Geometrisch Nicht Lineare Berechnung Euler Längskraft

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GvTT
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Geometrisch Nicht Lineare Berechnung Euler Längskraft

Beitrag von GvTT »

Hallo,

zuerst einmal ein großes Lob an das Z88 Team und ein Gruß an alle Forumsteilnehmer!
Ein recht umfangreiches FEM Programm mit Pre- und Post Prozessor als Freeware sucht schon seines Gleichen!
DANKE!

Ich schleiche schon seit Monaten um Z88 Aurora herum, habe die vergangenen Tage dann V3 installiert und die ersten Beispiele durchgearbeitet, um einen Einstieg zu bekommen. Vor 15 Jahren war ich mit an der Entwicklung eines nicht linearen FE Programms beteiligt (F77 und F90), setzte seither aber nur lineare FE als Konstruktionshilfsmittel ein.

Nun stehe ich vor dem Problem dann ich im geometrisch nicht linearen Bereich einen Euler II und Euler III Lastfall nachrechnen muss. Es geht hier jedoch nicht um die Knicklast des unverformten Stabes sondern um die Kraft-Weg Kurve des oberen Lagers bei deutlichem Buckling:
Euler2-3.png
(8.97 KiB) 1610-mal heruntergeladen
Von Interesse ist der Bereich bis ca. 15° Winkelauslegung am oberen Lager.

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Ich fand bisher keine Lösung im nicht-linearen Solver die Lasten und Verschiebungen sequenziell (zeitlich nacheinander) aufzubringen. Meine erste Idee war durch ein Moment einen Balken initial auszulenken, dann am oberen Lager eine Verschiebung aufzuprägen und das Moment wieder zu entfernen. Die Reaktionskraft am Lager ist dann die von mir gesucht Größe.

Ich müsste dies, wenn nicht ander möglich, ggf für verschiedene Verschiebungen wiederholen.

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Hier nun meine Fragen:

1.) kann ich die Lastaufbringung in den einzelen Schritten inzwischen individuell steuern (nach einem Forumsbeitrag ging dies in V2 nicht) oder gibt eine andere Methode, die Vorauslenkung wären des Aufprägens der Verschiebung zu provozieren, so dass ich alles in einem Lastfall berechnen kann (Ohne Penalty Ansatz in Form eines kleinen Störmoments)?

2.) wie bekomme ich bei einer geometrisch nicht linearen Rechnung die Reaktionskräfte?
(Muss ich hier über die Kotenkräfte im Lager-Knoten gehen?)

Viele Grüße
GvTT
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FViebahn
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Re: Geometrisch Nicht Lineare Berechnung Euler Längskraft

Beitrag von FViebahn »

Guten Tag,

in dem Beispiel wird sich mit einer herkömmlichen NL-Analyse das Bauteil nie ausbeulen, dementsprechend muss es vorher schon ausgelenkt werden, wie Sie bereits geschrieben haben.

Über die Angabe der Gesamtlast und der Anzahl der Lastschritte können Sie indirekt eine art schrittweise Aufgabe der Last erzeugen.

Das letzte Beispiel in der V3 behandelt darüberhinaus die Auswertung bestimmter Ergebnisse an bestimmenten Punkten für ALLE Lastschritte, evtl. hilfreich sein könnte.

Viele Grüße
FViebahn
GvTT
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Re: Geometrisch Nicht Lineare Berechnung Euler Längskraft

Beitrag von GvTT »

Hallo FViebahn,

vielen Dank für Deine Antwort.

Da der Z88NL keine Beam-Elemente verarbeitet, werde ich auf Hex20 gehen, mich also zunächst mit "Superelemete" befassen. Damit sollte ein effizientes Nezt erzeugt werden können.

Bei meiner Anwendung hat der Stab einen quadratischen Querschnitt mit ca. 1/50 Dicke/Länge.
Mit Tet10 Elementen wäre dies keine zeit-effiziente Berechnung.

Bietet Z88Aurora eine Möglichkeit eine iniziale Auslegung zu induzieren, diese Penalty-Auslegung dann aber auch wieder zurückzufahren? Ich brauche ja nur eine anfänglich Störung, so dass sich ein ausgelenktes (geometrisch nichtlineares) Gleichgewicht einstellt? Oder muss ich diese anfänglich Störung als Fehler akzeptieren?

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Vielleicht sollte ich in mein Modell einen kleinen geometrischen Fehler einbauen, so dass ich eine intertiale Strörung habe.

Dass ich kein NL-Ausbeulen bekommen soll, kann ich nicht nachvollziehen.
Bei einer nicht symmetrischen Vernetzung sollten die numerischen Fehler doch eigentlich ausreichen die Gleichgewichtlage so weit zu stören, dass es zu einem Ausbeulen kommt (nicht bei Beam oder manueller Vernetzung)? (Natürlich nur bei Überschreiten der Euler Lasten)

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Haben Sie Informationen wie die Knicklasten numerisch ermittelt werden?
Wird hier eine Störung aufgebracht und geprüft, ob der Gradient wieder in Richtung unausgelenkter Lage zeigt?

Viele Grüße
GvTT
GvTT
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Re: Geometrisch Nicht Lineare Berechnung Euler Längskraft

Beitrag von GvTT »

Hallo,

ich habe nun den Euler-Balken als Hex8 Superelement vernetzt (Händisch per TextFile).
16 Elemente in Längsrichtung, 4 in Dickenrichtung und 2 über die Breite.
Durch eine Desaxierung der Mittelebene um 5% ist die Störung -die letztendlich zum initialen Knicken führt- dargestellt (diese liegt im Bereich der zu erwartenden Fertigungstoleranzen)

Es funktioniert soweit problemlos.

Für meine weiteren Untersuchungen (nicht beschrieben, da bisher noch nicht offegelegt) muss ich noch Momente aufbringen.
Diese kann das Hex8 nicht repräsentieren, so habe ich mir zunächst mit einem Auslegearm geholfen.

Gerne würde ich diesen durch ein Ridgid (der ein elastisches Koppelelement) ersetzen.
Der NL Solver kann jedoch nur wenige Elementtypen verarbeiten. Jedoch auch einen Stab.

Auch konnte ich die Kräfte noch nicht auswerten, da ich nur die Spannunge im Element, nicht jedoch in den Knoten bekomme.

Hier nun meine Fragen:
1) darf ich im NL Solver unterschiedliche Elemente kombinieren?
2) gibt es eine Möglichkeit die Reaktionskräfte an den Lagerstellen einfach zu ermitteln? (Ich bekomme bei NL Berechnung siher nur die Elementkräfte als Ausgabe)

Vielen Dank und viele Grüße
GvTT
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flonue
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Re: Geometrisch Nicht Lineare Berechnung Euler Längskraft

Beitrag von flonue »

Hallo GvTT,

es freut uns, dass Sie Z88Aurora nutzen konnten, um die Knickungsaufgabe zu berechnen.

zu Ihren Fragen:

1) Leider kann in Z88Aurora im Moment nur ein Elementtyp verarbeitet werden. Wäre es evtl. möglich, das Moment auf Knotenkräfte umgerechnet werden und an den Stellen, an denen die Rigids anknüpfen aufgegeben werden? Wir arbeiten jedoch an der Sache mit den mehreren Elementtypen und den Couplings.

2) Lagerkräfte können Sie ermitteln und ausgeben, indem Sie sich ein Knotenset der entsprechenden Knoten definieren und im Menu->Postprozessor->Ergebnisse exportieren in eine Datei ausgeben lassen.

Spannungen in den Eckknoten finden Sie in der Datei Z88O8.TXT. Dort sind die Vergleichsspannungswerte zeilenweise aufgeführt (Knotennummer, Anzahl an Gaußpunkten, die zur Spannungsberechnung am Eckknoten herangezogen werden, Vergleichsspannungswert)

Falls es Ihnen möglich ist, würde es uns freuen, wenn Sie ein Beispiel zur Knickungsberechnung auf unserer Homepage fem-helden.de oder auf unserem Kongress "Bayreuther 3D-Konstrukteurstag" vorstellen.

Viele Grüße
flonue
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