3D-Dichtungselemente

Dichtungen werden häufig in zahlreichen Baugruppen verwendet. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Abdichtung und Übertragung von Kräften. Während einige Dichtungen eine einfache Geometrie und einfache Materialkomponenten aufweisen, verfügen die meisten Dichtungen über eine komplexe Struktur und komplexe Materialkomponenten. Sie weisen ein komplexes und nichtlineares Verhalten in hohem Maße unter Druckbelastung und Entlastung auf. In der Regel ist es nicht praktikabel, Dichtungen entsprechend Ihrer genauen Geometrie und Materialkomponenten zu modellieren. In der Realität ist dies das mechanische Verhalten der Dichtungen, das eine Rolle spielt. Daher kann ein spezielles Dichtungselement angegeben werden, um das Verhalten der Dichtung zu simulieren und feine Details der Dichtung zu vermeiden.

Das Verhalten des Dichtungselements ist in folgenden Bereichen einzigartig:

• Nur Druckspannung durch die Dicke wird entwickelt und übertragen. Spannungen und Kräfte in der Ebene der Dichtung werden ignoriert. Selbst wenn das Dichtungsbauteil unter Umständen mit dem zugehörigen Bauteil verbunden ist (Verwendung derselben Knoten auf jedem Bauteil), wird die Verbindung als Fläche ohne Reibung angesehen, da in der Dichtung keine Schubkräfte entstehen.
• Das Netz muss mit nur einem Element über die Dicke erstellt werden.
• In einigen Fällen muss der Benutzer angeben, welche Flächen die obere und die untere Fläche sind. Dieses Problem tritt auf, wenn die Bemaßung für die Dicke (in Druckrichtung) der Dichtung größer ist als die Breite (lotrecht zur Druckrichtung). Weitere Informationen finden Sie weiter unten.
• Die Materialeigenschaften sind für eine bestimmte Dicke der Dichtung spezifisch.

3D-Dichtungselemente können diese geometrischen Formen aufweisen: Quader (8 Eckknoten, 6 vierseitige Seiten), Keile (6 Eckknoten 2 dreieckige Seiten, 3 vierseitige Seiten), Pyramiden (5 Eckknoten, 4 dreieckige Seiten, 1 viereckige Seite) und Tetraeder (4 Eckknoten, 4 dreieckige Seiten). Da nur ein Element für die Dicke zulässig ist, muss mindestens eine der Flächen des Tetraederelements auf der oberen oder unteren Seite der Dichtung sein.

Das Materialmodell des Dichtungselements kann eine multilineare elastische Kurve, einen Gleitpunkt, eine multilineare Kurve aus Kunststoff und mehrere Entlastungskurven enthalten, von denen jede durch multilineare Kurven festgelegt ist.

Anwenden von Lasten auf Oberflächen

Gleichmäßiger Druck, gleichmäßige Traktion und hydrostatischer Druck können nur auf die obere oder untere Fläche des 3D-Dichtungselements angewendet werden (nicht auf beide).

Wenn das Modell aus einem CAD-Volumenkörpermodell stammt und nicht manuell bearbeitet wurde, kann der Druck angewendet werden, indem die Oberfläche der Fläche ausgewählt wird, wo der Druck angemessen ist. Die Flächennummern der einzelnen Linien, aus denen die Fläche besteht, sind nicht entscheidend. Ein reines CAD-Modell erkennt, welche Flächen zur Oberfläche gehören. Der Druck wird angewendet, wenn die ausgewählte Oberfläche die obere oder untere Fläche der Dichtung ist.

Für Bauteile, die per Hand mit einem Netz versehen wurden, oder wenn das CAD-Modell geändert wurde (und Sie daher mit der Entsprechung eines Modells arbeiten, das per Hand mit einem Netz versehen wurde), muss ein Großteil der Linien, aus denen die Fläche des Elements besteht, auf derselben Flächennummer vorhanden sein, damit der Druck auf die Fläche angewendet werden kann. Bei einer Fläche mit vier Knoten bestimmen drei der vier Linien auf derselben Flächennummer die Flächennummer dieser Fläche. Bei einer Fläche mit drei Knoten bestimmen zwei der drei Linien auf derselben Flächennummer die Flächennummer dieser Fläche. Die höchste Flächennummer unter den Flächen, die das 3D-Dichtungselement definieren, bestimmt anschließend die Flächennummer des Elements. Der Druck wird angewendet, wenn die ausgewählte Oberfläche die obere oder untere Fläche der Dichtung ist.

Grundlegende Schritte für die Verwendung von 3D-Dichtungselementen

1. Stellen Sie sicher, dass ein Einheitensystem definiert ist.
2. Stellen Sie sicher, dass das Modell einen nichtlinearen Analysetyp verwendet.
3. Verwenden Sie beim Erstellen des Netzes für die Dichtung ein Element über die Dicke. Beachten Sie, dass der Netzerzeuger für CAD-Volumenkörpermodelle über eine bestimmte Einstellung für die Netzerstellung mit einem Element verfügt. (Weitere Informationen finden Sie unter Netzerstellung von CAD-Volumenmodellen)
4. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Elementtyp für das Bauteil, das einem 3D-Dichtungselement entsprechen soll.
5. Wählen Sie den Befehl 3D-Dichtung.
6. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Elementdefinition.
7. Wählen Sie den Befehl Elementdefinition bearbeiten.
8. Geben Sie die entsprechende Eingabe im Dialogfeld Elementdefinition an, um die Lösungsparameter für das Dichtungselement festzulegen.
9. Klicken Sie auf die Schaltfläche OK.
10. Klicken Sie für das entsprechende Bauteil mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Material, und wählen Sie Material bearbeiten. Geben Sie die Materialeigenschaften für die Dichtung ein.
11. Wählen Sie die Oberfläche(n) aus, die die obere und untere Fläche der Dichtung definieren. Die Auswahl kann im Anzeigebereich (Auswahl Auswählen Flächen) oder in der Strukturansicht im Abzweig Flächen erfolgen. (Die beiden Flächen können sich auf derselben Flächennummer oder auf unterschiedlichen Flächennummern befinden). Klicken Sie mit der rechten Maustaste, und wählen Sie Dichtungs- Ober-/Unter- Fläche. Beim Arbeiten mit einem manuell erstellten Netz sollten sich die Linien an den Seiten der Dichtung, die die obere und untere Fläche verbinden, nicht auf der gleichen Flächennummer wie die obere oder untere Fläche befinden.

Erweiterte Parameter für 3D-Dichtungselemente

Die anderen Parameter im Dialogfeld Elementdefinition bestimmen das Verhalten der Dichtung während der Analyse.

• Im Pulldown-Menü Analyseerarbeitung wird festgelegt, ob große Verbiegungseffekte in der Analyse enthalten sind. Wenn die Option Geometrisch nichtlinear ausgewählt ist, basiert die sich ändernde Dicke und Ausrichtung der Dichtung auf der aktuellen Dichtungsverformung. Große Verbiegungseffekte aufgrund von Geometrieänderungen sind enthalten. Wenn die Option Linear ausgewählt ist, werden die Dicke und die Ausrichtung anhand der ursprünglichen Position berechnet. Geringe Verbiegungseffekte werden angenommen, und Effekte aufgrund von Geometrieänderungen werden ignoriert.
• Die Genauigkeit für die Berechnung des Elements wird im Pulldown-Menü Integrationsreihenfolge festgelegt. Wählen Sie für rechteckig geformte Elemente die Optionzweitrangig. Wählen Sie für leicht verformte Elemente die Optiondrittrangig. Wählen Sie für stark verformte Elemente die Option viertrangig. Die Berechnungszeit für die Formulierung der Elementsteifigkeit erhöht sich mit der dritten Potenz der Integrationsreihenfolge. Aus diesem Grund sollte die geringste Integrationsreihenfolge, die zu akzeptablen Ergebnissen führt, verwendet werden, sodass die Verarbeitungszeit verkürzt wird.
• Das Feld Stabilisierungsfaktor enthält numerische Stabilität für Modelle. Da die Dichtung nur Steifigkeit in Dickenrichtung aufweist, kann die Bewegung lotrecht zur Dicke instabil sein, insbesondere, wenn Sie eine statische Belastungsanalyse durchführen und wenn die über die Dichtung verbundenen Bauteile nicht durch andere Elemente eingeschränkt werden (Schrauben zum Verbinden der Bauteile, Begrenzungsbedingungen usw.). Der Stabilisierungsfaktor kann Null sein, wenn die Dichtung mit angemessenen Abhängigkeiten versehen ist. Die durch den Stabilisierungsfaktor hinzugefügte Steifigkeit ist das Produkt des Stabilisierungsfaktors und der Steifigkeit des letzten Segments der Materialeigenschaftskurve für die Dichtung. Da es sich um Steifigkeit handelt, die zu Diagonalausdrücken der Elastizitätsmatrix hinzugefügt wurde, sollte sie möglichst gering sein, sodass die Konvergenz und Genauigkeit der Ergebnisse nicht beeinflusst wird.
• Das Kontrollkästchen Überall Standard-Anfangsdickenrichtung verwenden ist nur verfügbar, wenn die Analyseerarbeitung auf Linear festgelegt ist. Wenn diese Option aktiviert ist, wird die Dicke der Dichtung auf eine konstante Dicke festgelegt, die unter Skalar X, Skalar Y und Skalar Z angegeben wird. Dies kann für sehr dünne Dichtungen nützlich sein, bei denen sich der numerische Fehler in den Knotenkoordinaten erheblich auf die Dicke auswirken kann.