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Hallo liebes Forum,

ich hoffe ich bin mit meiner Frage hier richtig.
Derzeit untersuche ich im Studium Sandwichbauteile. Hierbei will ich den Kern nicht nur aus einem Element erstellen, sondern gerne mit 3 oder mehr Elemten über die Dicke. Was ich nicht ganz verstehe ist, warum dich die Spannungen und Dehnungen bei einer feineren Elementierung erhöhen. Kann es sein das Patran/Nastran einen Mittelwert bildet? Ab wann kann ich sagen das ein weiteres verfeinern vom Netz ausreicht?

Vielen Dank schon mal für eure Hilfe

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Hallo,

es ist normal, dass die Spannungen mit feinerer Elementierung steigen.

Theoretisch nähern sie mit jeder Netzverfeinerung der Eigentlichen Spannung an. Das liegt an der Theorie der finiten-Element-Methode mit dem H-Elementtyp.

Kurz gesagt mit feinerer Vernetzung näherst Du Dein Rechenergebnis den tatsächlich entstehenden Spannungen an.

Ab wann ein Elementnetz ausreichend fein Elementiert ist und in welchen Teilen das Netz feiner sein muss (z.B. Verrundungen, Lasteinleitungsstellen, Kontaktstelle,...) kann man pauschal auch nicht sagen, da dies von vielen Faktoren abhängt. Wenn es z.B. eine Punktlast gibt, kann es sein, du kannst das Netz unendlich klein machen kannst und trotsdem immer noch nicht auf ein Ergebnis kommst. Grund ist eine "Spannungssingularität". Andererseits machst du das Netz zu grob, findest du die Stellen an denen die größten Spannungen auftreten erst gar nicht.

Also Empfehlung. An Stellen an denen Spannungsmaxima auftreten könnten, das Elementnetz im Vorfeld feiner gestalten. Ein paar habe ich bereit weiter oben aufgezählt.

Weiterer wichtiger Punkt ist das aussehen des Elementnetzes. Vor allem bei der Berechnung mit H-Elementen. Wenn die Elemente wie ein auf einem Unkrautfeld verteilt sind, mal groß mal klein, erhälst du kein gutes Ergebnis. Ein Beitrag zu gute Vernetzung ist nachfolgend zu finden.
http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum101/HTML/005787.shtml

Nächster Punkt der verwendete Elementtyp. Tetraeder, Keilelemente, Quader, ... oder mit Zwischenpunkt, ohne Zwischenpunkte. Bei Ansys weiß ich 100% das Du da die Qual der Wahl hast. Die Wahl des richtigen Elementtyps trägt ebenfalls einen Teil zum Ergebnis bei.

Ein Teil kann man nur über Erfahrung, im Umgang mit dem Programm, rausfinden, sage ich mal. Einen anderen Teil gibt es in der Hilfe des Programms und in Literatur zum Programm.

Wenn Du Dir nicht sicher bist gibt Dir sicherlich jemand im entsprechenden Forum Auskunft.

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Grüße

Micha

Edit: Rechtschreibfehler erhöhen die Aufmerksamkeit des Lesers

[Diese Nachricht wurde von Micha K. am 01. Sep. 2011 editiert.]

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Hallo Micha,

großartig, vielen Dank... Ich denke nun habe ich es endlich verstanden.

Ich habe gestern Abend noch auf diversen Seiten den Hinweis gefunden das man bei der Elementierung zusehen Solid Elemente qubisch aufzubauen, da dieses wohl die besseren Ergebnisse liefert Daher werde ich mich gleich mal daran setzen und meinen Sandwichkern mal neu modelieren.

Herzlichen Dank
Katja

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Hallo katja,

warum willst Du überhaupt ein Sandwich aus mehreren Elementschichten aufbauen?
Die Wahrscheinlichkeit ist recht hoch, dass der Erkenntnisgewinn über Deine reale Struktur gering bleibt, die Rechenzeit jedoch explodiert.
Im allgemeinen ist es vernünftiger einfachen Schalen die Materialeigenschaften des Sandwichaufbaus zuzuweisen.
(spezielles wissenschaftliches Interesse ausgeschlossen)

Gruss,

der Rechenschieber

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Hallo Rechenschieber,

ja, du hast wahrscheinlich recht. Ich untersuche das ganze auf wissenschaftlicher Basis. Dabei versuche ich verschiedene Konstruktionsmethoden für eine Sandwich Struktur zu untersuchen.

Im ersten Teil geht es mir darum den Kern des Sandwiches in mehrere Elemente aufzuteilen. Das hat nicht nur eine hohe Rechenzeit zur Folge, sondern auch einen höheren Konstruktionsaufwand. Vor allem wenn das Bauteil zweifach gekrümmt ist. Bei dem Original Bauteil ist es so, dass die Shell Elemente die Laminatlagen simulieren und die Solid Elemente den Kern. Der Vorteil, den ich bis jetzt durch das Aufteilen sehen kann ist der, dass sich die Spannungen nach oben ändern und ich eine bessere Aussage darüber treffen kann in welchem Bereich (Richtung Top- oder Bottomelement) der Kern versagt und ich dementsprechend eine weitere Laminatlage zur Verstärkung in diesen Bereich legen kann.

Mein Fazit ist hier das ich zwar einen Mehraufwand habe, dafür aber evtl. genauer arbeiten kann... ich bin aber zur Zeit noch am genaueren Auswerten der Ergebnisse.

In einem zweiten Teil will ich versuchen das komplette Sandwichbauteil in einer Schicht aus Shell Elementen aufzubauen und diesem mithilfe des Laminatmodellers aus Patran die Eigenschaften des Sandwiches zu geben. Der Vorteil hierbei wird wohl sein das ich einen sehr geringen Konstruktionsaufwand habe, dafür aber bei Versagen nicht genau weiß ob nun die Deckschicht oder der Kern versagt.

Falls noch jemand Tipps oder Empfehlungen hat, wäre ich sehr dankbar darüber. Vielleicht baut ja jemand von euch solche Bauteile ganz anders auf?

Herzlichen Dank
Katja

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Hi,

hat der Kern isotrope oder orthotrope Materialeigenschaften?
Wie ist das Verhältnis der Dicke zu Länge?

Gruß Paul

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hoi katja,

ok, du scheinst dir ja gedanken darüber gemacht zu haben, was genau du willst un d wissenschaftlich arbeiten tust du auch.
an dieser stelle klinke ich mich dann mal aus, ich, im industrieumfeld, breche dann eben ab.
meine konstruktionen fliegen aber auch nicht.

viel erfolg! auch hier im forum,

der Rechenschieber.

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Rechenschieber, vielen Dank aber trotzdem !

Paul, der Kern hat Isotrope Eigenschaften während die Deckschichten Richtungsabhängig sind. Das Verhältnis aus Dicke zu Länge beträgt in etwa 1:2 (der Kern ist etwa 44mm Hoch und ca. 90mm lang) wenn ich es aus einem Element aufbaue.

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Hallo Katja,

mit Deinen Angaben hast Du keine Alternative, als den Kern mit Volumenelementen zu modellieren, am besten Hexaeder (weil Nastran).

Ich würde mindestens quadratische Elemente nehmen, und mindestens vier Schichten definieren. Damit wären die Schalen wohl ausschließlich mit Vierecken aufgebaut.

Gruß Paul

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Hallo Paul,

gibt es denn einen Grund, warum du quadratische Elemente anstrebst? Bzw. gibt es ein Höhe-/Längenverhältnis das optimaler für eine Berechnung ist?

Mit dem Laminat Modeller in Patran ist es möglich dem 2D-Element die Eigenschaften eines Sandwiches zu geben indem man zwischen den ganzen Laminatschichten ein neues Material und eine entsprechende Höhe definiert. Dieses habe ich auch schon durchgeführt, ich bin aber noch nicht dazu gekommen eine Auswertung durchzuführen.

Viele Grüße
Katja

Zitat:

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Original erstellt von ToTacheles:
Hallo Katja,

mit Deinen Angaben hast Du keine Alternative, als den Kern mit Volumenelementen zu modellieren, am besten Hexaeder (weil Nastran).

Ich würde mindestens quadratische Elemente nehmen, und mindestens vier Schichten definieren. Damit wären die Schalen wohl ausschließlich mit Vierecken aufgebaut.

Gruß Paul

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Hallo Katja,

bei einem Verhältnis Dicke/Länge von 1 zu 10 würde man erst anfangen, über die Verwendbarkeit von Schalenelementen nachzudenken.

Da Du zweifachgekrümmte Modelle hast, gibt es auch hier eine Begrenzung, wann diese in NASTRAN greift, weiß ich nicht.

Gruß Paul

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