Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Z88 - Vernetzung Einzelteile

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Vernetzung der Einzelteile

Export der CAD-Modelle unter Berücksichtigung der Symmetrie

Im Rahmen dieser Übung soll keine asymmetrische Belastung des Gummipuffers in Bezug auf seine Längsachse stattfinden (z.B. keine schräge Kraftwirkung):

• Im Autodesk Inventor reduzierten wir das FEM-Modell unter Berücksichtigung der Symmetriebedingungen auf einen Halbkreis-Zylinder des Gummipuffers. Damit erhielten wir Farbverläufe der Ergebnisdarstellung auch auf der Schnittebene.
• Um Rechenzeit zu sparen, können wir uns in einem 3D-FEM-Modell auch auf einen Viertelkreis-Zylinder des Gummipuffers beschränken.
• Die Simulation des Eigengewichts verhindert eine weitere Reduktion z.B. nur auf die obere Hälfte des Viertelkreis-Zylinders, weil obere und untere Hälfte durch das Gewicht unterschiedlich belastet werden!

Bevor wir die reduzierte Geometrie von Stahlscheibe und Gummihülse jeweils als STEP-Datei exportieren, müssen wir temporär mittels geeigneter Extrusionen deren Form entsprechend beschneiden (analog zur Lasche in der ersten Übung):

• Bei der Extrusion sollte man die Mengenoperation "Schnittmenge" benutzen, um mittels einer einfachen Quadratskizze einen Viertelkreis-Zylinder zu erzeugen:
  
• Die beiden reduzierten Geometrien exportieren wir als Stahlscheibe_xx.stp und Gummi_xx.stp in den aktuellen Projekt-Ordner.
• Hinweis: Für die "Gummihülse" wurde bewusst der Umlaut im Namen der STEP-Datei vermieden, da es sich bei Z88Aurora um kein "reines" Windowsprogramm handelt!

Stahlscheiben-Vernetzung

Für die Vernetzung der Stahlscheibe muss im Z88Aurora eine neue Projekt-Mappe angelegt werden (FEM2_Z88a_Scheibe_xx):

• Nach dem Import der STEP-Datei erfolgt die Vernetzung der Tetraeder (quadratische Ansatzfunktion) mittels des Freemeshers Netgen.
• Die Entscheidung fiel auf Netgen, weil dieser eine homogenere Vernetzung als Tetgen erzeugt.
• Die gesamte Scheibe sollte mit 2 Elementschichten vernetzt werden, entsprechend ist der Wert der Elementgröße in mm zu wählen. Eine separate Tetraeder-Verfeinerung an den Kanten ist dann nicht erforderlich:
  

Das Material Stahl-C35 muss allen Elementen der Scheibe zugewiesen werden:

• • Zuvor müssen noch die thermischen Eigenschaften ergänzt werden, welche im 1. Übungskomplex noch nicht benötigt wurden.
  • Wärmeleitfaehigkeit=50.4 W/(m·K)=0.0504 W/(mm·K)
  • Wärmeausdehnung=11.2 µm/(m·K)=11.2e-6 m/(m·K)=11.2e-6 1/K
• Nach dem Beenden von Z88Aurora sind sämtliche Informationen zum FEM-Modell des Bauteils "Stahlscheibe" im zugehörigen Projekt-Ordner gespeichert.

Gummi-Vernetzung

Für jedes Bauteil der zu simulierenden Baugruppe muss ein separates Projekt definiert werden. Wir legen also für die Gummihülse ebenfalls einen neuen Projekt-Ordner an (FEM2_Z88b_Gummi_xx):

• Nach dem Import der Step-Datei dieses etwas größeren Bauteils sollte man die Vernetzung sorgfältiger planen, als bei der Stahlscheibe.
• Bei unnötig feiner Vernetzung entsteht hier auf Grund der Höhe sehr schnell eine große Elemente-Anzahl mit entsprechend großem Rechenzeitbedarf.
• Hinweis:
  • Ursprünglich war geplant, die Kontaktflächen zu den Stahlscheiben mit gleicher Elementgröße zu vernetzen, wie die Stahlscheiben. Global sollte eine gröbere Vernetzung erfolgen.
  • Der Netzgenerator Netgen nimmt nur die globale Vernetzung vor. Leider erwies sich eine Tetraeder-Verfeinerung an den Stirnflächen sowohl in Hinblick auf den Rechenzeitbedarf für die Verfeinerung, als auch in Hinblick auf die erreichte Netzqualität als nicht praktikabel!
• Deshalb wurde der gesamte Gummi einheitlich mit einer Elementgröße vernetzt, welche der Scheibendicke entspricht.
• Für die Vernetzung benötigt Netgen mehrere Minuten, erzeugt dann aber ein sehr homogenes Netz mit fast 100000 Elementen.
• Die Materialdatenbank muss um das Elastomer-Material Gummi ergänzt werden (einschließlich der thermischen Eigenschaften).
• Auch hier verwenden wir die gleichen Parameter wie im CAD-Modell, um die Ergebnisse direkt vergleichen zu können!

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