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Autor Thema:  EULER-Knickung: Unterschied Analytik und FEM (3040 mal gelesen)
LS2989
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erstellt am: 03. Nov. 2017 09:00    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo zusammen,

Ich führe gerade lineare Beulanalysen von Hohzylindern durch und habe im Vorhinein einen einfachen Vergleich der kritischen Knicklasten zwischen den analytischen Werten nach Euler und den Ergebnissen einer linearen FEM Beulanalyse verglichen.
Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmenden Einspanngrad der Stützenenden, die numerischen Ergebnisse immer mehr von den analyitschen Werten abweichen. Für den ersten Euler Fall (einseitig fest eingespannt) sind die Abweichungen noch sehr gering (unter 1%). Für den vierten Euler Fall (beidseitig fest eingespannt) betragen die Unterschiede bis zu 12%.
Also die Frage ist: Warum weichen die FEM-Ergebnisse mit zunehmenden Einspanngrad immer mehr von den analytischen Werten nach EULER ab?
In sämtlicher Literatur habe bisher nur gefunden das es so ist, aber eine Erkärung wurde nicht gegeben.
Weiß darüber jemand etwas?

Verwendetes Element SHELL 181 (ANSYS Workbench)

Beste Grüße.

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farahnaz
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erstellt am: 03. Nov. 2017 20:24    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für LS2989 10 Unities + Antwort hilfreich

Von welchen Modi sprichst du? Die in diesem Link, Fig 7?

http://www.digitaleng.news/de/linear-and-nonlinear-buckling-in-fea/

...

------------------
Grüße, Moe

[Diese Nachricht wurde von farahnaz am 03. Nov. 2017 editiert.]

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LS2989
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erstellt am: 04. Nov. 2017 09:44    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hi Moe,

Nein, diese Modi meine ich nicht. Ich spreche von dem Knicken der Stütze entsprechend den Eigenformen, wie sie nach EULER bekannt sind. Dabei erhöht sich von Euler-Fall I bis Fall IV jeweils der Einspanngrad der Probenenden (von free-fixed zu fixed-fixed).
Diese stellen sich bei mir auch immer als erster Mode ein.

Dass, die EULER-Moden in dem von dir aufgezeigten Link nicht vorkommen liegt wohl daran, dass dort sehr dünnwandige Proben mit großem Durchmesser betrachtet wurden. Bei solche Verhältnissen beult die Struktur eher aus, als dass die Gesamtstruktur weg knickt.

Mein betrachteter Hohlzylinder hat eine Länge von 2500mm, eine Materialstärke von 16mm und einen Außendurchmesser von 219mm. Gleicht also eher einer Stütze als einem großen Rohr.

Beste Grüße,
Lars

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smittytomcat
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...

erstellt am: 05. Nov. 2017 21:34    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für LS2989 10 Unities + Antwort hilfreich

Moin,
mal die Frage - weichen die Ergebnisse nach unten oder oben ab?

------------------
Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

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LS2989
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erstellt am: 06. Nov. 2017 12:03    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Moin Gerd,

Die Werte weiche immer nach unten ab, sind also kleiner als der analytische Wert.

Gruß,
Lars

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farahnaz
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erstellt am: 06. Nov. 2017 14:37    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für LS2989 10 Unities + Antwort hilfreich

Hast du schon mit Beam Elementen statt Shells versucht? Das wäre eine Modellierung, die der analytischen Kalkulation entspricht.

------------------
Grüße, Moe

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LS2989
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erstellt am: 06. Nov. 2017 14:47    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hi Moe,

Ja das habe ich auch schon versucht. Ich habe neben den Shell Elementen auch Beam sowie Volumenelemente untersucht. Bei alle tritt das gleiche Phänomen auf.

Gruß,
Lars

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farahnaz
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Ing.


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erstellt am: 06. Nov. 2017 19:53    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für LS2989 10 Unities + Antwort hilfreich

Kannst du Bilder, die RBen zeigen, hoch laden?

------------------
Grüße, Moe

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LS2989
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erstellt am: 08. Nov. 2017 10:55    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hi Moe,

nein, kann ich gerade leider irgendwie nicht, da mir jedes Mal ein "Internal Server Error" beim Versuch des Uploads der Bilder angezeigt wird.
Vllt reicht eine Erläuterung von mir.
Die Stütze ist als Mittelflächenmodell generiert, sozusagen ein Kresizylinder mit der Höhe von 2500mm. Die RB's werden jeweils and den Enden der Stütze auf die Kreisförmige Kante aufgebracht. Die RB's sind durch "Remote Displacemements" definiert, mit denen ich je nach Euler-Fall die Freiheitsgrade einschränke. Die Druckkraft wirkt axial auf die obere Kante der Stütze. Es ist eine Referenzkraft von 1N, sodass der mir ausgegebene Lastfaktor der kritschen Knicklast entspricht.

Ich werde es morgen noch einmal versuchen die Bilder hochzuladen. Vielleicht klappt es morgen ja.

Gruß,
Lars

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Duke711
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erstellt am: 08. Nov. 2017 11:45    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für LS2989 10 Unities + Antwort hilfreich

Lade mal endlich eine Skizze hoch. Rein nach dem Textverständis sind für solch einen Belastungsfall Schalenelemente überhaupt nicht geeignet.
Außerdem wäre man generell bei dünnwandigen Bauteilen mit Solidshell Elementen besser beraten.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 08. Nov. 2017 editiert.]

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LS2989
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erstellt am: 11. Nov. 2017 08:47    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


RBfixed-fixed.png

 
Ich hab dieses Mal leider keine Benachrichtung per Mail erhalten, dass du eine Antwort gegeben hast, weshalb ich hier nicht noch einmal reingeschaut habe. Das mit dem Bild müsste jetzt geklappt haben.

Lars

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LS2989
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erstellt am: 11. Nov. 2017 08:49    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

... und wie gesagt, ich habe diese Untersuchung auch mit Beam und Solid Elementen durchgeführt, bei denen die gleichen Abweichungen aufgetreten sind.

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Duke711
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erstellt am: 11. Nov. 2017 12:38    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für LS2989 10 Unities + Antwort hilfreich

Ja das habe ich überlesen.

Ich halte die Überlappung der RBs; Kraft und Verschiebung für problematisch. Darum gibt es auch im ersten Eulerfall mit einseitiger Einspannung keine nenneswerten Abweichungen.
Bezüglich Beulen würde ich immer mit einer Verschiebung arbeiten, anstatt mit einer Kraft. Insbesondere bei der nicht linearen Beulanalyse treten kraftgesteuert oft Probleme auf, Grenzwertfindung.

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LS2989
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erstellt am: 11. Nov. 2017 15:10    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hi Duke,

danke für deinen Vorschlag.
Ich habe ihn einmal versucht umzusetzen. Allerdings bin ich mir nicht sicher ob ich ihn richtig umgesetzt habe, weil sich mir die Frage stellt, wie ich die kritische Last berechne, wenn die Analyse verschiebungsgesteuert ist.
Ich habe es folgendermaßen gemacht: Ich habe eine gewisse vertikale Verschiebung als Referenz für die obere Kante der Stütze vorgegeben. Die lineare Beulanalyse (FEM) wirft mir dann einen Faktor heraus, der mir zusammen mit der Refernzverschiebung die kritische "Beul-Verschiebung" liefert. Diese kritische Beulverschiebung habe ich dann wiederum als Input aufgebracht und mir an der unteren Kante der Stütze die Reaktionskraft ausgeben lassen. Diese müsste doch theoretisch der  äußeren Kraft entsprechen, die die kritsche Beulverschiebung hervorruft und somit meine gesuchte Größe ist.
Diese Kraft weicht aber noch mehr von der Euler-Analyitk ab, als die ermittelte kritische Kraft beim kraftgesteuerten Verfahren. (Die Abweichung hat sich um 1% erhöht)

Oder ist mein Weg der Ermittlung der kritschen Last bei der verschiebungsgesteuerten Analyse nicht richtig?

Gruß,
Lars

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Duke711
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erstellt am: 11. Nov. 2017 15:25    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für LS2989 10 Unities + Antwort hilfreich

Eigentlich führt man erst eine statische Analyse aus und erhält dann unter Stichprobe die berechnete Verschiebungskraft. Erst dann wir die lineare Beulanalyse gestartet oder habe Dich jetzt falsch verstanden?

Mein Vorschlag zur verschiebungsgesteuerten Vorgehensweise:

https://www.youtube.com/watch?v=s8C69M3qmjE&list=PL2wHqqH5J8hY819yv6t1QpjJZibwFHPsq&index=31

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 11. Nov. 2017 editiert.]

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LS2989
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So wie es in dem Video gemacht wurde, habe ich die Analyse auch durchgeführt. Also reden wir zumindest schon mal von der gleichen Ausführung.
(Ich hatte die Betrachtung der Reaktionskraft nur hinten angestellt. Sie kann natürlich auch gleich innerhalb der statischen Analyse erfolgen, bevor die Beulanalyse durchläuft.

Das heißt aber auch, dass mein ermittelter Wert der kritschen Last für die Verschiebungsgesteuerte Analyse richtig sein müsste (zumindest von der Ausführung her) und er damit, wie erwähnt, um 1% mehr von der Analytik abweicht, als die kraftgestuerte Variante.
Und somit leider keine weitere Erkenntnis.

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Nächste Option; Netzqualität prüfen. Seitenverhältnis und Elementenqualität.

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Hatte ich bereits schon getan.
Anstatt quadr. Shell Elemente habe ich rechteckige Elemente verwendet.
Dort zeigen sich insgesamt schlechtere Werte und die Abhänigkeit von den Einspannungen ist weiterhin gegeben. Das gleiche für dreieckige Elemente.

Ein quadratischer Ansatz im Vgl zu einem linearen Ansatz änder nichts an den Ergebnissen (<0,5%)

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Seitenverhätnis im Minimum unter 10 und Elementenqualität im Minimum über 0,1 ?

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In meiner Analyse mit verschiedenen Seitenverhältnissen habe ich folgende Wertepaare vorliegen.
Dabei ist das Seitenverhältnis gebildet aus Elementbreite zu Elementhöhe.

Seitenverähltnis  zu  Elementqualität
      0,4                    0,7
    1,55                    0,85
      8                      0,25

Letztes Wertepaar liefert anhand der Ergebnisse den konvergierten Zustand bzgl. der kritischen Knicklast.

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Dann versuche doch mal die RBs auszulagern. D.h. aus dem Einflussbereich des Beobachtungsraum fern zu halten. Für den 4. Fall also zwei Spannplatten modellieren und diese über gemeinsame Knotenpunkte oder Flächen mit der Beulstruktur verbinden.

Die Spannplatten in der Breite ruhig etwas großzügig modellieren, so das die RBs (Flächenfixierung) einige Kantenlängen von der Beulstruktur entfernt ist.

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