Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - CAD-Belastungsanalyse Symmetrieschnitt

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Symmetrieschnitt durch Baugruppe

Die Simulation mit dem Finite-Elemente-Netz der kompletten Puffer-Baugruppe stößt bereits an Grenzen der Berechenbarkeit auf normaler PC-Technik. Man kann Symmetrieeigenschaften ausnutzen, um nur einen Teil des gesamten Netzes zu verwenden. Über die Symmetriebeziehungen können die berechneten Ergebnisse auf die restlichen Teile des Netzes projiziert werden (Spiegelungen, Drehungen). Vorhandene Symmetrien werden bestimmt durch:

1. Geometrie des Untersuchungsobjekts (einschließlich Verteilung der Materialien)
2. Art der Zwangsbedingungen ("Einspannung")
3. Form der Last (Kraft-Angriffstellen und -Richtung)
4. Isotropie des Materials

In unserem Fall sprechen alle 4 Kriterien für die Möglichkeit, nur einen Teil des Gummipuffers zu modellieren (Zylinder, keine asymmetrische Einspannung, Material isotrop), solange die Lastkraft den Puffer nicht asymmetrisch verformt:

• Eigentlich würde ein "unendlich schmales Tortenstück" des quer halbierten Puffers ausreichen.
• Um den Prozess einfach und anschaulich zu gestalten, beschränken wir uns hier auf eine komplette Hälfte des Gummipuffers. Damit erhalten wir auch die gewünschte komplette Ergebnisdarstellung auf der Schnittfläche (XZ-Ebene des Ursprungskoordinatensystems).

Dafür beenden wir vorläufig die Belastungsanalyse. Die erforderlichen Konstruktionsschritte für das definierte Entfernen einer Baugruppenhälfte werden ausführlich erläutert:

• Die aktivierte Schnittdarstellung schalten wir aus (MFL > Ansicht > Darstellung > Schnitt beenden).
• Die beiden Stahlscheiben machen wir wieder sichtbar.
• Aktivieren der MFL > 3D-Modellierung-Registerkarte zum Modellieren eines Quaders als "Schnittwerkzeug".
• 2D-Skizze auf die Deckfläche der oberen Stahlscheibe
• Geometrie projizieren äußerer Kreisring der Stahlscheibe und X-Achse des Ursprungskoordinatensystem
• Rechteck (drei Punkte) koinzident und tangential an Kreishälfte befestigen:
  

Damit ist das rechteckige Schnittprofil unabhängig vom Pufferdurchmesser immer hinreichend groß:

• Mittels Extrusion (Differenz) des Rechteck-Profils können wir nun eine Hälfte der Baugruppe entfernen:
  

Nach Wechsel in die Belastungsanalyse müssen wir die Simulation entsprechend der Symmetrieeigenschaften umkonfigurieren:

• Die Kraft der Streckenlast darf nur noch 50 N betragen.
• Die (automatischen) Kontakte muss man aktualisieren.
• Für die Schnittflächen muss mittels zusätzlicher festgelegter Abhängigkeit die Bewegung in Y-Richtung verhindert werden:
  
• Mit dem reduzierten Netz gelingen unter Beachtung der Symmetriebedingungen nun vergleichbare Ergebnisse wie mit dem kompletten Modell (Deformationsdarstellung angepasst x5):
  
• Das reduzierte Netz ermöglicht eine Verfeinerung insbesondere der globalen Elementgröße.
• Nach einer Anpassung des Maximalwertes der Farbskala auf einen sinnvollen Wert unterhalb des berechneten Extremwertes ergibt sich z.B. folgender Verlauf der Belastung:
  

Fragen (Streckenlast)

1. Wie groß ist der Maximalwert der Mises-Spannung im Gummimaterial.
2. Wie stark wird der Gummipuffer maximal zusammengedrückt (in Z-Richtung).

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