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bauteil.JPG netz.JPG spannung.JPG

Hallo zusammen,

ich erstelle aktuell ein Simulationsmodell für meine Masterarbeit. Bei der Vernetzung und anschließender Spannungsauswertung bin ich mir jedoch unsicher und bitte daher um Eure Hilfe.

Bei dem Modell handelt es sich um ein Blechgehäuse, welches hauptsächlich aus gekanteten Stahlblechen (t=2 mm) mit rechteckigen Ausschnitten besteht. Das betrachtete Bauteil (siehe Anhang) ist ca. 3 m hoch und 1 m breit. Die Vernetzung erfolgt mit Schalenelementen und als Belastung wirkt ein Flächenlast in Zugrichtung (0,5 kN/m²) auf der ganzen Fläche. Die rechteckigen Ausschnitte sind an den Ecken mit einem Radius von 0,5 mm abgerundet, um geometrischen Singularitäten aus dem Weg zu gehen.

Das erste Problem ergibt sich bereits bei der Vernetzung, da die Gesamtfläche im Gegensatz zum Radius sehr groß ist. Die Vernetzung der Fläche erfolgt mit Elementgröße 10 mm. Da die Vernetzung für den Radius jedoch deutlich feiner werden muss, wird der Übergang zwischen den beiden Elementgrößen sehr unsauber (siehe Anhang). Wie kann ich dies besser lösen?

Bei der anschließenden Spannungsauswertung entlang dem Radius entstehen im Vergleich zum restlichen Bauteil relativ hohe Spannungen (siehe Anhang). Handelt es sich hierbei um Singularitäten, die beispielsweise aufgrund der Druckkraft auftreten oder liegt das nur an der Vernetzung?

Vielen Dank im Voraus!

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Hallo,
mit einer besseren lokalen Vernetzung sollten die Spannungen auch einen endlichen Wert erreichen.
Versuche dich mal an den Netzqualitäts-Anforderungen zu orientieren:
https://ansyshelp.ansys.com/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v232/en/wb_msh/msh_metrics.html
Element Quality und Aspect Ratio sollten hier genügen, ein Wert nahe 1 ist wünschenswert:
https://ansyshelp.ansys.com/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v232/en/wb_msh/msh_Element_Quality_Metric.html
https://ansyshelp.ansys.com/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v232/en/wb_msh/msh_aspect_triangle.html
Zudem kannst du zwischen gemittelten und ungemittelten Ergebnissen umschalten, die Spannungen sollten dicht beieinander liegen.
Viele Grüße

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CADFEM Germany GmbH
Christian Jensch
Berechnungsingenieur
Tel: +49 (0) 8092 7005 728
E-Mail: cjensch@cadfem.de
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mesh01.JPG mesh005.JPG mesh0025.JPG

Vielen Dank erst mal für die Antwort.

Ich habe die Rundung nun mit den Elementgrößen 0,1 mm, 0,05 mm und 0,025 mm schrittweise verfeinert. Bei jeder Auswertung steigt die Spannung weiter an (siehe Anhang). Eine weitere Netzverfeinerung ist aufgrund der Rechenleistung leider nicht mehr möglich. Das Netz erfüllt zudem die genannten Netzqualitäts-Anforderungen. Der Unterschied zwischen gemittelter und nicht gemittelter Spannung beträgt bei der Elementgröße 0,1 mm ca. 10% und bei der Elementgröße von 0,025 mm ca. 5 %.

Selbst wenn die Spannung irgendwann einen endlichen Wert erreicht, ist diese meines Erachtens unrealistisch hoch oder nicht? Ich bin mir daher bei der Interpretation der Spannung unsicher.

Viele Grüße

[Diese Nachricht wurde von phips304 am 30. Aug. 2023 editiert.]

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Hallo,
eine globale Netzverfeinerung wäre nicht notwendig gewesen, eine lokale Netzverfeinerung hätte ausgereicht. Dazu muss man den hoch belasteten Bereich in CAD freischneiden. Damit man dennoch ein durchgängiges Netz erhält kann man das SpaceClaim -> Share Tool verwenden:
Share Tool (ansys.com)
Die Spannungsabweichung zwischen 0,1 und 0,05 mm sind bei 6% und bei 0,05 zu 0,025 mm bei 4%. Sieht plausibel aus und mehr würde ich bei dreieckigen Schalen auch nicht investieren. Denn dreieckige Shell181 sind degenerierte Vierecke und taugen nicht für exakte Spannungsauswertungen, aber für eine erste Einschätzung schon.
SHELL181 (ansys.com)
Bis zu welcher Spannung soll das Bauteil / Material denn belastet werden? Wenn wir jetzt schon mehrere hundert MPa drüber liegen, sollte man sich Gedanken über ein anderes Material machen oder Geometrieänderungen in Betracht ziehen (größerer Radius).
Für den weiteren Verlauf deiner Arbeit und dem genaueren Abbilden des Spannungsgradienten an dem Radius, solltest du dich mit der Submodelltechnik beschäftigen.
Performing Submodeling in Ansys Mechanical — Lesson 6 - Bing video
Den Radius-Bereich hätte ich dann als Solid modelliert und mit Volumenelementen + Inflation Layer vernetzt. Damit kommt man mit den Integrationspunkten sehr nah an die Außenkante.
Viele Grüße

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CADFEM Germany GmbH
Christian Jensch
Berechnungsingenieur
Tel: +49 (0) 8092 7005 728
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Hallo,

nochmal kurz zu meiner Arbeit: Es handelt sich um ein Schutzgehäuse, welches aus mehreren gekanteten und miteinander verschraubten Blechtafeln besteht. Das gezeigte Bauteil ist nur eine Komponente von mehreren, die aber alle relativ ähnlich aufgebaut sind. Geprüft werden soll, bis zu welcher auftretenden Windbelastung das Referenzgehäuse zulässig ist. Der Winddruck bei der aktuellen Berechnung beträgt 0,5 kN/m². Als Material wird der Stahl DC01 verwendet.

Der rechteckige Ausschnitt in der Blechtafel ist in Realität eigentlich eine "ideale" 90°-Ecke und muss montagebedingt auch so bleiben. Der Radius von 0,5 mm dient lediglich der Geometrievereinfachung, um Singularitäten an der innenliegenden Ecke zu vermeiden.

Ich habe die Verrundung in der Ecke auch ebenfalls einmal mit Radius 10 mm probiert und eine Vernetzung mit viereckigen SHELL181 Elementen durchgeführt. Hierbei verringert sich die Spannung auf ca. 130 MPa und konvergiert gegen diesen Wert. Gemittelte und nicht gemittelte Spannung sind auch fast identisch.

Viele Grüße

[Diese Nachricht wurde von phips304 am 31. Aug. 2023 editiert.]

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