sehr substantielles Unterfangen, wenn anzugehen, dann ausschliesslich NACH erfolgreichen Dienstleistungsevaluierung basierend auf angedeuteten Testszenarien.

Soll keine Entmutigung sein, sondern ein Wort der Vorsicht, Zeit ist Geld. Budget ist im kommerziellen Bereich ueblicherweise proportional zum Nutzwert zu dimensionieren.

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da Sie auch der Autor der Beitraege Huepfburg & Modellflugzeugflügel sind, extrapoliere ich (korrekt oder auch weniger, lassen Sie's mich wissen*) das das Segel vielleicht ein innen aufgeblasenes, Typ 'Luftmatrazze' sein koennte. In dem Fall tritt ggf, bei ausreichendem Innendruck, Aspekt Flattern und Instabilitaeten (Faltung u.ae.) vielleicht* in den Hintergrund, was die Sache schon etwas uebersichtlicher macht.

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Zitat:

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Original erstellt von ife:
das Segel vielleicht ein innen aufgeblasenes, Typ 'Luftmatrazze' sein koennte.

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Nein, leider nicht.
Die Frage nach dem Modellflugzeugflügel war aus privatem Interesse und den Job mit der Hüpfburg musste ich aus firmeninternen Gründen leider wieder abgeben...

Grüße,
Wolfgang

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wenn Sie Details zur Machkarkeit, Aufwand, extrahierbare Ergebnisse und Nutzwert gemeinsam abwaegen moechten, vor Investitionen - schicken Sie mir bitte eine eMail unter admin@ife-ansys.de.

Ich kontaktiere Sie oder anderen, weiteren Ansprechpartner dann unter angegebener Telefonnummer, naechste Woche, unverbindlich ohne Marketing, soweit moeglich ; )

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