Lagerpunkte auf Kreisbahn bei Timoshenko-Balken

[TristanSWK]

Hallo Zusammen
Ich bin bei FEM eigentlich ein Anfänger.

Ich möchte einen Balken an mehreren Punkten mit Lenkern auf einer Kreisbahn führen (siehe Bild). Dabei sollen die gelben und grünen Enden parallel beliben.
Idealerweise hätte ich also einen Timoshenko-Balken 25 in 5 Abschnitten genommen, hier ein Ende eingespannt, am anderen Ende Verdrehungen gesperrt (Parallelitätsbedingung), an den Zwischenknoten die Torsion (Rotation um x) gesperrt und die Gelenkstabpaare mit Stäben des typs 4 mit extremer Steifigkeit nachgebildet.

Leider steht aber im Handbuch dass man nur einen Elementtyp benutzen darf.
Ich sehe hier auch das Problem, dass die Führung eigentlich eine geometrische Nichtlinearität darstellt.

Hat jemand eine gute Idee wie man da zum Ziel kommen könnte?
Besten Gruß, Tristan

[ChriDin]

Hallo Tristan,

vielleicht helfen die folgenden Anmerkungen ein wenig:

In Z88Aurora können keine unterschiedlichen Elementtypen kombiniert werden, das stimmt. Man könnte sich behelfen und anstelle der Stäbe ebenfalls Balken verwenden, die allerdings andere Elementparameter zugewiesen bekommen, sodass Biegung keine Rolle spielt. Wenn mit unterschiedlichen Elementtypen gearbeitet werden soll, kann ich unsere Open Source Version Z88OS V15 empfehlen, die die Kombination von Balken und Stäben ermöglicht.

Vielleicht noch ein Wort zu extremen Steifigkeiten: das kann ggf. zu numerischen Problemen führen.

Geometrische Nichtlinearität kann bei Balken- oder Stabelementen tatsächlich in Z88 nicht abgebildet werden.

Viele Grüße

ChriDin

[TristanSWK]

Vielen Dank für die schnelle Antwort

Wenn man sowieso nicht geometrisch nichtlinear rechnen kann, würde dann wahrscheinlich bei der Verformung herauskommen, was ich schonmal in CATIA-FEM errechnet hatte: Der rechnet dass das Balkenende am Anfang 45° nach oben weggeht, und führt das dann einfach fort. Folglich kommt dann nicht die gewünschte gelenkige Lagerung raus, sondern er geht einfach weiter gerade weg:

LinearNichtlinear.png

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Ich denke also ich muss mich wohl vom Timoshenko-Balken verabschieden. Ich habe gedacht dass wenn ich nur ein Typ Elemente benutzen darf ich ein Mesh erzeuge, das so aussieht:

Gelenkvorschlag.png

(54.53 KiB) Noch nie heruntergeladen

Die Lenker würde ich dann extrem grob vernetzen und faktor 10-20 steifer machen als den Balken. Um das gelenk abzubilden würde ich das dann entlang der Kante befestigen, den untersten Knoten dann ausser in x Richtung verschiebungssperren.

Kann das funktionieren, oder ist da ein prinzipielles Problem? Wie erzeuge ich am besten so ein Mesh? Das Balkenprofil wollte ich in Freecad machen...

Grüße Tristan

[ChriDin]

Hallo Tristan,

also prinzipiell könnte das funktionieren. Ob die Netzerzeugung mit den in Z88 integrierten Vernetzern funktioniert, müsste man ausprobieren. Das könnte u.U. problematisch sein. Vielleicht müsste man hier noch eine kommerzielle Software einsetzen, falls es in Z88 nicht klappt. Solverseitig könnte es so klappen. Ich bin jedenfalls gespannt.

Viele Grüße

ChriDin

[TristanSWK]

Hallo ChriDin
Vielen Dank für die Antwort.
ich habe jetzt also mein Netz in Freecad erzeugt, ich bin dabei so vorgegangen wie in diesem Video: https://www.youtube.com/watch?v=ObKBA5kAXHA
Wenn ich das Netz anschaue sieht es so aus, als ob der Balken und die Stäbe erfolgreich über Knoten in einer Linie gelenkig verbunden sind.
Ich wollte erst noch dem Balken und den Stäben unterschiedliche Materialien zuweisen, aber offenbar ist beim Picking etwas schief gelaufen und ich habe irgend etwas nicht erwischt oder doppelt belegt, kurzum, um erst einmal das Problem zu umgehen habe ich zunächst überall Stahl zugewiesen.
RB und Lasten aufgebracht, dann wollte er zunächst nicht rechnen und es gab keinen Haken vorm Präprozessor im Spider. Ich habe vermutet es liegt vielleicht an der Gelenkanbindung und habe daher die Stäbe unten an mindestens 3 Punkten angebunden - siehe da der Haken wurde grün.
Dann habe ich den Paradiso-solver Nichtlinear durchlaufen lassen: Es kam eine Erfolgsmeldung, aber am Ende war die Verschiebung überall null. Jetzt weiß ich nicht weiter
Woran liegt das wohl? Mag er meine Gelenke nicht?

[ChriDin]

Guten Morgen Tristan,

das ist aus der Ferne leider nur schwer zu beurteilen. Vielleicht ist das System statisch unterbestimmt (wobei ich die genauen Randbedingungen nicht überblicke und nur eine Vermutung anstelle), vielleicht gibt es Probleme bei der Numerik. Da müsste man jetzt einmal systematisch alle möglichen Fehlerquellen durchtesten. Vielleicht liegt es auch an den Gelenken...wie gesagt, das ist leider schwer zu überblicken aus der Ferne...

Ich wünsche jedenfalls viel Erfolg bei der Fehlersuche.

ChriDin