Korrekte Einstellung des Eintrags einer Verformungskraft

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DemoFreak
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Korrekte Einstellung des Eintrags einer Verformungskraft

Beitrag von DemoFreak »

Hallo zusammen,

ich versuche mich als blutiger Laie bezüglich Maschinenbau/FEA gerade an der Biegesteifigkeitsabschätzung eines Stahlprofils, welches wir zum Aufhängen einer Holzkiste (ca. 35kg schwer) verwenden wollen.

Die Holzkiste ist links und rechts unter dem oben quer verlaufenden U-Profil angebracht, das Profil wiederum mit einer M12-Schraube mittig nach oben mit einer Stahlkonstruktion verschraubt. Ich habe also das Profil aus dem CAD-Programm als STL exportiert, als Material S235JR zugewiesen und dann versucht, die Kräfte da korrekt anzubringen.

Nach Studium des Forums und der Dokumentation habe ich links und rechts an den Stirnflächen feste Lagerungen (Verschiebung X/Y/Z = 0) angebracht und an der Bohrungswandung in der Mitte eine Fläche erzeugt, welche ich dann nach oben "ziehen" will.

Als Erstes habe ich den Punkt "Kraft (gleichverteilt)" verwendet und mit dem Wert 350 nach Y beaufschlagt. Dabei kamen Verformungen heraus, die mir zu groß erschienen (ca. 20mm). Meine Vermutung ging erst dahin, dass ich hier einen Einheitenfehler eingebaut habe, aber da das Modell in mm gebaut ist und die Materialtabelle ebenfalls auf N bzw. mm beruht, denke ich, dass der Fehler dort nicht liegt.

Als Nächstes habe ich (nach Doku-Studium, woraus ich entnehme, dass ich auf diese Weise die Kraft an jedem Knotenpunkt und damit quasi mehrfach einleite) versucht, dort den Punkt "Flächenlast" zu verwenden, dabei wurde allerdings keine Verformung erzeugt. Welchen Fehler ich dort eventuell eingebaut habe, kann ich nicht mehr komplett nachvollziehen, da ich viel herumprobiert habe. ;-)

Weil der Angriff an der Bohrungswandung genau genommen eh verkehrt ist, habe ich als Nächstes an der Innenseite des U-Profils eine Fläche aus mehreren Knoten um die Bohrung herum erzeugt (Abmessungen ca. die Größe einer Beilagscheibe), dabei entstand ebenfalls keine Verformung des Profils.

Als letzten Stand habe ich nunmehr im CAD gleich eine Beilagscheibe unter der Bohrung angebracht und beide Teile als Gesamtkonstruktion exportiert. Wenn ich jetzt die Kraft mit dem Wert 350 als Flächenlast in Richtung Y auf der kreisförmigen Fläche der Beilagscheibe einbringe, ergeben sich nachvollziehbare Verformungen (ca. 0.4mm nach Y). Ein Wert dieser Größenordnung ergibt sich sowohl bei der Berechnung linearer Festigkeit als auch bei Berechnung nichtlinearer Festigkeit mit 25 Abstufungen in der letzten Stufe.

Meine Fragen dazu sind:

1. bin ich mit der Größenangabe für die Kraft in Newton (350N entsprechend ca. 35kg) überhaupt richtig?
2. ist die Einleitung der Kraft als Flächenlast auf die Fläche der Unterlegscheibe so richtig modelliert oder habe ich ein grundlegendes Verständnisproblem?

Bilder kann ich gern nachliefern.

Vielen Dank für's Lesen der länglichen Abhandlung und im Voraus für eventuelle Antworten.

Gruß,

Hannes
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SHautsch
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Re: Korrekte Einstellung des Eintrags einer Verformungskraft

Beitrag von SHautsch »

Hallo Hannes,

grundsätzlich kann man dein Problem auf 2 Arten lösen:
1) CAD-Geometrie vernetzen und berechnen
2) Stahlträger als Balken modellieren und berechnen

Möglichkeit 1 hast du ja schon ausprobiert, für Möglichkeit 2 müsstest du das Flächenträgheitsmoment deines Profils ausrechnen und dann einfach in Z88Aurora ein entsprechendes Balkenmodell zusammenstellen.
Das ist insgesamt einfacher als die ganze Sache in CAD zu modellieren und dann zu vernetzen.

Zu deiner Berechnung: Kraft (gleichverteilt) ist in diesem Fall falsch, da wirklich jeder Knoten die gleiche Kraft zugewiesen bekommt. Da müsstest du vorher die Anzahl der Knoten rauslesen und dann die Kraft entsprechend aufteilen. Diese Arbeit nimmt dir die Flächen- bzw. Linienlast aber ab, daher ist in deinem Fall besser die Flächenlast zu wählen. Die Einleitung der Kraft über die Unterlegscheibe ist meiner Meinung nach nicht verkehrt und eine Modellierung der Schraube sparen wir uns auch.
Bei 35 kg sind 350 N eine gute Näherung, exakt wäre es natürlich mit der Erdbeschleunigung von 9,81 m/s2 (je nachdem wo deine Kiste hängt :mrgreen:), was dann 343,4 N ergäbe. Aber wenn die Kiste bei 350 N hält, dann sicher auch bei 343,4 N :D

Du kannst uns dein Projektverzeichnis bzw. die CAD-Datei (STEP, IGES, STL) gerne zukommen lassen, dann schauen wir uns deine Berechnung mal genauer an. Einfach per E-Mail an z88aurora.ät.uni-bayreuth.de schicken.

Viele Grüße
SHautsch
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DemoFreak
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Registriert: Di 7. Apr 2015, 11:26

Re: Korrekte Einstellung des Eintrags einer Verformungskraft

Beitrag von DemoFreak »

Hallo SHautsch,

vielen Dank für die schnelle Antwort. :)
SHautsch hat geschrieben: Möglichkeit 1 hast du ja schon ausprobiert, für Möglichkeit 2 müsstest du das Flächenträgheitsmoment deines Profils ausrechnen und dann einfach in Z88Aurora ein entsprechendes Balkenmodell zusammenstellen.
Das ist insgesamt einfacher als die ganze Sache in CAD zu modellieren und dann zu vernetzen.
Da ich die Daten eh als CAD für den Fertiger vorliegen habe, ist Variante 1 für mich einfacher, ganz abgesehen von dem Umstand, dass ich gar nicht wüsste, wie ich das Flächenträgheitsmoment des Profils errechne. :D
Ich werde das trotzdem mal in einer ruhigen Minute testen, eine Webseite mit entsprechender Formelsammlung bzw. einem Onlinerechner ist mir schon empfohlen worden.
SHautsch hat geschrieben: Die Einleitung der Kraft über die Unterlegscheibe ist meiner Meinung nach nicht verkehrt und eine Modellierung der Schraube sparen wir uns auch.
Sehr gut. :)
SHautsch hat geschrieben: Bei 35 kg sind 350 N eine gute Näherung, exakt wäre es natürlich mit der Erdbeschleunigung von 9,81 m/s2 (je nachdem wo deine Kiste hängt :mrgreen:), was dann 343,4 N ergäbe. Aber wenn die Kiste bei 350 N hält, dann sicher auch bei 343,4 N :D
Klar. :mrgreen:
Meine Frage zielte eher darauf ab, ob ich hier einen Einheitenfehler mache.
SHautsch hat geschrieben: Du kannst uns dein Projektverzeichnis bzw. die CAD-Datei (STEP, IGES, STL) gerne zukommen lassen, dann schauen wir uns deine Berechnung mal genauer an. Einfach per E-Mail an z88aurora.ät.uni-bayreuth.de schicken.
Ist unterwegs.
Vielen Dank für den vorbildlichen Support, noch dazu bei einem kostenfrei erhältlichen Programmpaket. Ich bin begeistert. :)

Gruß,

/Hannes
DanBil
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Re: Korrekte Einstellung des Eintrags einer Verformungskraft

Beitrag von DanBil »

Guten Morgen Hannes,

eine Aussage, inwieweit kleine Verfälschungen sich auf das Ergebnis auswirken ist leider grundsätzlich nicht möglich und nur durch Vergleichsrechnungen ermittelbar.
Allerdings ist mir bei der Durchsicht ihres Projektes aufgefallen, dass beide male der Netgen als Vernetzer verwendet wurde. In Ihrem Beispiel erzeugt der Tetgen ein Netz ohne Geometrieverfälschungen und ihre Rundung wird gut abgebildet. Ursache hierfür ist, dass der Tetgen sich sehr am bereits vorhandenen Oberflächennetz der STL-Datei orientiert, wohingegen der Netgen die Geometrie leicht verfälschen kann, um ein möglichst regelmäßiges Netz zu erhalten.

Zur Auswertung der Spannungsergebnisse eignet sich am besten die Betrachtung dieser an den Gausspunkten, da die Elementspannungen aus diesen gemittelt werden und somit Spannungsspitzen durch die Mittelung "verschmieren" können.

Viele Grüße
Daniel Billenstein
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DemoFreak
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Beiträge: 9
Registriert: Di 7. Apr 2015, 11:26

Re: Korrekte Einstellung des Eintrags einer Verformungskraft

Beitrag von DemoFreak »

Hallo Daniel,
DanBil hat geschrieben:eine Aussage, inwieweit kleine Verfälschungen sich auf das Ergebnis auswirken ist leider grundsätzlich nicht möglich und nur durch Vergleichsrechnungen ermittelbar.
Kein Problem.
DanBil hat geschrieben:Allerdings ist mir bei der Durchsicht ihres Projektes aufgefallen, dass beide male der Netgen als Vernetzer verwendet wurde. In Ihrem Beispiel erzeugt der Tetgen ein Netz ohne Geometrieverfälschungen und ihre Rundung wird gut abgebildet. Ursache hierfür ist, dass der Tetgen sich sehr am bereits vorhandenen Oberflächennetz der STL-Datei orientiert, wohingegen der Netgen die Geometrie leicht verfälschen kann, um ein möglichst regelmäßiges Netz zu erhalten.
Das ist schlicht und ergreifend darin begründet, dass ich nicht wusste, woran man festmacht, welcher Vernetzer verwendet werden muss. In den Beispielen war regelmässig von Netgen die Rede, darum habe ich den verwendet. :wink:
DanBil hat geschrieben:Zur Auswertung der Spannungsergebnisse eignet sich am besten die Betrachtung dieser an den Gausspunkten, da die Elementspannungen aus diesen gemittelt werden und somit Spannungsspitzen durch die Mittelung "verschmieren" können.
Vielen Dank für die klare Aussage.

Ich denke, wenn ich bei den nächsten Projekten noch ein bisschen mehr damit "herumspiele", wird das alles viel klarer.

Schönes Wochenende allseits,

/Hannes
DanBil
Alumni
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Registriert: Do 5. Jun 2014, 06:25

Re: Korrekte Einstellung des Eintrags einer Verformungskraft

Beitrag von DanBil »

Hallo Hannes,

es freut uns, dass wir weiterhelfen konnten.
viel Spass weiterhin mit Z88Aurora!

Viele Grüße
Daniel Bilenstein
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