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 einfacher PC-Technik. Man kann Symmetrie-Eigenschaften ausnutzen, um nur einen Teil des gesamten Netzes zu verwenden. Über die Symmetrie-Beziehungen 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, aktualisierten 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 innerhalb der Gummihülse:
  

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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