Wissenswertes vor dem Erstellen des Modells
Einige Einschränkungen bei der Verwendung von Lücken- und Flächenkontaktelementen (auf dieser Seite als Lückenelementen bezeichnet) in einer statischen Spannungsanalyse mit linearen Materialmodellen sind wie folgt. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich diese Informationen auf manuell erstellte Lückenelemente von 3D CAD-Modellen mit Flächenkontakten und 2D-Netzen mit Flächenkontakten.
- Lückenelemente sind für lineare dynamische Analysen nicht verfügbar.
- Die Ergebnisse sind unabhängig vom Lastverlauf; nur das endgültige statische Ergebnis wird berechnet. Daher wird beim Be- und Entlasten die Energie nicht aufgrund von Reibung abgeleitet. (Im Fall von manuell erstellten Lückenelementen können die Reibungseffekte zwischen den beiden Flächen nicht berücksichtigt werden.)
Lücken- und Flächenkontaktelemente in einer linearen Spannungsanalyse führen dazu, dass die Lösung zu einer iterativen Lösung wird. Bis die Verformungen bekannt sind, es ist unbekannt, welche Lückenelemente geöffnet oder geschlossen sind. Bis bekannt ist, welche die Lückenelemente geöffnet oder geschlossen sind, können die Verformungen nicht berechnet werden. Die Lösungsmethode ist daher wie folgt:
- Gehen Sie davon aus, dass einige der Lückenelemente in der ersten Iteration geöffnet oder geschlossen sind
- Berechnen Sie die Verformung
- Bestimmen Sie, welche Lückenelemente geöffnet oder geschlossen sind und welche nicht
- Ändern Sie die Lückenelemente, die nicht der Annahme entsprechen
- Wiederholen Sie die Analyse, bis der Status aller Lückenelemente konstant ist
Da es nicht bekannt ist, wie viele Iterationen zum Konvergieren der Lösung erforderlich sind, kann die Laufzeit für ein Modell mit Lückenelementen viel länger sein als das gleiche Modell ohne Lücken.
Stabilisieren des Modells
Ein Problem, das Sie möglicherweise berücksichtigen müssen, sind steife Körperbewegungen in Unterbaugruppen, die nur durch Lückenelemente eingeschränkt sind. (Eine Unterbaugruppe wird hier als eine beliebige Anzahl von Bauteilen definiert, die miteinander verbunden sind.) Da die Lösung iterativ ist, müssen Sie beachten, dass einige Iterationen möglicherweise nicht genügend Lückenelemente in die Lösung einbeziehen, um statische Stabilität für alle Unterbaugruppen zu bieten. Daher sollten alle Teile des Modells statisch stabil sein, ohne sich auf die Lückenelemente zu verlassen.
In Fällen, in denen Bauteile sich frei bewegen können, bis sie mit anderen Bauteilen interagieren, müssen diese mit schwachen Federn (schwache Randelemente) gehalten werden. Das Ziel ist die Stabilität für alle Bauteile, wobei sie sich im Prozess aber um eine beträchtliche Distanz bewegen können. Wenn Lückenelemente in irgendeiner Iteration nicht Teil der Lösung sind, hält die schwache Feder das Bauteil, damit vom System eine Lösung berechnet werden kann. Dann stellt das System aber fest, dass einige Lückenelemente aufgetreten sind, und fährt mit der nächsten Iteration fort, wo das Lückenelement eingeschlossen wird. Da schwache Randelemente nicht tatsächlich vorhanden sind, muss die Steifigkeit so festgelegt werden, dass sie eine minimale Auswirkung auf die Ergebnisse hat.
Die Details zum Hinzufügen der Randbedingungselemente sind wie folgt:
- Für eine Unterbaugruppe, die teilweise oder ausschließlich durch Lückenelemente eingeschränkt ist, wählen Sie drei Punkte aus (Auswahl
Auswählen Punkte). Um Stabilität in allen Richtungen zu geben, dürfen die drei beliebigen Knoten nicht in einer geraden Linie liegen. (Weniger als 3 Punkte können verwendet werden, wenn die Unterbaugruppe in einer Richtung von Randbedingungen eingeschränkt ist oder wenn der Elementtyp keine Freiheitsgrade aufweist. Der Zweck der Randbedingungselemente besteht darin, das Bauteil statisch stabil in allen sechs Richtungen zu machen: drei Translationen und drei Drehungen.) - Klicken Sie mit der rechten Maustaste, und wählen Sie Hinzufügen Starres Element an Knoten.
- Legen Sie das Randbedingungselement in X-, Y- und Z-Richtung (oder entsprechend) fest.
- Geben Sie einen Wert in das Feld Steifigkeit ein. Beachten Sie, dass ein Randbedingungselement eine Feder ist, die den Knoten mit dem Boden verbindet. Daher überträgt sie einen Teil der angewendeten Last auf den Boden. 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 starren Elemente 1 lb übernehmen, und wenn die geschätzte Verformung des Modells an der starren Position 0.05 Zoll beträgt, dann wäre eine akzeptable Steifigkeit F/d = (1 lb)/(0.05 inch) = 20 lb/in.
- Klicken Sie auf OK, um das Randbedingungselement auf die ausgewählten Punkte anzuwenden.
- Wiederholen Sie diesen Vorgang für andere Unterbaugruppen im Modell wie erforderlich.
Zur Verbesserung der Stabilität des Modells und des iterativen Prozesses überprüfen Sie die Einstellungen auf der Registerkarte Kontakt in den Analyseparametern. Weitere Informationen finden Sie unter Kontaktoptionen auf der Seite Statische Spannung mit linearen Materialmodellen weiter unten in diesem Abschnitt.
Nach der Analyse
Überprüfen Sie nach der Analyse die Protokolldatei (aus der Berichtsumgebung), um zu sehen, wie der iterative Prozess gelaufen ist. Eine Beispielausgabe sehen Sie unten:
| **** Begin solving nonlinear equations (Lösung nichtlinearer Gleichungen beginnt) | ||||||||
| ITER | CLOSE | OPEN | frON | fOFF | LOADFACT | TOTALf | CLOSED/TOTAL | CRC-CHECK |
| 1 | 9 | 0 | 0 | 0 | 1.0000E+00 | 0 | 9/11 | 123408E4 |
| 2 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1.0000E+00 | 0 | 8/11 | 6BB6B604 |
| 3 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1.0000E+00 | 0 | 7/11 | 665639D4 |
| 4 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1.0000E+00 | 0 | 6/11 | 40CE5738 |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1.0000E+00 | 0 | 5/11 | FB5D11B9 |
| **** Solution has converged (Lösung ist konvergiert). | ||||||||
Dabei gilt:
- ITER ist die Iterationsanzahl. In diesem Beispiel wurden 5 Iterationen angewendet.
- CLOSED ist die Anzahl der Lückenelemente, die aus der vorherigen Iteration in geschlossen geändert wurden. In diesem Beispiel wurden in der ersten Iteration 9 Elemente von geöffnet in geschlossen geändert, und dann wurden keine weiteren Lückenelemente während der restlichen Iterationen geschlossen.
- OPEN ist die Anzahl der Lückenelemente, die aus der vorherigen Iteration in geöffnet geändert wurden. In diesem Beispiel wurde je ein Element in Iteration 2 bis 5 geöffnet.
- frON und fOFF sind die Anzahl der Lückenelemente, die von der vorherigen Iteration geändert wurden, um Reibung einzubeziehen oder zu entfernen.
- LOADFACT ist der Lastfaktor, der auf das Modell angewendet wurde.
- TOTALf ist die Gesamtanzahl der Lückenelemente mit Reibung.
- CLOSED/TOTAL ist die Anzahl der Lückenelemente, die geschlossen sind, im Vergleich zur Gesamtzahl der Lückenelemente im Modell.
- CRC-CHECK ist eine Methode für den Prozessor zu erkennen, dass die Lösung schwingt. Zwei Iterationen haben den gleichen Status für alle Lückenelemente. Wenn dies fortgesetzt wird, wiederholt der Prozessor denselben Iterationszyklus unbegrenzt. Wenn solche Schwingungen auftreten, wird die Lösung angehalten, und die Protokolldatei enthält eine Meldung, dass die Lösung quasi periodisch ist.
- Lösung ist konvergiert gibt an, dass eine erfolgreiche Lösung erhalten wurde. Andere Meldungen besagen, dass die Lösung nach n Iterationen nicht konvergiert ist oder dass eine quasi-periodische Lösung erreicht wurde. Die periodische Lösung gibt an, dass in zwei verschiedenen Iterationen die gleichen Lückenelemente geöffnet und geschlossen wurden. Ihrem System fehlt möglicherweise die Stabilität für den Prozessor, um die statische Lösung zu finden; fügen Sie in diesem Fall Randbedingungselemente hinzu. Die zweite Option ist zum Anpassen der Kontaktparameter in den Analyseparametern.
Wenn Randbedingungselemente zum Stabilisieren von Bauteilen im Modell verwendet wurden, verwenden Sie die Ergebnisanzeige, um die Axialkräfte in den Randbedingungselementen zu prüfen. Der Betrag der Axialkraft sollte unbedeutend im Vergleich zu den angewendeten Lasten im Modell sein.