Durchführen von Analysen mit Kontakten

Zu Kontakten in einer nichtlineare Analyse gehört eine Reihe verschiedener Kontakttypen wie

Beachten Sie bei der Verwendung in einer nicht linearen statischen Analyse, dass alle Bauteile des Modells in allen Zeitschritten und allen Iterationen statisch stabil sein müssen, ohne sich auf den Kontakt zu verlassen. Die Analyse konvergiert langsam oder kann nicht ausgeführt werden, wenn diese Hinweise nicht befolgt werden.

Stabilisieren des Modells

In Fällen, in denen Bauteile sich frei bewegen können, bis sie mit anderen Bauteilen interagieren, müssen diese mit schwachen Federn gehalten werden. Das Ziel ist die Stabilität für alle Bauteile, wobei sie sich im Prozess aber um eine beträchtliche Distanz bewegen können. Wenn der Kontakt in irgend einer Iteration nicht berücksichtigt wird, hält die schwache Feder das Bauteil, damit vom System eine Lösung berechnet werden kann. Dann stellt das System aber fest, dass ein Kontakt aufgetreten ist und fährt mit der nächsten Iteration fort, wo der Kontakt eingeschlossen wird. Da schwache Federn nicht tatsächlich vorhanden sind, muss die Steifigkeit so festgelegt werden, das sie eine minimale Auswirkung auf die Ergebnisse hat. Die Last, die vom Modell über die Federn auf den Boden übertragen wird, sollte einen kleinen Teil der angewandten Lasten betragen. Siehe Abbildung 1.

In einigen Situationen können Begrenzungsbedingungen in verschiedenen Richtungen verwendet werden, um zu verhindern, dass die Bauteile sich bewegen. Z. B. kann ein Bolzen in einer Gabel eine Begrenzungsbedingung in axialer Richtung verwenden, um Stabilität zu geben. Schwache Federn werden in den anderen Richtungen verwendet, in denen der Kontakt stattfindet, um Stabilität zu geben, während der Bolzen an den Kontakt verschoben wird.

Die Details zum Hinzufügen der schwachen Federelemente sind Folgende: (eine Unterbaugruppe ist hier als eine beliebige Anzahl von Bauteilen definiert, die miteinander verbunden sind.)

  1. Für eine Unterbaugruppe, die teilweise oder ganz von dem Kontakt gehalten wird, zeichnen Sie Linien (Geometrie: Hinzufügen: Linien) auf eine neue Bauteilenummer. Vergewissern Sie sich, dass die Option Als Konstruktion verwenden nicht ausgewählt ist, und aktivieren Sie die Option Relative Werte im Liniendialogfeld.
  2. Fügen Sie drei Linien hinzu, je eine in Richtung X, Y und Z, verbunden mit Knoten in der Unterbaugruppe. Um Stabilität in allen Richtungen zu geben, fügen Sie eine Reihe von Linien zu drei beliebigen Knoten hinzu, die nicht in einer geraden Linie liegen. (Weniger als drei Knoten können verwendet werden, wenn die Unterbaugruppe in einer Richtung von Begrenzungsbedingungen eingeschränkt wird. Der Zweck der Federelemente besteht darin, das Bauteil statisch stabil in allen sechs Richtungen zu machen: drei Translationen und drei Drehungen.) Die Länge der Linien hat vernachlässigbare Auswirkungen auf die Analyse, sofern die Federelemente die Bewegung nicht beeinträchtigen.
  3. Wählen Sie die einzelnen Knoten am freien Ende der Feder über (Auswahl: Auswählen: Knoten) aus, klicken Sie mit der rechten Maustaste und wählen Sie Hinzufügen: Knotenrandbedingung. Legen Sie die Begrenzungsbedingung auf Fixiert fest.
  4. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Eintrag Elementtyp in der Strukturansicht, und wählen Sie Feder.
  5. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Eintrag Elementdefinition in der Strukturansicht, und wählen Sie Elementdefinition bearbeiten. Geben Sie einen Wert im Feld Federsteifigkeit ein. Sobald festgestellt wird, dass die Feder mit dem Boden Kontakt hat, wird ein Teil der angewandten Last an den Boden übertragen. Um die Größe der Last zu minimieren, die aus dem Modell entfernt wird, berechnen Sie die passende Steifigkeit wie folgt. Schätzen Sie die Verformung, die am Knoten auftreten wird, und nehmen Sie an, dass ein Bruchteil der angewandten Last über die Feder übertragen wird (z. B. 0,1 %). Die Steifigkeit kann als Last/Verformung berechnet werden. Wenn z. B. die angewandte Last 1000 lbs beträgt und Sie zulassen möchten, dass die Federelemente 1 lb übernehmen (bevor die Bauteile in Kontakt kommen), und wenn die geschätzte Verformung des Modells an der Federnposition 0,05 Zoll beträgt, dann wäre eine akzeptable Steifigkeit F/d = (1 lb)/(0,05 inch) = 20 lb/in.
  6. Wiederholen Sie diesen Vorgang für andere Unterbaugruppen im Modell wie erforderlich.

Abbildung 1: Drei Sätze Federn an einem Bolzen sorgen für Stabilität

Beispiel: Ein Bolzen wird in Kontakt mit einer Gabel gehalten. (Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird die Gabel nicht angezeigt.) Die Federn bei 1 und 2 verhindern die Translation des Bolzens in X, Y und Z und die Drehung um Y und Z, aber nicht, dass der Bolzen sich um die X-Achse dreht (technisch gesehen die Linie, die bei 1 und 2 auf die Knoten trifft). Die Federn bei 3 verhindern, dass der Bolzen sich darum dreht. (Technisch gesehen sind die die Federn in der X- und Y-Richtung an Punkt 3 nicht erforderlich, können aber aus praktischen Gründen hinzugefügt werden.)

Nach der Analyse

Wenn Federelemente zum Stabilisieren von Bauteilen im Modell verwendet wurden, verwenden Sie die Ergebnisanzeige, um die Axialkräfte in den Federelementen zu prüfen (Ergebnisse: Elementkräfte und Momente: Axialkräfte). Der Betrag der Axialkraft sollte unbedeutend im Vergleich zu den angewendeten Lasten im Modell sein.

Übergeordnetes Thema: Durchführen von nichtlinearen Analysen