In diesem Abschnitt werden Aspekte der Einrichtung und Durchführung von Multiphysics-Analysen behandelt. Mit Simulation Mechanical können Sie die Ergebnisse eines Analysetyps als Last in einem nachfolgenden anderen Analysetyp anwenden. Beispiele hierfür sind:
- Verwenden Sie Temperaturergebnisse aus einer thermischen Analyse als Last in einer Strukturanalyse (linear statisch, MES usw.), um thermische Spannungen zu erhalten. Anmerkung: Temperaturergebnisse können aus einer thermischen Analyse in Simulation Mechanical oder Autodesk CFD stammen. Weitere Informationen zur Interoperabilität der thermischen Spannung zwischen CFD und Mechanical finden Sie auf der Seite Anwenden von Temperaturergebnissen aus Autodesk CFD als Thermolasten in einer Spannungsberechnung in Simulation Mechanical.
- Verwenden Sie elektrostatische Kräfte aus einer Analyse der elektrostatischen Spannung und Feldstärke in einer Strukturanalyse, um Verschiebungen aufgrund von elektrostatischen Kräften zu bestimmen.
- Verwenden Sie elektrischen Strom aus einer Analyse der elektrostatischen Spannung und des elektrostatischen Stroms, um Joule-Erwärmung in einer thermischen Analyse zu erzeugen.
- Verwenden Sie Begrenzungsreaktionen aus einer Strömungsanalyse als Last in einer Strukturanalyse. Beispiel: Verwenden Sie diese Funktion, um Spannung und Verschiebung einer Struktur aufgrund hoher Windlasten zu bestimmen. Autodesk CFD ist erforderlich, um die Strömungsphase dieser Multiphysics-Analyse auszuführen. Weitere Informationen finden Sie unter Anwenden von Begrenzungsreaktionen aus Autodesk CFD auf eine Spannungsberechnung in Simulation Mechanical.
Auf dieser Seite werden einige Punkte erläutert, die beim Kombinieren von Analysetypen in unidirektional gekoppelten (manchmal auch als "nicht gekoppelt" bezeichnet) Multiphysics-Szenarien zu beachten sind. Die Kopplung wird als "unidirektional" definiert, weil die Ergebnisse der ersten Analyse sich auf die zweite auswirken, die Ergebnisse der zweiten Analyse jedoch nicht auf die erste. Bei bidirektional gekoppelten Analysen (manchmal einfach als "gekoppelt" bezeichnet) wirken sich beide Analysen aufeinander aus, und die Lösung muss iterativ berechnet werden, bis beide Ergebnissätze konvergieren. Simulation Mechanical unterstützt keine Szenarien mit bidirektional gekoppelten Multiphysics-Analysen.
Weitere Informationen:
In unidirektional gekoppelten (oder nicht gekoppelten) Multiphysics-Szenarien werden einzelne Analysetypen separat ausgeführt. Informationen zum Einrichten und Ausführen von einzelnen Analysetypen finden Sie im Hilfethema Einrichten und Durchführen der Analyse. Zusätzliche Unterstützung in Bezug auf die einzelnen Phasen der unidirektional gekoppelten Analysen erhalten Sie in den entsprechenden Unterthemen unter Analysespezifische Informationen.
Hinweise für die Kombination von Analysetypen:
So legen Sie ein Ergebnis einer Analyse als Last für eine andere Analyse fest
Es gibt zwei Möglichkeiten, um eine Eingabe oder Last festzulegen, die auf den Ergebnissen einer vorherigen Analyse basieren:
- Im Dialogfeld Analyseparameter.
Bei Bedarf weist das Dialogfeld mit den Analyseparametern eine Registerkarte auf, auf der Sie externe Dateien als Quelle für die Eingabebedingungen angeben können. So können zum Beispiel thermale Ergebnisse (Temperaturen) und elektrostatische Ergebnisse (Spannungen) für lineare und nichtlineare Strukturanalysen im Dialogfeld Analyseparameter auf den Registerkarten Thermisch und Elektrisch angegeben werden. Bei Bedarf kann auch der gewünschte Zeitschritt oder Lastfalls aus der Ergebnisdatei angegeben werden.
- Über den Befehl Lasten aus Datei.
Sie können diesen Befehl aufrufen, indem Sie mit der rechten Maustaste in den Anzeigebereich des FEM-Editors klicken. Er wird nur dann im Kontextmenü angezeigt, wenn beim Klicken mit der rechten Maustaste derzeit nichts ausgewählt ist. Im Dialogfeld Lasten aus Datei können Sie den Typ der Ergebnisdatei, den Lastfall aus der Ergebnisdatei, der als Eingabe verwendet werden soll, den Lastfall in der aktuellen Analyse, in der diese Last angewendet werden soll, sowie einen Multiplikator angeben.
Für Temperaturen können beide der oben genannten Methoden verwendet werden, wobei jede Methode jedoch ein etwas anderes Verhalten aufweist. Elektrostatische Spannungen können nur im Dialogfeld Analyseparameter als Eingabe verwendet werden. Bei allen anderen Ergebnisarten muss der Befehl Lasten aus Datei verwendet werden, um die Last auf die folgende Analyse anzuwenden. Ein Ergebnis, das nur über den Befehl Lasten aus Datei angewendet werden kann, sind die elektrostatischen Kräfte.
Sicherstellen, dass die gewünschte Last von der ersten Analyse ausgegeben wird
In einem bestimmten Fall gibt der Solver standardmäßig kein Ergebnis aus, das auf eine nachfolgende Analyse angewendet werden kann. Sie müssen die optionale Ausgabe von elektrostatischen Reaktionskräften explizit aktivieren und die Flächen angeben, für die die Reaktionen berechnet und ausgegeben werden sollen. Dies erfolgt auf der Registerkarte Optionen des Dialogfelds Analyseparameter für den Analysetyp Elektrostatische Feldstärke und Spannung.
Verfügen die Netze über eine Übereinstimmung?
Bei einigen Arten von 1-Weg-Kopplungen können die Netze in den beiden Modellen verschieden sein. Auf diese Weise können Sie das Netz in beiden Modellen optimieren. (Die Netze können natürlich auch identisch sein.) Abbildung 1 zeigt ein Beispiel. Auf den Seiten für die einzelnen Lasttypen sehen Sie, ob die einzelnen Netze unterstützt werden oder nicht.
|
(a) Temperaturergebnisse aus einer thermischen Analyse |
|
(b) In eine Spannungsanalyse mit einem gröberen Netz geladen. |
|
(c) In eine Spannungsanalyse mit einem feineren Netz geladen. |
| Abbildung 1: Zuordnen von Temperaturergebnissen zu einem anderen Spannungsnetz |
Anforderungen für verschiedene Netze
Wenn die Art der Last verschiedene Netze in den beiden Modellen unterstützt, dann muss das Modell mit den Ergebnissen ein vollständiges Modell sein. Die Ergebnisse werden zwischen verschiedenen Netzen übertragen, indem die Knoten in jedem Bauteil des Ergebnismodells derselben Bauteilnummer im Zielmodell zugeordnet werden. Die Zuordnung erfolgt wie folgt:
- Für Volumenelemente (SD, Quader und Tetraeder) kann für diese Bauteile ein anderes Netz verwendet werden. Die Ergebnisse werden aus dem Ergebnismodell wie folgt in das Zielmodell übertragen:
- Interpolation mit Formfunktionen wird verwendet, wenn die Knoten im Zielmodell sich im Volumen des Ergebnismodells befinden.
- Projektion wird verwendet, wenn der Knoten im Zielmodel sich außerhalb des Volumens der Ergebnismodells, aber innerhalb der Toleranz des Netzes befindet. Siehe Abbildung 2.
- Alle Knoten im Zielmodell, die nicht interpoliert oder projiziert werden können, erhalten die Standardlast.
- Für Linienelemente (Stab, Balken usw.) und Flächenelemente (Membrane, Schale usw.) müssen die Koordinaten der Knoten in den Bauteilen in den beiden Modellen übereinstimmen. Das heißt, für diese Elementtypen muss das gleiche Netz verwendet werden.
- Die Ergebnisse und Koordinaten werden von den Einheiten im Ergebnismodell in die Einheiten im Zielmodell umgerechnet, falls erforderlich.
Ein stark vergrößerte Zeichnung (und zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt) von zwei Netzen desselben Bauteils in zwei verschiedenen Modellen. Die Ergebnisse werden aus dem in Grün angezeigten Modell übertragen und im Netz des Zielmodells schattiert (in Blau angezeigt, ohne Schattierung, und hinter dem Netz des Ergebnismodells). Knoten 1 liegt außerhalb des Volumens des Ergebnisnetzes, sodass er auf die Fläche der Ergebnisse projiziert wird (Punkt 1'). Formfunktionen werden zum Interpolieren der Ergebnisse aus Element 12-13-17-15 in die Knoten 1', 2 und 3 verwendet. Das Ergebnis bei 1' ist Knoten 1 zugewiesen.
Abbildung 2: Beispiel Knotenzuordnung
Da die Zuordnung auf Grundlage der einzelnen Bauteile erfolgt, können in jedem Modell verschiedene Bauteile aktiviert oder deaktiviert werden. Beispiel: Sie verwenden Spannungen aus einer elektrostatischen Analyse in einer Spannungsanalyse, um den piezoelektrischen Effekt zu berechnen. Das elektrostatische Modell kann die Luft in die Analyse einschließen, um das richtige elektrostatische Feld zu erhalten. Die Luft ist aber für die Spannungsanalyse nicht relevant und kann daher deaktiviert werden. Ebenso kann ein Bauteil, das für die Spannungsanalyse benötigt wird und das keinen Einfluss auf die elektrostatische Analyse hat, in der elektrostatischen Analyse deaktiviert werden. Siehe Abbildung 2.
Wenn nur die Ergebnisdatei vorhanden ist, finden Sie im Abschnitt "Anforderungen für gleiche Netze" weiter unten weitere Informationen.
|
(a) Vollständiges Modell mit Bauteilen 2 bis 5. Bauteil 3 ist ein Isolator und Bauteil 4 ist Luft. |
|
(b) Das Spannungsergebnis aus einer elektrostatischen Analyse. Bauteil 3 ist nicht in der Analyse enthalten. |
|
(c) Die Spannungslast in einer Spannungsanalyse. Bauteil 3 ist eingeschlossen; Bauteil 4 ist nicht eingeschlossen. |
| Abbildung 3: Unterschiedliche Bauteilnummern im elektrostatischen und Spannungsmodell |
Anforderungen für die gleichen Netze
Wenn aufgrund des Lasttyps das Netz in den beiden Modellen identisch sein muss, oder wenn für die Ergebnisse kein vollständiges Modell vorhanden ist, werden die Ergebnisse mit einer der beiden folgenden Methoden übertragen (abhängig von den Funktionen des Lasttyps):
- Übertragung nach Knotennummer. Das Ergebnis an Knoten 1 wird an Knoten 1 im Zielmodell übertragen, das Ergebnis an Knoten 2 wird an Zielknoten 2 übertragen usw. Die Knotennummern der Modelle müssen also identisch sein.
- Übertragen nach Koordinaten. Die Knotenkoordinate im Ergebnismodell darf nur einer einzigen Knotenkoordinate im Zielmodell entsprechen. Diese Methode sollte daher nicht verwendet werden, wenn mehr als ein Knoten an den gleichen Koordinaten im Raum vorhanden ist. Das kommt meistens vor, wenn Sie einen anderen Kontakttyp als verklebt verwenden und die Bauteile "in Kontakt" sind. Beispiel: Beim Flächenkontakt werden zwei Knoten (einer pro Bauteil) an den gleichen Koordinaten erstellt. Wenn die Temperaturen von einem thermischen Modell an ein Spannungsmodell übertragen werden, können Sie nicht steuern, welches Temperaturergebnis aus den übereinstimmenden Knoten an welchen Knoten übertragen wird.
Wenn das Eingabemodell nicht vorhanden und nur die Ergebnisdatei vorliegt, dann muss die Übertragung mit der Knotennummermethode erfolgen.
Alle zusätzlichen Knoten im Zielmodell erhalten die Standardlast, falls definiert.