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Gut zu wissen: Hilfreiche Tipps und Tricks aus der Praxis prägnant, und auf den Punkt gebracht für Ansys
Autor Thema:  Betonmodell in ANSYS WB 18.2 (1786 mal gelesen)
TL9091
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ANSYS Workbench 18.2

erstellt am: 22. Mai. 2018 11:50    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 versuche derzeit, das Stabilitätsversagen einer Betonstütze (unbewehrt) unter zentrischem Druck und thermischer Beanspruchung mit ANSYS Workbench 18.2 zu simulieren. Bisher habe ich das mechanische Verhalten durch die Implementierung einer multilinearen isotropen Verfestigung berücksichtigt (d.h. für unterschiedliche Temperaturen je E-Moduli im elastischen Bereich und multilineare Spannungs-Dehnungs-Kurven im plastischen Bereich). ANSYS setzt dieses Verhalten für Druck- und Zugspannungen an, was natürlich zu nichtkonservativen Ergebnissen führt. Wie kann ich ANSYS mit möglichst geringem Aufwand sagen, dass die Zugfestigkeit bzw. die Zugsteifigkeit Null beträgt? Ich habe gelesen, dass das mit SOLID65-Elementen möglich ist, die speziell zur Nachbildung des Betonverhaltens entwickelt wurden. Aber wie definiere ich Spannungs-Dehnungs-Beziehungen für unterschiedliche Temperaturen? Geht das über APDL-Commands? Wie würde ein solcher Command aussehen (habe leider nicht viel Erfahrung mit der APDL-Programmiersprache)? Sieht evtl. jemand eine einfachere Lösung für das Problem?

Wäre super, wenn mir jemand weiterhelfen könnte.

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samson05
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erstellt am: 22. Mai. 2018 12:24    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 TL9091 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von TL9091:
Hallo Zusammen,

ich versuche derzeit, das Stabilitätsversagen einer Betonstütze (unbewehrt) unter zentrischem Druck und thermischer Beanspruchung mit ANSYS Workbench 18.2 zu simulieren. Bisher habe ich das mechanische Verhalten durch die Implementierung einer multilinearen isotropen Verfestigung berücksichtigt (d.h. für unterschiedliche Temperaturen je E-Moduli im elastischen Bereich und multilineare Spannungs-Dehnungs-Kurven im plastischen Bereich). ANSYS setzt dieses Verhalten für Druck- und Zugspannungen an, was natürlich zu nichtkonservativen Ergebnissen führt. Wie kann ich ANSYS mit möglichst geringem Aufwand sagen, dass die Zugfestigkeit bzw. die Zugsteifigkeit Null beträgt? Ich habe gelesen, dass das mit SOLID65-Elementen möglich ist, die speziell zur Nachbildung des Betonverhaltens entwickelt wurden. Aber wie definiere ich Spannungs-Dehnungs-Beziehungen für unterschiedliche Temperaturen? Geht das über APDL-Commands? Wie würde ein solcher Command aussehen (habe leider nicht viel Erfahrung mit der APDL-Programmiersprache)? Sieht evtl. jemand eine einfachere Lösung für das Problem?

Wäre super, wenn mir jemand weiterhelfen könnte.


Hey,
soweit ich weiß eignet sich das Drucker-Prager Modell für die Modellierung von Beton. Musst du mal schauen ob das in der WB funktioniert.

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TL9091
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ANSYS Workbench 18.2

erstellt am: 22. Mai. 2018 12:45    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

Danke für die Antwort samson05,

über das Drucker-Prager Modell bin ich auch schon gestoßen. Dafür brauche ich aber unterschiedlichste Materialkennwerte, die ich nicht habe. So genau will ich das Betonverhalten (zumindest vorerst) gar nicht nachbilden. Ich habe gehofft, dass es eine einfache Möglichkeit gibt, der Software zu sagen, dass die Steifigkeit von auf Zug beanspruchten Regionen sehr klein (oder gar Null) ist. Keine Idee, wie das gehen könnte?

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einfachTobi
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Ansys Workbench

erstellt am: 22. Mai. 2018 16:33    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 TL9091 10 Unities + Antwort hilfreich

Bei den Materialeigenschaften findest du unter "Schädigung" die Möglichkeit bei einer maximalen Spannung/Dehnung die Steifigkeit des Teils bei Zug zu reduzieren (Eingabe z. B. 0,9 für 90 %). Ist eigentlich Faserverbundwerkstoffe gedacht, funktioniert aber auch dort. Da die Elemente natürlich erhalten bleiben können sie sich unter Umständen aufgrund der geringen Steifigkeit sehr stark verformen, sodass die Rechnung nicht konvergiert. Es ist also eher als Behelf anzusehen, aber vielleicht für deine Zwecke ausreichend.

[Diese Nachricht wurde von einfachTobi am 22. Mai. 2018 editiert.]

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TL9091
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ANSYS Workbench 18.2

erstellt am: 23. Mai. 2018 10:28    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


Bild1.JPG

 
Danke für die Antwort, Tobi!
Das hört sich als erste Näherung an das reale Betonverhalten sehr vielversprechend an. Habe es auch gleich mal ausprobiert. Leider erhalte ich exakt dasselbe Ergebnis wie in meinem ursprünglichen Modell ohne die Definition der Schädigung. Vielleicht habe ich bei der Eingabe etwas falsch gemacht? Habe unter "Engineering Data" in der Toolbox "Orthotropic Stress Limits", sowie "Damage Initiation Criteria" und "Damage Evolution Law" zu den Materialeigenschaften des Betons hinzugefügt. Die Einstellungen die ich gemacht habe siehst du in der angehängen Abbildung. Wenn ich es richtig verstanden habe, sind die Orthotropic Stress Limits diejenigen Spannungen, ab der die geänderten Steifigkeiten gelten sollten. Ich habe also einfach die Stress Limits für Zug zu 0 Pa und die für Druck und Schub zu -99999999 Pa (quasi unendlich) gewählt. Als Damage Initiation Criteria habe ich Maximum Stress gewählt und unter dem Damage Evolution Law 1 (vollständige Reduktion) für die Tensile Stiffness Reductions und 0 (keine Reduktion) für die Compressive Stiffness Reductions. Was ich damit erreichen wollte ist folgendes: ANSYS soll die Steifigkeit der Elemente zu 0 setzen, sobald in diesen Zugkräfte größer als 0 Pa auftreten.
Was mache ich falsch?

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einfachTobi
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erstellt am: 23. Mai. 2018 10:50    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 TL9091 10 Unities + Antwort hilfreich

Versuche zunächst, ob es mit weniger extremen Werten an einem einfachen Beispielkörper funktioniert. Also statt 100% Reduktion nur 90% und als Spannungslimit 2 MPa statt 0. Dann kannst du das Verhalten testen, danach die Limit immer mehr erhöhen/absenken und es dann auf dein eigentliches Problem anwenden.

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TL9091
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ANSYS Workbench 18.2

erstellt am: 28. Mai. 2018 11:46    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

Danke für den Tipp!
Ich habe das ganze jetzt mal an einem gelenkig gelagerten Balken mit einer Kraft senkrecht zur Balkenachse ausprobiert. Bekomme leider sowohl mit als auch ohne die Definition einer Schädigung die selben Ergebnisse mit Zug- und Druckspannungen im Balken. Selbiges unzufriedenstellendes Ergebnis bekomme ich, wenn ich anstelle der Spannung als Schädigungskriterium die Dehnung wähle.

Woran könnte das liegen?

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TL9091
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erstellt am: 28. Mai. 2018 11:59    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

Danke für den Tipp!
Ich habe das ganze jetzt mal an einem gelenkig gelagerten Balken mit einer Kraft senkrecht zur Balkenachse ausprobiert. Bekomme leider sowohl mit als auch ohne die Definition einer Schädigung die selben Ergebnisse mit Zug- und Druckspannungen im Balken. Selbiges unzufriedenstellendes Ergebnis bekomme ich, wenn ich anstelle der Spannung als Schädigungskriterium die Dehnung wähle.

Woran könnte das liegen?

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einfachTobi
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erstellt am: 29. Mai. 2018 09:05    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 TL9091 10 Unities + Antwort hilfreich


verformung.png


material.png

 
Dann muss der Fehler woanders liegen. Ich habe es gerade mit zwei Balken ausprobiert:

- Balken 1: Standard Baustahl
- Balken 2: Standard Baustahl + Schädigung (siehe Screenshot)

Ergebnis: Balken 2 verformt sich bei gleicher Last anders, da die Steifigkeit reduziert wird.

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TL9091
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ANSYS Workbench 18.2

erstellt am: 29. Mai. 2018 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


Unbenannt2.JPG

 
Vielen Dank Tobi, dass du dir die Mühe gemacht hast!
An einem einfachen Ersatzmodell ähnlich deinem, funktioniert es jetzt bei mir auch. Der Solver scheint bereits bei diesem einfachen Modell große Konvergenzprobleme zu bekommen (siehe Abbildung im Anhang). Ist auch irgendwie logisch, da die Steifigkeit einzelner Elemente plötzlich, mit dem Überschreiten des Spannungslimits um 90% (den Wert habe ich als Steifigkeitsreduktionsfaktor definiert) reduziert werden. Am komplizierten Modell mit hochgradig nichtlinearem Verhalten (geometrische, materialtechnologische und Kontakt-Nichtlinearitäten) wird gar keine Konvergenz mehr gefunden. Hast du zufällig eine Idee, wie man dem entgegenwirken kann?
Ich habe es auch mal statt mit einer Schädigung mit dem APDL-Command "CAST" versucht. Hierbei kann man separate nichtlineare Spannungs-Dehnungs-Beziehungen für den Zug- und Druckbereich definieren. Leider bekomme ich das nicht temperaturabhängig hin. Hast du evtl. Erfahrung mit "CAST"?

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einfachTobi
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Ansys Workbench

erstellt am: 29. Mai. 2018 15:39    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 TL9091 10 Unities + Antwort hilfreich

Nein, mit CAST habe ich keine Erfahrungen.
Weggesteuert zu rechnen ist immer besser als kraftgesteuert. Denn durch die große Reduktion der Steifigkeit drückt eine Kraft das Teil natürlich einfach weg. Über Stichprobe --> Reaktionskraft kannst du evtl. auch die Verschiebung so einstellen, dass sie der gewünschten Kraft entspricht. Je komplexer das Problem und je mehr Nichtlinearitäten da sind, desto schwieriger wird nun mal alles 

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