Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - MP - Belastungsanalyse Postprocessing

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Postprocessing

Freistellen eines Bauteils (Gummihuelse)

Uns soll im Beispiel vor allem die Belastung der Gummihülse interessieren:

• Diese wird an ihren Kreisflächen von den Stahlscheiben verdeckt.
• Die automatische Skalierung der Kontur-Legende ist zumindest für die Darstellung von Spannungsverläufen auf dem Gummi ungünstig, weil die Spannungen im Stahl um Größenordnungen größer sind.

Es gibt zwei Varianten, den Blick auf verdeckte Bauteil-Flächen zu ermöglichen:

1. Bauteil durchsichtig zeichnen (wie "Rauchglas"):
   Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - MP - Ergebnisse Bauteil durchsichtige Ansicht.gif
   
   Die Kontur-Farben sind hinter dem "Rauchglas" nicht besonders deutlich zu erkennen, aber man erkennt noch die Gesamtstruktur der Baugruppe.
2. Bauteil ausblenden:
   Die automatische Skalierung der Kontur-Legende erfolgt auf Grund der in den "eingeblendeten" Bauteilen vorhandenen Minima/Maxima. Ohne weitere Konfiguration verdeutlicht diese zweite Variante die Spannungsverläufe auf dem Gummi am Besten:
   
   
   Für die Kontur der Mises-Spannung auf den Stahlscheiben erwartet man Kreisringe. Es stellt sich also die Frage, woraus die berechneten Abweichungen von dieser Form resultieren?

Deformation

Mit der standardmäßigen Darstellung der Deformation (5% relativ zur Maximalabmessung) kann man die Verformung der Gummihülse noch nicht richtig erfassen:

• Bei einem Prozentsatz von ca. 30% der Modellgröße erkennt man bei transparent angezeigtem Modell deutlich eine schiefe Verformung des teils:
  
• Aufgrund der kompletten Symmetrie muss aber bei richtiger Berechnung eine symmetrische Deformation erfolgen!
• Aufgrund unserer Bemühungen um ein hinreichend feines Netz verwundert dieses Ergebnis.

Schnittdarstellung

Bisher sehen wir die Belastungen/Verformungen und Netzelemente nur auf den Oberflächen des Bauteils. Erforderlich ist aber ein Blick in das Innere von Bauteilen:

• Mit Hilfe von MFL > Optionen für Ergebnisse > Schnittprofilebenen kann man sehr einfach die erforderlichen Schnitte definieren:
  
• Mittels Umkehren kann man umschalten, welche Komponente des Bauteils ausgeblendet wird.

Für die Schnittebenen existieren umfangreiche Konfigurationsmöglichkeiten:

• Einblenden - damit kann man die Ebene "unsichtbar" machen (meist sinnvoll)
• Aktivieren - schaltet die Schnittwirkung der Ebene aus
• Transparentebene - kann den Transparentgrad der Schnittebene beeinflussen. Der Transparentgrad beeinflusst nicht die Sichtbarkeit der Kontur-Darstellung auf der Schnittebene. "Undurchsichtig" ist z.B. günstig, um sämtliche Hintergrund-Konturen auszublenden:

Im Folgenden wurde eine weitere Schnittebene definiert, damit man den Blick auf eine viertel Gummihülse erhält. Die Anzahl der Kontur-Level wurde auf 20 erhöht:

Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - MP - Ergebnisse Viertelschnitt Mises 20.gif

• Der direkte Vergleich zwischen dem visuellen Stil Schattiert und Netz zeigt die Zuordnung physikalisch sinnloser Artefakte zur Netzstruktur.
• Die Umschaltungen zwischen höchster und niedrigster Belastung erfolgen an Stellen, wo die Vernetzung keinen ästhetischen Anblick bietet.
• Anscheinend ist der Solver nicht in der Lage, in besonders zerknautschten Netzbereichen noch mit der erforderlichen Genauigkeit zu rechnen.
• Sicher könnte man noch etwas die Parameter des Solvers justieren, aber günstiger ist ein besseres Netz!

Netz-Verbesserung

Das beste FEM-Netz entsteht im Beispiel sicher durch manuelle Vernetzung, wie wir dies bereits im FEMAP durchgeführt haben. Es soll aber hier geübt werden, wie man durch Benutzung der automatischen vernetzung mit geringem Aufwand einigermaßen sicher zu einem hinreichenden Netz kommt:

• Wir gehen zurück in den FEM-Editor und wählen ohne weitere Änderungen für das Volumen-Netz als Solid-Elemente "Nur Tetraeder".
• Die reine Tetraeder-Vernetzung führt zwar nicht zum effektivsten Netz, wird aber von der automatischen Vernetzung gut beherrscht.
• Nach dem Erstellen des 3D-Netzes dauert die Analyse (Simulation) ungefähr genauso lange, wie bei unserem vorherigen misslungenem Netz.

Die Ergebnisse erscheinen dann aber als wesentlich glaubwürdiger:

Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - MP - Ergebnisse Deformation OK.gif

• Die Deformation entspricht in Hinblick auf die Symmetrie den Erwartungen.
• Die Mises-Spannung weist wesentlich geringere Artefakte auf.
• Die Kreisfläche des Gummis zeigt die erwarteten kreisförmigen Konturen der Mises-Spannung.
• Die inneren Spannungsverläufe weisen nur geringe "Ausfransungen" zwischen den Kontur-Leveln auf (Stahlscheiben durchsichtig eingeblendet):
  Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - MP - Ergebnisse Schnitt mit Tetra.gif
• Da wir die Konfiguration der ursprünglichen Verfeinerungspunkte verwendeten, weist das Netz perlenartige Verdichtungen um diese Punkte auf:

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