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SpannungverlaufmitBeschleunigungohneabgesetzteMassen.JPG SpannungverlaufohneBeschleunigungmitabgesetztenMassen.JPG SpannungverlaufohneBeschleunigungohneabgesetzteMassen.JPG

Hallo Liebe Simulanten,

ich bin neu hier und habe gleich eine knifflige Angelegenheit.

Ich möchte ein Schlitten simulieren, der eine max. Beschleunigung von 5436 m/s² erfährt und gleichzeitig mit einer bestimmten Druckkraft beaufschlagt wird. Diese Druckkraft wirkt auf einen beweglichen Kopf (befestigt über eine Achse), der tangential auf einen Zylinder drückt. Die Kraft ist variable einstellbar.
Ziel ist es herauszufinden ob dieser Schlitten kaputt geht oder nicht.

Der Schlitten ist aus Kunststoff, die Material wurde durch Versuche bestätigt. Ich bin mir bewusst, wie schlecht sich Kunststoff simulieren lässt, nichtsdestotrotz haben die ersten Ergebnisse (reine Druckbelastung) erstaunlich realitätsnahe Ergebnisse gebracht.

Nun habe ich in einem weiteren Schritt die Beschleunigung mit beaufschlagt. Um alle Massen(trägheiten) in die Rechnung mit einzubeziehen, habe ich eine Baugruppe erstellt.
Im ersten Schritt habe ich die Massen abgesetzt und die Berechnung durchgeführt. Leider muss SolidWorks aufgrund der großen Verformung nichtlinear rechnen. Bei dieser Rechnung sind abgesetzte Massen nicht zulässig, ebenso wie die Körper "starr machen".
Also habe ich versucht die Körper einfach zu umgehen, in dem ich die Kraft nicht auf die Körper beaufschlag habe, sondern nur über die Bohrungen des Schlittens. Diese aber über Kontaktbedingungen mit dem Schlitten fest verbunden. Dabei bekomme ich diffuse Ergebnisse, die ich mir nicht erklären kann. Eigentlich sollen sich die Körper kräftefrei mit bewegen, jedoch werden irgendwoher Kräfte aufgenommen, die wiederum hohe Spannungen verursachen.
Zum Vergleich habe ich eine Berechnung mit exakt gleichen Randbedingungen (Netz, Kontakte, Materialien, Kräfte, Fixierungen) gemacht, mit dem einzigen Unterschied, dass die Teile in die Berechnung mit einbezogen sind.
Dabei fallen besonders die Spannungen in der Achse auf, die eigentlich kräftefrei sein müsste.

Es ist durchaus möglich, dass ich die Bedingungen falsch setze, jedoch weiß ich einfach nicht mehr weiter.
Wie kann ich die Massen mit simulieren lassen, ohne sie abzusetzen?

Gruß
Martin

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Hallo Martin, willkommen bei CAD.de.

Ich verstehe Dein Problem noch nicht ganz. Eine Beschleunigung von 54 g ist schon ziemlich gewaltig.  Geht da nicht schon alles kaputt.

Wenn die Bohrung kantig ist, entstehen dann auch an der Achse Spannungsspitzen. 
Der Begriff " Nichtlinear " bezieht sich in der FEM auf den E-Modul des Materials.  Du meinst aber große Verschiebungen oder Verformungen. Da muß die Software zwar auch iterieren, das ist aber etwas anderes.

Wenn die Baugruppen zu groß werden und dann noch große Verschiebungen dazu kommen, dann kommt SWX Simulation an siene Grenzen.
Ich würde das dann trotzdem mit kleinen Verformungen rechnen. 

Die Kontakte darfst Du nie über globalen Kontakt angeben, sondern immer die Flächen alle einzeln auswählen.
Wenn Du große Teile oder Flächen mit mit Kontakten an einzelnen Stellen hast, würde ich die Flächen vorher im Part
mit Trennlinie aufteilen.
Dann funktioniert Simulation auch besser.
So wie hier:
http://forum.cad.de/foren/ubb/Forum131/HTML/000925.shtml

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Klaus

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MaxSpannungeniso.JPG Kontaktsatze.JPG

Guten Morgen Klaus,

danke für deine schnelle Antwort. Ebenso danke für deine Erklärungen, ich meine natürlich "Große Verschiebungen".

Ich versuche noch etwas weiter auszuholen.
Im ersten Schritt habe ich den dargestellte Schlitten in zwei verschieden Fallstudien nur mit einer Kraft von 3 lbs und 5 lbs beaufschlagt. Die dabei entstehenden Verformungen bei 3 lbs kann SW Simulation gut abbilden. Die 5 lbs werden mit "Großen Verschiebungen" berechnet. Diese Ergebnisse sind nicht so schlecht wie erwartet, sondern tatsächlich realitätsnah.

Die Beschleunigung kommt daher, dass der Schlitten durch eine rotierende Welle angetrieben, axial aber durch die Leisten stabilisiert wird. Im Umkehrpunkt der Bewegung kommt ziemlich viel zusammen, und nein, alles geht nicht kaputt. An unseren Maschinen bleibt alles noch ganz 
Wir reden hier über sehr kleine Massen, der dargestellt Schlitte plus Anbauteile sind 25 Gramm. Umso kleiner, desto besser, ganz klar.

Ich habe nach der Analyse des Schlittens, die Beschleunigungsanalyse durchgeführt und bin dabei auf meine Beobachtungen gestoßen. Da diese für mich nicht plausibel sind, habe ich versucht der Sache auf den Grund zu gehen. Deswegen sind in den Darstellungen 3 verschiedene Rechnungswege dargestellt, wobei wiederum nur 2 miteinander zu tun haben...die "ohne Beschleunigung".

Nun zurück zum Thema. Selbst beim Rechnen ohne "Große Verschiebungen" wie in "Spannungsverlauf ohne Beschleunigung ohne abgesetzte Massen" bekomme ich diese fleckige Achse. Obwohl Sie eigentlich spannungsfrei sein sollte, bzw. ich möchte, dass nur die Massen der Achse (und Kopf) mit in die Rechnungen einfließen. Die Frage ist ob ich irgendetwas falsch verbunden haben. Apropos, meine Kontakte sind wie folge aufgebaut.

- Globaler Kontakt: Keine Penetration
- Verbunden: Trennfläche der  Achse mit Bohrung im Schlitten (links)
                      Kopffläche der Achse auf dem Schlitten
                      Trennfläche der Achse mit Kopf

Die Bohrungen des Schlitten und des Kopfes sind exakt so groß wie der Durchmesser der Achse.
Der Kopf und die Achse sind mit den gleichen Parametern vernetzt.
Die Kraft wirkt ausschließlich auf die Bohrungen.

Die Ergebnisse ohne und mi Beschleunigung sind von der Art ähnlich, die Werte natürlich anders, aber dennoch haben beide eigentlich spannungsfreien Bauteile, erheblich hohe Spannungen (Beispielwert siehe Anhang). 

Kann es am Netz liegen?

Gruß
Martin

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SWX_Iso_Clipping.PNG

"  jedoch werden irgendwoher Kräfte aufgenommen, die wiederum hohe Spannungen verursachen  "

Wo hast du denn hohe Spannungen ? 
Die Oberfläche der Welle würde ich mit Trennlinie mindestens einmal aufteilen, wie vorher schon erwähnt.
Mit abgesetzten Lasten bekommst Du Probleme, wenn Du die Verbindungen genau auf die Kanten, oder noch schlimmer auf die Ecken setzt.
Dann ergeben sich Spannungsspitzen, die nicht realistisch sind.

Das die Kontur mit Clipping so verschwommen ist, liegt an den Rundungsfehlern. ( Siehe Bild ) Die Software arbeitet wahrscheinlich mit 16 Bit Zahlen, da geht es nicht besser.
Baugruppen iterativ rechnen ist viel Rechenaufwand.

Eine Beschleunigung ist eine Kraft, der die Träge Masse entgegenwirkt.  Da enstehen natürlich Spannungen. soweit ich das erkennen kann, sind die schon an den richtigen Stellen.

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Klaus

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Ich hab es nicht verstanden.
Warum sollte die Achse spannungsfrei sein?
Meiner Meinung nach hast Du doch durch Deine Kontakte quasi aus Schlitten und Achse einen Körper gemacht. Wenn nun also der Schlitten verformt wird, kann die Achse davon nicht unbeeinflusst bleiben?

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Achseneinzeln.jpg Achse_Baugruppensimulation.JPG

Guten Morgen Torsten, Klaus,

zuerst zu Euren Fragen. Die Achse ist in drei Teile getrennt, eine Trennfläche ist mit dem Schlitten verbunden, wie bereits beschrieben. Die andere mit dem Kopf. Die dritte Fläche habe ich mit "keine Penetration" definiert, damit sie sich "bewegen" kann.
Die Achse sollte nicht ganz spannungsfrei sein, weil die Beschleunigung auch auf die Achse wirkt, jedoch sollten die Spannungen nicht so aussehen, wie mit dem ISO-Clipping dargestellt. Die Achse ist auf jeden Fall kräftefrei, die Wirkt ausschließlich auf den Schlitten. Das Ergebnis ist für mich deswegen nicht plausibel, weil für mich die Darstellung der Spannungen nicht den gegebenen Lasten entspricht (siehe Anhang). Simuliert man nur die Achse bekommt man ein Spannungsbild, das erwartungsgemäß aussieht (siehe Anhang).

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