Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - 3D-Ergebnisse: Unterschied zwischen den Versionen
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Aktuelle Version vom 27. Februar 2013, 10:11 Uhr
Achtung:
Leider gibt es zumindest mit der FEMAP-Version 10.1.1 (32-Bit) im Unterschied zur Version 9.1 Probleme bei der Übertragung der Kraft von der Kurve auf die assozierten Knoten (Fehlermeldung im Messages-Fenster: "Unable to Expand Force from Load Definition 1 onto Curve 2."). Das könnte prinzipiell in der veränderten Einbindung des Means-Solvers begründet sein. Bis dieses Problem gelöst ist, wird im Rahmen des Tutorials folgender "Workaround" empfohlen:
- Löschen der Load Defition Force on Curve
- Manuelle Aufteilung der Kraft (Fz=−25 N) an die einzelnen Knoten mit Force on Node (−2,080808 N an die beiden Randknoten bzw. −4,1666666666 N an die fünf inneren Knoten der Strecke).
Hinweis:
Falls danach bei der Berechnung immer noch Fehler auftreten, müssten die mit dem vorhandenen Erkenntnisstand eigenständig lösbar sein!
Die Darstellung der Ergebnisse verläuft analog wie bei den 2D-Modellen. Wir werden diesen Teilprozess hier systematisch durchführen:
- Wie gewohnt konfigurieren wir die Ausgabe der Verschiebungen und Vergleichsspannungen (nach Mises). Dabei werden standardmäßig automatische Skalierungen sowohl für die Deformation- als auch für die Contour-Darstellung benutzt.
- Wir stellen nur die Objekte dar, die unbedingt benötigt werden (es genügt "Element").
- In dem Menü wählen wir Solid. Die gewählten detaillierten Optionen sind mit einer Umrahmung anstatt eines Häkchen markiert, wenn sie eingeschalten sind. Mit der gezeigten Konfiguration erhalten wir die folgende Darstellung:
Spätestens jetzt sollte man sich darüber Gedanken machen, was man sieht und ob das überhaupt stimmen kann:
Deformation:
- Die Verschiebungen der Knoten werden vom Solver als Primär-Ergebnisse berechnet (das sind die "Unbekannten" des zu lösenden Gleichungssystems).
- Qualitativ widerspricht die so ermittelte Verformung des Gummis nicht unseren Erfahrungen. Die Wand des Hohlzylinders wölbt sich tonnenförmig nach außen.
- Quantitativ kann man z.B. die Extremwerte der Knotenverschiebung bei der Wahl der darzustellenden Daten (View Select - Deformed and Contour Data) ablesen. Die Werte klingen für eine Druckbelastung von 100 N recht vernünftig, z.B.:
- Max. Ausbeulung VX=0,31 mm
- Max. Ausbeulung VY=0,31 mm (Gleichheit wichtig!)
- Max. Zusammendrückung VZ=0,71 mm (für die Hälfte!)
Contour der Spannungen:
- Die Spannungen in den Elementen werden aus den Verschiebungen der Knoten berechnet.
- Da wir nur eine sehr grobe Vernetzung verwenden, sollten unsere Erwartungen in Hinblick auf "exakte" Spannungsverläufe nicht allzu hoch sein!
- Erwartungsgemäß tritt qualitativ die höchste Spannungsbelastung in der Stahlscheibe am Lochrand auf.
- Insgesamt drückt eine Last von 100 N auf die Stahlscheibe:
- Bei einer Querschnittsfläche von 301,6 mm² müsste in der waagerechten Symmetrieebene des Gummipuffers eine Druckbelastung von ca.332000 N/m² entstehen.
- Die automatische skalierte Contour-Darstellung hilft bei der Überprüfung der tatsächlich berechneten Werte nicht viel. Deshalb blenden wir über View Select diese Werte als Criteria ein.
- Angezeigt werden Mittelwerte, welche im Means-Solver aus den Knoten des jeweiligen Elements berechnet wurden.
- Hinweis: Das gilt unabhängig von der Data Conversion, z.B. "Max Value" in den Contour Options!
- Die Werte der Vergleichsspannung in der waagerechten Schnittebene liegen in der Nähe des abgeschätzten Wertes von 332000 N/m². Man beachte, dass im Gummi keine reine Druckspannung herrscht, sondern infolge der Auswölbung zusätzliche Scherspannungen entstehen, welche den Wert der Vergleichsspannung beeinflussen!
- Die Vergleichsspannung in der Stahlscheibe ist infolge der starken Verformung ziemlich groß und liegt mit ihrem Maximum etwas über dem zulässigen Wertes von ca. 150E6 N/m²:
- Im Weiteren interessiert uns vor allem die Spannungsverteilung im Gummipuffer. Dazu soll die Farbskala so konfiguriert werden, dass farblich die Unterschiede zwischen den Spannungen im Gummi sichtbar werden:
- Die View Options <F6> erreichen wir ebenfalls über das Menü des View Style - Button unter Options...
- Unter PostProcessing - Contour/Criteria Levels belegen wir die Farbskala mit den (sinnvoll gerundeten) Extremwerten aus den angezeigten Spannungswerten des Gummis.
- Wir schalten unter View Select wieder auf die Contour-Darstellung um und benutzen "Level Colors" anstatt "Continuous":
- Die Spannungswerte insbesondere im oberen Bereich des Gummis sind infolge der groben Vernetzung sehr stark verfälscht:
- Kritisch sind Grenzschichten zwischen Materialien sehr unterschiedlicher E-Module.
- Die Einleitung der "konzentrierten" Belastung vom Lochrand in das Material wird im Netz nicht durch lokal engere Vernetzung berücksichtigt.