Software: FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Neuer Lastfall

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Neuer Lastfall

• Die Gesamtlast von 10000 N wurde fälschlicher Weise gleichmäßig auf die 11 Rand-Knoten der gleich großen Randelemente verteilt (á 909 N):
  • Falls ein Knoten Eckpunkt zweier Elemente ist, verteilt er seine Kraft je zur Hälfte auf diese Nachbar-Elemente.
  • Die Kraft beider Eck-Knoten wirkt jedoch vollständig auf die Eck-Elemente, an denen somit im Modell zu stark gezogen wird.
• Richtig ist bei gleicher Elementgröße folgende Lastverteilung bei n Elementen (nicht n Knoten!):
  • Gesamtlast/n auf jeden "normalen" Randknoten
  • Gesamtlast/(2n) auf jeden Eck-Knoten
• Wir wollen die falsche Ausgangskonfiguration als ersten Lastfall für das Modell behalten. Deshalb definieren wir unter Benutzung des Modell-Explorers einen neuen Lastfall (Load Set) "Zugkraft Links OK" mit ID=2:
  
• 
  Zusätzliche Belastungsfälle kann man durch Vergabe einer neuer ID-Nummer und eines entsprechenden Titels erzeugen.
• Alle Belastungsfälle werden im Modell-Explorer aufgelistet und man kann einen Fall für die Bearbeitung der konkreten Belastungen auswählen (=Aktivieren):
  
• Welcher Lastfall aktiviert ist, erkennt man neben der farblichen Hervorhebung im Explorer auch am Trays-Element Ld:nr rechts unten auf der Statuszeile des Hauptfensters. Auch dort besteht die Möglichkeit, zwischen den Loadsets umzuschalten bzw. die Sets zu verwalten (Linke Maustaste):
  
• Wir wählen den neuen Lastfall als aktiven Lastfall. Der aktive Lastfall wird im Grafikfenster dargestellt:
  
• Den entsprechenden Knoten auf der linken Seite müssen wir nun die richtigen Kräfte zuweisen:
  • Vom Modell-Explorer im Zusammenspiel mit dem Entity Editor werden die Eigenschaften einzelner Elemente und Knoten nicht dargestellt.
  • Dort hat man nur den Zugriff auf Eigenschaften, welche global für das gesamte Modell gelten.
  • Die Definition der Lastkräfte muss also über den zugehörigen Menü-Eintrag veranlasst werden (analog zu Lastfall 1).
• Bei der Auswahl der Knoten (z.B. über Pick^Box) macht sich mit großer Wahrscheinlichkeit ein Problem bemerkbar:
  Datei:Software FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Neuer Lastfall - modell lastfall2 pickbox-problem.gif
• In dem Grafikfenster ist noch der Output-Set des vorherigen Lastfalls aktiv. Das verformte Netzt "lauert" unsichtbar im Hintergrund - die Auswahl der Knoten erfolgt gemeiner Weise jedoch auf diesem Netz (was erst nach der Auswahl sichtbar wird!):
  • Wir brechen die Knotenwahl für die Knotenkräfte vorläufig mit Cancel ab.
  • Die Grafik wird erst aktualisiert, wenn man z.B. mit dem Rollrad der Maus ein Zoomen veranlasst. es erscheint nun weiterhin das verformte Netz vom Lastfall 1.
• 
  Man sollte bei mehreren Lastfällen deshalb unterschiedliche Views für das Modell definieren:
  • Über den Modell-Explorer nutzt man (Views - New) zur Erzeugung einer neuen Karteikarte im Grafikfenster.
  • Diesen Views sollte man sinnvolle Namen geben, z.B. zugeordnet zu den Lastfällen.
  • Den Output Set kann man erst umschalten, wenn man das Modell mit dem 2. Lastfall berechnet hat. Wir setzen deshalb den Deformed Style = Undeformed:
    Datei:Software FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Neuer Lastfall - view lastfall2 undeformed.gif
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  Achtung: Mit dem Eigenschaftseditor vorgenommene Änderungen werden erst wirksam, wenn man danach den Button "Update Model" drückt!
• Hinweis: Änderungen an den Eigenschaften werden verdeutlicht, indem der Update- und Reload-Button von grau auf farbig umschalten.
• Nach der Übertragung der Änderungen in das Modell, sollte die Deformation des Netzes verschwunden sein. Nur die Contour-Darstellung ist noch sichtbar, was aber nicht stört.
• Nun sollte es problemlos möglich sein, für den 2. Lastfall den Knoten auf der linken Kante die richtigen Kräfte zuzuweisen.
• Wir speichern das Modell und starten den MEANS-Solver erneut. Dabei werden automatisch beide Lastfälle berechnet (Siehe MEANS-Protokoll).
• Mittels des Eigenschaftseditors im View2 konfigurieren wir die Ausgabe so, dass darin der Output Set des 2. Lastfalls dargestellt wird (Update Model nicht vergessen!):
  Datei:Software FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Neuer Lastfall - eigenschaftseditor-view2-config.gif
• Die konstante Spannung σ in der linken Seite des Bleches sieht nun schon recht sinnvoll aus (σ=Kraft/Querschnitt):
  Datei:Software FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Neuer Lastfall - kraft von links ok.gif
• Die genauen Belastungen wollen wir durch Einblenden der Zahlenwerte überprüfen:

1. über den Eigenschaftseditor durch Umschalten auf Contour Style = Criteria oder
2. über das FEMAP-Menü (View - Select - Contour Style=Criteria). Dort hat man zusätzlich die Möglichkeit, sich den Maximalwert über Deformed and Contour Data.. direkt anzeigen zu lassen:
   Datei:Software FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Neuer Lastfall - belastung max-wert anzeigen.gif

Nun wird es höchste Zeit zu überprüfen, ob unser Blech der Belastung überhaupt Stand hält:

• Die Belastungsgrenzen sind nicht nur vom Material abhängig, sondern auch von der Art der Belastung (statisch/dynamisch, Zug/Druck und dem Einsatzbereich des Bauteils (Sicherheitsfaktor)).
• Falls man die Belastungsgrenzen mit in die Materialbibliothek aufnimmt, sollte man den Anwendungsfall durch die Material-Bezeichnung deutlich machen.
• Wir haben hier eine einfache statische Zug-/Druck-Belastung, am Lochrand tritt auch verstärkt Scherspannung auf. Bei einem Sicherheitsfaktor 2 kann man für Stahl-C35 (entspricht St50) folgende Grenzwerte annehmen:
  • SIG_Zul_Zug=150E6 N/m²
  • SIG_Zul_Druck=150E6 N/m²
  • TAU_Zul_Scher=120E6 N/m²
• Wir ergänzen diese zulässigen "Limit-Stress"-Werte für das zugewiesene Material. Hier existieren wieder zwei Möglichkeiten, wovon wir die zweite nutzen werden:

1. Menüeintrag (Modify - Edit - Material) mit Auswahl des Materials und anschließendem, bereits bekannten Material-Dialog. (Hinweis: Diese Werte sollte man nicht in die Materialbibliothek speichern, da sie vom modellspezifischen Belastungsfall abhängen!)
2. Material im Modell-Explorer auswählen und mit dem Eigenschaftseditor die Werte für Tension, Compress und Tension eintragen:
   Datei:Software FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Neuer Lastfall - material-grenzwerte.gif

Wenn wir die zulässigen Werte mit den berechneten Spannungswerten vergleichen, sehen wir, dass wir das Material ca. um den Faktor 10 zu hoch belasten!

• Wir reduzieren die Zugkraft auf 1000 N:
  • Multiplizieren aller Lastkräfte mit dem Faktor 0,1
  • Nutzung der Funktion Modify - Update Other - Scale Load.
• Damit dürfte die Belastung nur an einigen Stellen in der Nähe der Einspannung geringfügig überschritten werden.
• Für die Criteria-Darstellung kann man Grenzwerte angeben, welche in der Darstellung berücksichtigt werden:
  • Über den Menüpunkt (View - Options) bzw. <F6> gelangt man in den Dialog zur detaillierten Einstellung aller Darstellmöglichkeiten.
  • Unter PostProcessing kann man Criteria Limits vorgeben:
    • Damit beschreibt man, welche Elemente mit der wertmäßigen Farbe gefüllt werden.
    • Bei angegebenen Grenzen (Between) werden alle Elemente mit Werten außerhalb des Bereiches nicht gefüllt. Bei der Mises-Vergleichsspannung kann man auf die Option Abs Value verzichten, da nur positive Werte auftreten:
      
  • Für die unzulässig belasteten Elemente (Elements that Fail), kann man die Zahlenwerte anzeigen lassen und z.B. den Rand in der Contourfarbe zeichnen lassen (diese repräsentiert laut Farbskala den Wert):
    Datei:Software FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Neuer Lastfall - criteria-elements that fails.gif

Hinweis: Nicht vergessen Draw Entity zu markieren!

• Scheinbar tritt in Zugrichtung am Lochrand die höchste Belastung auf, welche die zulässige Belastung etwas übersteigt. Endgültige Aussagen dazu kann man jedoch erst nach einer Verbesserung der Modellgenauigkeit machen!
• Deshalb wollen wir uns im nächsten Abschnitt dem Aufbau eines verbesserten Netzes widmen. Dazu werden wir ein neues Modell aufbauen.

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