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Autor Thema:  Vorgespannte Modalanalyse ohne Lagerung (2339 mal gelesen)
LaNa
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Registriert: 01.08.2018

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Hallo zusammen,

ich versuche für eine Studienarbeit eine Modalanalyse einer Baugruppe durchzuführen, wofür ich mich in die aktuelle Ansys-Workbench einarbeite. Es handelt sich um einen frei schwingenden Ultraschall-Langevin-Wandler, also ein paar (annähernd) rotationssymmetrischer Teile, die mit einer Schraube vorgespannt sind und vereinfacht gesagt nicht gelagert sind. 
Von primärem Interesse sind die Longitudinalmoden und die entsprechenden Eigenfrequenzen. Auch ist es wichtig herauszufinden, an welchen Stellen die Baugruppe ihre Schwingungsknoten, also Stellen mit nahezu keiner Bewegung, aufweist. An diesen Stellen sollen dann später die Lager angreifen.
Die Vorspannung simuliere ich in einer statisch, mechanischen Analyse, deren Ergebnis dann in die Modalanalyse einfließt.
Mein Problem ist nun Folgendes:
Für die statische Analyse benötige ich eine Lagerung, um die Starrkörperbewegungen zu unterdrücken. Die fixe Lagerung verfälscht jedoch die Ergebnisse der Modalanalyse, da ich damit ja bereits einen Bereich ohne Bewegung vorgebe. Die Option "Schwache Federn" habe ich auch probiert, aber auch die scheinen mein Ergebnis sowohl bei der Frequenz, als auch bei der Form der Moden zu beeinflussen.
Hier komme ich leider nicht weiter, ich habe keine Ahnung, wie ich die Vorspannung ohne jegliche Lagerbedingung in der Modalanalyse berücksichtigen soll. Kann mir hier jemand helfen?

Vielen Dank und freundliche Grüße,

LaNa

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farahnaz
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erstellt am: 01. Aug. 2018 20:19    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 LaNa 10 Unities + Antwort hilfreich

Versuch mal die statische Berechnung ohne Randbedingung und mit der Solver-Option inertia relief.

------------------
Grüße, Moe

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LaNa
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erstellt am: 02. Aug. 2018 06:58    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 Moe,

vielen Dank für deine Antwort!Ich habe es gerade versucht und meine Berechnung ist mit einem Pivot-Fehler abgestürzt. Ich habe es auch spaßeshalber mit schwachen Fehlern und Trägheitsausgleich versucht. Die statische Berechnung ist damit fertig geworden, die Modalanalyse startet aber erst garnicht. Meldung: "Trägheitsausgleich ist im System, das die Vorspannung ermittelt, nicht erlaubt".

Was nun?

Gruß,

LaNa

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Duke711
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erstellt am: 02. Aug. 2018 13:28    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 Nur für LaNa 10 Unities + Antwort hilfreich

Also eine Lagerung verfälscht in keinster Weise eine Modalanalyse. Vielmehr ist die Grundannahme falsch, das eine Lagerung keinen Einfluss auf eine Modalanalyse hat.
Vermutlich wurde das Benutzersystem "vorgespannte Modalanalyse" verwendet?
Wenn Bauteile mit einer Eigenspannung untersucht werden soll, dann nicht das Benutzerssystem wählen, sondern die Lösung einer statischen Analyse auf das Modell/Netz einer Modelanlyse ziehen. Dann wird für die Modalanlyse das "verformte" Netz bzw. die Eigenspannung aus der statischen Analyse verwendet.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 02. Aug. 2018 editiert.]

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LaNa
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erstellt am: 02. Aug. 2018 14:29    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 Duke,

da hast du natürlich Recht, ich habe mich wohl missverständlich ausgedrückt. Ich wollte in der Modalanalyse einfach kein Lager haben, das in Wirklichkeit auch nicht da ist!
Zu deiner Hilfestellung:
Ich wusste nicht, dass es ein solches Benutzersystem gibt, ich habe einfach das System "Modalanalyse" auf das Ergebnis des Systems "statische Analyse" gezogen. Kommt aber auf das Gleiche raus!
Dass ich auch das Ergebnis der statischen Analyse auf das Netz der Modalanalyse legen kann, wusste ich noch nicht! Das ist jedenfalls die Lösung, die ich gebraucht habe, vielen Dank dafür!

Gruß,
LaNa

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farahnaz
Ehrenmitglied V.I.P. h.c.
Ing.


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erstellt am: 02. Aug. 2018 14:40    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 LaNa 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von LaNa:
meine Berechnung ist mit einem Pivot-Fehler abgestürzt. Ich habe es auch spaßeshalber mit schwachen Fehlern und Trägheitsausgleich versucht.

Moeglicherweise ist dein System (was auch immer ist) nicht statisch bestimmt. Es kann interne Verschieblichkeit haben. hast du nichtlineraren Kontakt oder etwas aehnliches in dieser Richtung? Solche Dinge sind nicht unterstützt in modaler Analyse.

In der Praxis hängen die Eigenfrequenzen von Lagerungen ab. Was versuchst du zu simulieren? einen fliegenden Körper wie Flugzeug?

------------------
Grüße, Moe

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LaNa
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erstellt am: 02. Aug. 2018 15:05    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

Hallo Moe,

es ist ein piezoelektrischer Ultraschallwandler. Das Piezoelement wird mittels Vorspannschraube zwischen zwei Massen eingespannt. Das ganze Gerät wird dann in seiner Resonanzfrequenz betrieben, wobei das Piezoelement als "Antrieb" eine ziemlich kleine Schwingungsamplitude hat. Die vordere Masse, an die man das Werkzeug anschließt, verjüngt sich zum Ende hin und verstärkt damit die Schwingungsamplitude auf ein Niveau, mit dem man arbeiten kann.
Das ganze System besitzt dann Amplitudenmaxima und -Minima, wobei die Aufnahme bzw. die Lagerung an einem solchen Minimum erfolgen sollte, um das System nicht unnötig auszubremsen. Um die Lage eines solchen Minimums zu ermitteln oder diese durch Änderungen an der Geometrie der restlichen Bauteile zu optimieren, darf ich keine Lagerung im Modell aufbringen, da diese mir die Lage des Minimums bereits vorgibt und das System dann komplett andere Schwingungsmoden und Eigenfrequenzen erhält.
Eigentlich sehe ich mein Modell schon als statisch bestimmt an, eine Schraube presst ein Sandwich aus Bauteilen zusammen. Da braucht es kein Lager, um diese Kraft aufzunehmen. Ich schiebe die Schuld da auf die Numerik, dass ich dieses Lager eben doch brauche 
Meine Kontakte sind alles "Verbund"-Kontakte, deren Steifigkeit ich auf Wunsch von Ansys mittels Faktor (0,9) etwas heruntergesetzt habe.

Gruß,

LaNa

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farahnaz
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erstellt am: 02. Aug. 2018 16:43    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 LaNa 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von LaNa:

..... Da braucht es kein Lager, um diese Kraft aufzunehmen. Ich schiebe die Schuld da auf die Numerik, dass ich dieses Lager eben doch brauche    

Wir benutzen die Option "inertia relief" fuer solche Faelle. In deinem Falle ohne RBen in der statischen Berechnung, da du die wahrscheinlich spaeter in der modalen Berechnung in Ansys nicht loswerden kannst. 

https://forum.altairhyperworks.com/index.php?/topic/14521-how-to-define-inertia-relief-analysis/


------------------
Grüße, Moe

[Diese Nachricht wurde von farahnaz am 02. Aug. 2018 editiert.]

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MESHPARTS
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Registriert: 08.03.2013

Meshparts Software (https://www.meshparts.de/products)
Ansys
SolidWorks

erstellt am: 02. Aug. 2018 17:57    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 LaNa 10 Unities + Antwort hilfreich

"Option "Schwache Federn" habe ich auch probiert, aber auch die scheinen mein Ergebnis sowohl bei der Frequenz, als auch bei der Form der Moden zu beeinflussen."

Ich finde den Weg über schwache Federn gut. Wenn diese die Lösung zu stark beeinflüssen, dann sind sie eben nicht schwach genug. Ich weiß nicht, inwieweit man unter Ansys WB die Steifigkeit der schwachen Federn beeinflüssen kann. Alternativ über APDL Commands weiter machen.

------------------
Viele Grüße
Alexandru Dadalau

MESHPARTS GmbH
Scalable Simulation
www.meshparts.de

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LaNa
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Beiträge: 11
Registriert: 01.08.2018

erstellt am: 03. Aug. 2018 09:45    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


VorgespannteModalanalyse.png

 
Hallo nochmal an alle,

es ist echt toll, wie viel Input ihr mir hier gebt. Grundsätzlich machen für mich alle hier genannten Vorschläge Sinn. Bisher hat die Berechnung mit Inertia-Relief (in meiner deutschen Version wohl "Trägheitsausgleich") ohne RB leider nicht geklappt (siehe Pivot Fehler). Die schwachen Federn könnte ich tatsächlich schwächer machen, funktioniert ähnlich wie die Einstellung der Kontaktsteifigkeiten. Ich werde das bei Gelegenheit mal probieren.
Ansonsten hat der Duke bereits die gewünschte Lösung gegeben. Anstelle dass ich Geometrie, Modellaufbau und Lösung der stat. Analyse in die Modalanalyse übernehme, rechne ich einfach mit dem in der statischen Analyse verformten Netz. Ich habe mal einen Screenshot angehängt, damit ihr wisst was ich meine. Das obere System überträgt einfach das ganze Modell (inkl. Kontakte, Lager etc.) aus der stat. in die Modalanalyse, das untere liefert nur das verformte Netz, ohne Lager etc. Das hat am Schluss den Ausschlag gegeben!

Gruß,

LaNa

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