Verschiebung einer runden Platte

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wizard
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Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von wizard »

Hallo Zusammen,

immer wenn ich eine Runde Platte berechne, die ich als Step oder STL-Datei einfüge, weichen die errechneten Werte extrem von den überschlägig berechneten Werten ab.

Wenn ich meine Bedingungen meiner konstruierten Platte quasi an Beispiel 17 anpasse, weichen die Ergebnisse von Z88 zu meiner händischen Berechnung erst nach der zweiten Kommastelle ab.

Bedigungen: Platte einmal am Rand aufliegend, von oben erfolgt ein Druck auf der gesamten Fläche oder eine Punktlast in der Mitte der Platte. Die Randbedingungen (Festhaltung, Druck) habe ich identisch zum Beispiel gewählt.

Ich bin leider im FEM-Bereich noch nicht wirklich aktiv gewesen. Lässt sich die Verschiebung von "Platten, Scheiben etc." mit Aurora nicht berechnen, wenn diese als CAD-Modell importiert werden?

Danke und Gruß

Andreas
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SHautsch
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von SHautsch »

Hallo Andreas,

willkommen im Forum!

Um dir bei deinem Problem effektiv helfen zu können, brauchen wir folgende Informationen:
- die verwendete Version von Z88Aurora
- deine Betriebssystemversion
- am besten deine CAD- und Strukturdaten (also das STEP oder STL sowie den Projektordner)

Letzteres kannst du gezippt im Forum hochladen oder per E-Mail an z88aurora[at]uni-bayreuth.de schicken.

Zu den Elementtypen (grob erklärt): die Schale kann Belastungen in alle Richtungen verarbeiten, die Scheibe nur in der Ebene des Elements und die Platte nur senkrecht zur Ebene des Elements.

Viele Grüße,
SHautsch
wizard
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von wizard »

Hallo SHautsch,

direkt zu den Fragen:

Ich verwende das Programm Z88Aurora V3
Betriebssystem MS 7 Enterprise.

Zur Bauteilstruktur:

Es handelt sich dabei einfach um eine Runde Platte, Dicke 2mm, Durchmesser 820 mm, Material S235JR.

Die wird mit einem 3D Programm erzeugt, als STL exportiert und in Aurora geladen.

Dann erstelle ich ein Netz. Netgen, Tetraeder (Linear), Wert 10. Das Netz wird ohne Probleme erstellt.

Zum Picking: Für die wirkende Kraft erfasse ich ein paar Knoten mittig auf der Oberseite. Zum Klemmen werden die Knoten am Rand markiert.

Zuweisung der Randbedingungen:

Rand: Verschiebung in Z = 0

Krafteinwirkung: Flächenlast mit 200 N in -Z Richtung.


Rechnerisch ermittelt komme ich auf eine Durchbiegung von ca. 11,5 mm.

Aurora auf 0,3 mm im Zentrum.

Wo liegt mein Fehler?

Danke und Gruß

Andreas


EDIT: Irgendwie lassen sich gerade keine Dateien ins Forum hochladen.
DanBil
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von DanBil »

Guten Morgen Andreas,

bitte senden Sie Ihren gezippten Projektordner an z88aurora[at]uni-bayreuth.de, damit wir uns Ihre Simulation genauer ansehen können, sonst fällt eine Beurteilung und eine gezielte Hilfe sehr schwer.

Vielen Dank und viele Grüße
Daniel Billenstein
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SHautsch
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von SHautsch »

Hallo Andreas,

wie viele Tetraeder bekommen Sie denn in Dickenrichtung? Da bräuchten Sie mindestens 5 Elemente, um halbwegs sinnvolle Werte zu bekommen. Und am Besten auch noch die quadratischen Tetraeder verwenden :idea:

Insgesamt wären Sie mit ihrer Struktur aber bedeutend besser bei Schalenelementen bzw. Platten aufgehoben.
Diese Strukturen kann man aber nicht direkt mit Z88Aurora vernetzen, da müssten Sie den Umweg gehen über externe Vernetzer wie z. B. GMSH o. Ä.

Alternativ könnten Sie im CAD eine Fläche konstruieren, diese als CAD-Modell im STEP-Format exportieren und in Z88Aurora importieren. Diese STEP-Datei wird dann automatisch in ein STL konvertiert. Dieses können Sie ggf. mit dem Superelementgenerator verfeinern. Dann über den STL-to-Schale-Konverter das STL in eine Schalenstruktur umwandeln, Randbedingungen aufgeben (Flächenlast gehen aber nicht bei Schalen, da müssen Sie eine zentrale Kraft annehmen) und dann berechnen. Das Netz sieht dann zwar nicht wirklich gut aus, aber man kann mal einen Testlauf machen. Ich bin mit relativ grobem Netz schon auf 6,58 mm Durchbiegung in der Mitte gekommen...

Anbei mal mein Testprojekt, das können Sie sich anschauen. Wie gesagt, das Netz ist mit dieser Behelfslösung relativ schlecht geworden, wenn Sie eine saubere Vernetzung hinkriegen, dann sieht das auch besser aus.

Viele Grüße,
SHautsch

P. S. Das Hochladen sollte mit einer ZIP-Datei funktionieren. Diese sollte nur nicht zu groß sein...
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wizard_schale.zip
Testprojekt Schale
(2.03 MiB) 209-mal heruntergeladen
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von wizard »

Guten Morgen Herr Hautsch und Herr Billenstein.

Erstmal vielen Dank für die Unterstützung!

Ich habe mittlerweile beide Varianten ausprobiert.

Zuerst die von Ihnen selbst getestete Variante mit Aufschalung. In den ersten Versuchen bin ich auf ähnliche Werte wie Sie gekommen. Das Netz sah bei mir ähnlich seltsam aus. Leider finde ich bei unserem CAD Programm nicht, ob die STL-Dreiecke änderbar sind. Aber da komme ich auch noch hinter. Die Möglichkeiten mit den Superelementen ist ein guter Anfang.


Die andere Variante wäre ja ein extrem enges Netz, oder? Ich habe gestern zum Test das Netz etwas verfeinert, so dass ich schon auf eine Durchbiegung von 3 mm gekommen bin.

Nachher werde ich mal schauen, in wie weit ich die Berechnung mit unseren Rechnern beschleunigen kann und das Netz noch feiner bekomme.

Ist die Anzahl der nutzbaren Rechnenkerne in der z88control.txt begrenzt?

Beste Grüße und vielen Dank für die Unterstützung.
Andreas
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SHautsch
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von SHautsch »

Hallo Andreas,

dafür sind wir doch da 8)

Die Problematik an dünnen Strukturen und der Vernetzung mit Volumenelementen ist eben, dass sehr große Elementanzahlen nötig sind, um eine einigermaßen erträgliche Elementanzahl in Dickenrichtung hinzubekommen. Damit steigen die Rechenzeiten enorm an und machen diesen Weg ineffizient.

Daher der Rat mit den Schalenelementen - welche wiederum einen externen Vernetzer, manuelles Anlegen der Struktur oder ein passendes CAD-System für den Export voraussetzen.
Welches CAD-System verwenden Sie denn? PTC Creo in unserem Fall kann z. B. keine Flächen als STL-Daten exportieren, da muss der Umweg über STEP sein und man verliert die Steuerung der Sehnenlänge und erhält ein "hässliches" STL durch die Z88Aurora-interne Konvertierung. Wenn ihr CAD-System Flächen als STL exportieren kann und die Steuerung der STL-Dreiecke möglich ist, kommen Sie vielleicht um die Verwendung eines externen Vernetzers oder der manuellen Vernetzung herum.

Ansonsten empfehle ich nochmal GMSH.

Falls Sie Zugriff auf PTC Creo mit Simulate haben, können Sie z. B. die Struktur im FEM-Modus vernetzen und als NASTRAN-Datei exportieren, diese können Sie dann mit Z88Aurora importieren und berechnen (siehe Projekt im Anhang). Dann bekommen Sie ein schönes Netz und erreichen auch die korrekten Werte für die Durchbiegung. Dies bei knapp 10.000 Elementen und nur einigen Sekunden Rechenzeit.

Viele Grüße
SHautsch
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wizard_schale_creo.zip
Schale vernetzt mit Creo Simulate
(549.38 KiB) 186-mal heruntergeladen
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von wizard »

Guten Morgen,

weiterhin vielen Dank für die Unterstützung.

Zur Unterstützung werden wir uns wohl auch das Buch aus dem Hanserverlag anschaffen. Im Studium habe ich damals einen Bogen um FEM gemacht, was ich nun etwas bereue.

Leider komme ich erst in anderthalb Wochen wieder dazu, in der Richtung weiter zu machen. Also bitte nicht wundern, wenn die nächsten Tage keine Reaktion kommt.

Wir nutzen das 3D Programm HiCad. Die Funktionsweise erinnert an Inventor.

Ich wünsche ein schönes Wochenende.

Gruß
Andreas
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mz15
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von mz15 »

Hallo Andreas,

um Ihre Frage noch abschliessend zu beantworten:
Ist die Anzahl der nutzbaren Rechnenkerne in der z88control.txt begrenzt?
Nein, die Anzahl ist nicht begrenzt. Wenn Sie mehr einstellen als Sie haben, dann wird die maximale Anzahl verwendet. Die Grenze durch die Parallelisierung ist glaube isch bei 65535, aber dass sollte kein Problem sein.

gruss
mz15
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von wizard »

Hallo Zusammen,

es hat eine Weile gedauert, aber mittlerweile klappt das mit den dünnen Platten relativ gut.

Allerdings haben wir auch probiert, über gmsh Stahlbauteile schneller zu vernetzen. Aber egal in welchem Format (*.nas, *.stl oder *.inp) wir vernetzen, entweder zeigt Aurora eine Fehlermeldung an oder bei der Endung *.nas ist das Modell quasi eine Platte Scheibe in Aurora, obwohl es zuvor in gmsh ein 3D-Teil war (aus einer stp-Datei). Bei *.stl ist das in gmsh (Netgen) erzeugte 3D Netz in Auroran nicht rechenbar.

Das Vernetzen mit Aurora dauert hier schonmal mehrere Stunden. Ist das normal?
Was läuft hier schief?

Danke und Gruß
Andreas
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SHautsch
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von SHautsch »

Hallo Andreas,

unsere Import-Schnittstelle funktioniert leider nicht mit jedem Elementtyp. Hier eine kurze Übersicht:
INP: Hexaeder Nr. 1/10 (aus C3D8/C3D20), Tetraeder Nr. 16/17 (aus C3D10, C3D4).
NAS (aus PTC Creo): Tetraeder Nr. 16/17, Scheiben Nr.7/14, Platten Nr. 18/20, Schalen Nr. 23/24 und Tori Nr. 8/15. Die NAS-Daten müssen kompatibel zu den aus PTC Creo erzeugten Daten sein, damit der Konverter funktioniert. Andere NAS-Versionen können Probleme verursachen.
STL: nur tesselierte Geometriedaten (Oberflächen-Dreiecke), diese können in Z88Aurora in Schalen konvertiert oder ganz normal mit Tetraeder vernetzt werden.

Beim Vernetzen mit Z88Aurora meinen Sie die Tetraeder-Vernetzer, oder? Bei dünnen Strukturen sind sehr viele Elemente notwendig, da kann das Vernetzen durchaus einige Zeit in Anspruch nehmen.

Viele Grüße
SHautsch
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von wizard »

Hallo Herr Hautsch,

danke für die Informationen. Das erklärt so einiges. Die dünnen Elemente bereiten uns momentan keine Probleme. Zur Zeit ärgern uns dickere Stahlbauteile (tmin=10mm). Ich wollte über netgen vernetzen und nach 12 Stunden war Aurora nicht fertig. Bei tetgen erzeugt er ein Netz, das nicht rechenbar ist. Den Grund habe ich bisher nicht finden können.

Ich werde diese dicken Bauteile mal in gmsh mit Oberflächen-Dreiecke vernetzen und dann in Aurora aufschalen.

Vielen Dank.

Gruß
Andreas
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SHautsch
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von SHautsch »

Hallo Andreas,

wenn es dir möglich ist, sende doch die Geometrie bzw. das betroffene Projekt mal per Mail an uns, dann können wir uns eine Vorstellung von den möglichen Problempunkten machen.
Wie importierst du das Modell denn zum Vernetzen nach Aurora? Als STEP oder STL? Hast du die Dateien schon kontrolliert, ob diese eventuell fehlerhaft sind? Danach sollte - ja nach Struktur und eingestellter Feinheit - das Vernetzen klappen und das Netz auch rechenbar sein. Beim Tetgen kommt es oft zu Problemen, wenn sehr kleine Facetten im Bauteil sind und diese ungenau bzw. deformiert sind. Da Tetgen an der bestehenden Kontur sehr nah dran bleibt, kriegt er da oft Probleme. Netgen ist flexibler, weicht dann aber von der Ausgangsgeometrie leicht ab, wenn zu grobe Einstellungen gewählt wurden.
Wie gesagt, schick uns mal die Dateien oder auch Screenshots davon, damit wir uns da eine fundierte Meinung bilden können.

Viele Grüße
Stefan
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von wizard »

Guten Morgen Zusammen!

Leider darf ich keine Zeichnungen raus geben. Allerdings habe ich bei den "dicken" Bauteilen heraus gefunden,
wieso das Vernetzen nicht klappte oder das Netz nicht rechenbar war. Unser CAD-System spinnt manchmal bei der Erzeugung von step- oder stl-Dateien. Reproduzierbar ist der Fehler leider nicht, aber meist hilft es schon eine exportierte step-Datei nochmal einzuladen und erneut als neue step-Datei abzuspeichern. Dabei ändert sich auch die Größe der Datei, so dass bei Datei 2 irgend etwas vom CAD-System weg gelassen wurde. Diese Dateien lassen sich dann meist auch vernetzen/berechnen.

Bzgl. dünner Bauteile/Bleche habe ich aber noch Fragen:

Eine dünne Platte habe ich in gmsh als vernetztes 2D - STL exportieren können. In gmsh konnte ich einfach die Fläche anklicken und dann als STL exportieren/speichern. In Aurora wurde die STL ganz normal als Scheibe mit der Höhe 0 eingeladen. Dort habe ich sie aufgeschalt und meine Dicke (2mm) und das Material zugeordnet. Bei der Berechnung war das Ergebnis erst nach der 2. Kommastelle unterschiedlich zur analytischen Methode. Also quasi ein perfektes Ergebnis.

Aber wie kann ich vorgehen, wenn ich ein versteiftes Blech mit 2mm Dicke mit einem Steg (keine Sticke) habe, der mit seinen Maßen von der Blechdicke abweicht. Beispiel: 2mm Blech mit einem Flacheisen hochkannt bxh = 5 x 15 mm? (Bauteil natürlich vereint, keine Baugruppe)

Reine Flächen exportieren geht dann nicht mehr.
Das ganze Teil oberflächenvernetzt als 2D Netz als STL gespeichert ginge und dann in Aurora mit Tetgen/Netgen sehr fein vernetzt ginge. Allerdings braucht mein Arbeitsrechner (Intel Xenon, 8 Rechenkerne und 16 GB Arbeitsspeicher) bei einem Wert von 1 und einer realen Bauteilgröße von 1m im Durchmesser ca. 8 Stunden nur fürs Vernetzen.

Aber Aufschalen geht ja auch nicht mehr, weil die Dicke nicht einheitlich ist?! Oder wie kann das gehen?

Ich möchte mich auch nochmal für die ganze Unterstützung bedanken!

Viele Grüße
Andreas
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SHautsch
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Re: Verschiebung einer runden Platte

Beitrag von SHautsch »

Hallo Andreas,

fehlerhafte STEP-Dateien sind uns auch sehr gut bekannt, da liegt einiges im Argen. Vielleicht sind da noch Features mit exportiert worden, die unser Geometriekonverter nicht richtig bearbeiten kann. Intern wird aus der STEP-Datei ein STL erzeugt, auf dessen Basis unsere Vernetzer arbeiten. Wenn bei dieser automatischen Umwandlung etwas schief läuft, hat man ein defektes STL und kommt dann auch beim Vernetzen nicht weiter.

Beim Einladen des STL-Files in Z88Aurora wird es nicht als Scheibe eingeladen, sondern als STL-Fläche - welche dann mit dem Schalen-Tool in eine Schale Nr. 23 oder Nr. 24 umgewandelt werden kann.
Danach kannst du auch mit dem Superelementegenerator die Schale in eine Volumenschale konvertieren.
Der Menüpunkt "Dicke" weist dem Bauteil nur den Parameter Dicke zu, der für die Berechnung notwendig ist - man erzeugt aber kein wirkliches Volumenbauteil...nur um Verwirrungen vorzubeugen :mrgreen:

Für deinen Anwendungsfall wäre es praktikabel, wenn du mittels GMSH deine Struktur als STL-Fläche ausreichend fein vernetzt in Aurora einlädst und dann in die Schale Nr. 24 konvertierst. Danach legst du Elementsets an und weist manuell in den Sets/Setsactive-Dateien den unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Dicken zu. So sollte das eigentlich funktionieren...siehe Beispielprojekt im Anhang.
Leider kann man in der GUI keine Elementsets bei der Vergabe der Dicke auswählen, nur Elementnummern eingeben. Daher der Umweg über die Textdateien.

Eine Vernetzung solch dünner Strukturen mit Volumenelementen macht keinen Sinn - entweder erhält man zu wenig Elemente über die Dicke, was die Aussagen der Berechnung sehr ungenau macht, oder man kommt schnell an das Limit des Vernetzers bzw. des Rechners. Für diese Fälle sind Flächenelemente vorzuziehen.

Falls Probleme auftreten oder mehr Details zu der Elementgeometriedefinition in den Sets/Setsactive-Dateien nötig sind, kannst du dich ja einfach hier nochmal kurz melden, dann erstelle ich eine detaillierte Anleitung.

Viele Grüße,
Stefan
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wizard_schale_rechtwinklig.zip
Beispielprojekt Zuweisung unterschiedlicher Dicken bei einem Schalennetz
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