2D-Dichtungselemente

Dichtungen werden in zahlreichen Baugruppen vielfach verwendet und spielen eine grundlegende Rolle beim Abdichten und Übertragen von Kraft. 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:

1. Nur Druckspannungen über die Dicke werden entwickelt und übertragen. Normalspannungen. Spannungen und Kräfte auf 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.
2. Das Netz muss mit nur einem Element über die Dicke erstellt werden.
3. 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.
4. Die Materialeigenschaften sind für eine bestimmte Dicke der Dichtung spezifisch.

2D-Dichtungselemente können isoparametrische vierseitige (4 Knoten) oder dreieckige Elemente (3 Knoten) sein.

Diese Elemente sind auf die globale XY-Ebene beschränkt. Das Element kann planare (Layerndehnungsbedingung) oder achsensymmetrische Bedingungen darstellen. In beiden Fällen verfügt jeder Elementknoten über zwei Translationsfreiheitsgrade (in Y- und Z-Richtung).

Das Materialmodell des Dichtungselements umfasst die Funktionen einer multilinearen elastischen Kurve, eines Gleitpunkts, einer multilinearen plastischen Kurve und mehreren Entlastungskurven, die jeweils durch multilineare Kurven definiert sind.

Anwenden von Lasten auf die Oberfläche:

Gleichmäßiger Druck, hydrostatischer Druck und gleichmäßige Traktion können nur auf die Oberseite oder die Unterseite des 2D-Dichtungselements angewendet werden, aber nicht auf beide. Druck wird angewendet, indem Sie das Oberflächennummernattribut der Linie ändern und dann einen Druck auf die Oberfläche anwenden. Der Druck, der der Seite mit der höheren Oberflächennummer zugewiesen ist, ist die Seite des Elements, die den Druck erhält.

Auswahl von Typen von 2D-Dichtungselementen

Es gibt zwei Typen von 2D-Dichtungselementen für eine nichtlineare Analyse. Sie können im Dropdown-Feld Geometrieyp im Dialogfeld Elementdefinition ausgewählt werden.

• Achsensymmetrisch: Wählen Sie diesen Geometrietyp für Elemente, die Volumenkörper mit geometrischer, Last- und Begrenzungsbedingungssymmetrie um die Z-Achse modellieren. Negative Y-Koordinaten sind nicht zulässig. Wenn ein Punkt auf der Rotationsachse (Z-Achse) liegt, muss die Translation in Y-Richtung bestimmt werden. Knotenlasten werden durch die Anzahl der Radianten in einem Kreis (Last geteilt durch Radianten) normalisiert.

  

  Abbildung 1: Achsensymmetrisches 2D-Modell

• Layerndehnung: Wählen Sie diesen Geometrietyp aus, um planare Volumenkörper zu modellieren. Eine Dicke von 1 Einheit wird angenommen. Andere Bauteile im Modell müssen ggf. entsprechend eingerichtet werden, um die Dichtungsdicke zu berücksichtigen. Eine Dicke kann über das Feld Dicke (nur Visualisierung) eingegeben werden, aber diese Dicke wird nur für die 3D-Visualisierung in der Ergebnisanzeige verwendet. (Weitere Informationen finden Sie auf der Seite Browser-Funktionen.) Alle Eingabelasten und Ergebnisse basieren auf der Dicke von 1 Einheit.

  

  Abbildung 2: 2D-Layerndehnung

Erweiterte 2D-Dichtungselementparameter

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. Für rechteckig geformte Elemente wählen Sie die Option Zweitrangig. Wählen Sie für leicht verformt Elemente die Option Drittrangig. Für extrem verformte Elemente wählen Sie 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 durch Eingaben für Skalar Y und Skalar Z angegeben ist. Dies kann für sehr dünne Dichtungen nützlich sein, bei denen der numerische Fehler in den Knotenkoordinaten erhebliche Auswirkungen auf die Dicke haben kann.

Grundlegende Schritte zum Verwenden von 2D-Dichtungselementen

1. Stellen Sie sicher, dass ein Einheitensystem definiert ist.
2. Stellen Sie sicher, dass das Modell einen nichtlinearen Analysetyp verwendet.
3. Beim Erstellen des Netzes der Dichtung verwenden Sie ein Element über die Dicke.
4. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Elementtyp für die Bauteile, das Sie als 2D-Dichtungselemente festlegen möchten.
   Tipp: Nützliche Befehle zum Konvertieren von 3D-Modellen in 2D-Modelle sind Zeichnen Muster Neu positionieren und skalieren, Zeichnen Muster Drehen oder kopieren und Zeichnen Ändern Auf Ebene projizieren. Sie können beispielsweise versehentlich ein Netz in der XY-Ebene erstellen. Sie können das Netz mit dem Befehl Neu positionieren und skalieren oder Drehen auf die YZ-Ebene drehen. Durch Abrunden können einige Knoten einen kleinen X-Koordinatenwert haben, der verhindert, dass der Elementtyp auf 2D gesetzt wird. Verwenden Sie in diesem Fall Auf Ebene projizieren, um die Knoten genau auf der YZ-Ebene zu fangen.
5. Wählen Sie den Befehl 2D-Dichtung .
6. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Elementdefinition.
7. Wählen Sie den Befehl Elementdefinition bearbeiten.
8. Geben Sie die passenden Eingaben in das Dialogfeld Elementdefinition ein, um die Geometrie und Lösungsparameter für das Dichtungselement anzugeben.
9. Klicken Sie auf 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 Ober- und Unterseite der Dichtung definieren. Das ist über den Anzeigebereich (Auswahl Flächen auswählen) oder im Zweig Flächen der Strukturansicht möglich. (Die beiden Flächen können sich an der selben Oberflächennummer oder an verschiedenen Oberflächennummern befinden.) Klicken Sie mit der rechten Maustaste, und wählen Sie Dichtungs-Ober-/Unter-Fläche aus. Die Linien an den Seiten der Dichtung, die die Ober- und Unterseite miteinander verbinden, dürfen sich nicht auf der gleichen Oberflächennummer wie die Ober- oder Unterseite befinden.