Software: FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Symmetrie

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Symmetrische Probleme

Beim Aufbau des FE-Netzes modellierten wir nur die obere Symmetriehälfte:

• Die Einspannung des Bauteils erfolgt im Beispiel symmetrisch zur geometrischen Symmetrieachse.
• Auch wird durch die angreifende Lastkraft die Symmetrie nicht verletzt.

Wir können deshalb die Simulation mit dem reduzierten Netz durchführen:

• Dabei müssen wir uns jedoch bewusst sein, dass Lastkräfte, welche zu einer Verformung der geometrischen Symmetrielinie führen würden, mit diesem reduzierten Netz nicht untersucht werden können.
• Für solche unsymmetrischen Belastungen müsste man mittels Mesh > Reflect > Element ... aus der vorhandenen Netzhälfte das komplette Netz für die Platte erzeugen.

Reduziert man ein FEM-Modell unter Ausnutzung von Symmetrien auf die nicht-redundanten Teile, so muss man dass sowohl für die Belastung als auch bei den Zwangsbedingungen berücksichtigen:

Belastung

An der Blech-Hälfte darf nur die halbe Kraft (=−500 N bei -1 KN) angreifen.

Diese Kraft muss wieder anteilig auf die Knoten verteilt werden.

Zwangsbedingungen

Festgehalten wird diesmal der mittlere Bereich des Bolzens (repräsentiert durch die Knoten auf dem inneren Halbkreis).

Die Fixierung darf nur in Richtung der berücksichtigten Freiheitsgrade erfolgen.

Achtung: Zusätzlich resultiert aus der Symmetrie, dass sich die Knoten auf der Symmetrie-Achse nicht in Y-Richtung bewegen dürfen.

Berechnung

hoffentlich ohne Fehlermeldung!

Auswertung

Die bisher verwendete Form der Darstellung mit Deformation (Verschiebungen) und Contour (Vergleichsspannung) mit automatischer Skalierung ergibt für einen Gesamtbetrag der Zugkraft von 1000 N folgendes Bild:

Achtung: unbedingt "Contour-Type=Elemental / Data-Conversion=MaxValue" verwenden!

Die automatische Skalierung der Contour-Skale führt zu unübersichtlichen Zahlenwerten für die einzelnen Level. Deshalb ist es günstig, die Skale manuell einzuteilen (View > Options bzw. <F6>):

• Die maximale Spannung im Blech liegt bei >75E6 N/m², deshalb soll 80E6 N/m² zum Maximum der Skale werden.
• Das Minimum könnte man auf 5E6 N/m² setzen.
• Wenn wir dann die Skale in 15 Stufen unterteilen, stehen gut lesbare Werte an den einzelnen Stufen:

• <F2>=Workplane : Arbeitsfläche mit Raster
• <F5>=View Select  : z.B. Wahl der Größen für die Deformation- und Contour-Darstellung
• <F6>=View Options  : umfassende Einstellmöglichkeiten für "Alles"
• <Strg+Q>=Quick Options  : Wahl darzustellender Geometrie- bzw. Modell-Elemente

Frage 1

• Mit welcher maximalen Zugkraft kann man das Blech belasten, ohne dass innerhalb des Blechs SIG_Zul=150E6 N/m² überschritten wird? (Platte2_xx.MOD mit dieser Maximalkraft konfigurieren!)
• Wie unterscheidet sich dieser Wert von den Ergebnissen in Platte_xx.MOD (Wert und Bewertung!)

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