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test.zip Eigenform.png

Guten Abend miteinander,

ich arbeite daran, das Knickverhalten von Stahlstützen mit H-Querschnitt zu untersuchen. Geplant war die Modellierung des Eulerfalles 2. Bei der Auswertung meiner Ergebnisse scheint mir aber etwas an der Verformungsfigur nicht zu stimmen und nun glaube ich, dass der Ursprung dieses Problems in meiner Lagerung liegt, die vermutlich nicht der eines Euler2 Knickstabes entspricht.

Nur kurz zur Beschreibung meines Modells: Klassische Knickanalyse. Zuerst wird die erste Eigenform per linear buckling step ermittelt und die Imperfektionen per Skalierung besagter Eigenform über das *IMPERFECTION keyword auf das plastische Modell aufgebracht. Gerechnet wird mit General static step.

Vermutlich liegt das Problem in dem gewählten Constraint. Ich habe jeweils ein rigid body constraint gewählt, mit dem ich die Bewegung des Reference Points an den jeweiligen Querschnitt am Anfang bzw. Ende der Stütze verbunden habe.

Für das Festlager habe ich dann U2 und U3 gehalten (U1 wird über die Symmetriebedingung gehalten, da die Stütze nur zur Hälfte modelliert ist). Beim Loslager wurde nur U2 gehalten.

Indem ich aber alle Verschiebungen U3 am Festlager halte, kann sich der Querschnitt nicht so schön verdrehen, wie er es sollte. Im Linear perturbation step für Knicken passt die Eigenform interessanterweise aber durchaus. Warum ist das so? Die Auflagerbedingungen sind doch die gleichen wie im plastischen Modell? 

Ich habe die Input file und ein Bild angehangen, auf dem deutlich zu sehen ist, dass sich im elastischen Buckling Step (linkes Bild) das Stabende wunderbar verdreht und im plastischen Step (rechtes Bild) alle Knoten am Stabende die Verschiebung 0 aufweisen.

Ich versuche schon die ganze Zeit im User Manual herauszufinden, welches constraint den Zweck erfüllen würde. Es wird wohl ein Coupling oder MPC sein, aber ich stehe dennoch etwas auf dem Schlauch, welches nun sicher richtig für mich wäre. 

Ich arbeite übrigens bewusst mit Solids, auch wenn Shells wahrscheinlich einfacher wären. Das ganze soll aber später auf Verbundstützen ausgeweitet werden und am reinen Stahl würde ich gerne schauen, wie man das ganze richtig lagert. 

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Stab.png

Kleiner Nachtrag, da ich mir nicht ganz sicher war, ob man wirklich versteht, worauf ich hinaus will, daher eine Skizze, welche Art Lagerung ich realisieren möchte.

Im Bild zu sehen: Die Stütze sollte sich quasi so verhalten, als ob an beiden Enden Platten drauf geschweißt wären. Die Platten können sich um die jeweiligen Lager verdrehen.

Kann man das irgendwie machen ohne die Platten modellieren zu müssen?

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Das mit den Rigid Bodies ist schon ok. Ich persönlich hätte zwar Kinematic Coupling genommen, aber das hätte in dem Fall wohl keinen Unterschied gemacht.

Ein paar Punkte die du prüfen solltest:
- Die Schweißnähte sind nicht mit in den Rigid Bodies.
- Ist die Symmetrie wirklich anwendbar? Knickt die Struktur als erstes wirklich zur Seite (y-Richtung)?
- Die Elementwahl ist schlecht. Bei C3D8R mindestens 4 Elemente über die Biegedicke nehmen, da sonst Hourglassing auftreten kann. Ansonsten C3D8I oder C3D20R nehmen.
- Evtl. Rechenzeit sparen, wenn man statt General Contact Kontaktpaare mit Small Sliding definiert.

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HEA360.png

Ui, danke für die zügige Antwort noch zu dieser Uhrzeit!

Die Schweißnähte waren "eigentlich" drin. Hatte versucht einige Warnings zu overconstraints zu beseitigen im Rahmen meiner Fehlersuche und anschließend vergessen, die Nähte wieder mit in das Constraint zu packen. Danke für den Hinweis!

Ich wende die Symmetrie an, weil ich wissen möchte, wie groß die Knicklast um die starke Achse ist. Ich möchte nicht, dass der Stab in eine andere Richtung knickt. 

Die Elementanzahl habe ich angepasst und statt general contact jetzt Small sliding verwendet. Danke!

Mein Problem bleibt allerdings bestehen. Anstatt dass meine Stütze in der Mitte plastiziert, plastiziert das Material am Auflager und an der Lasteinleitung, wodurch meine Traglast teils erheblich niedriger ausfällt als sie sollte und außerdem irgendwann die Nachricht kommt, dass die Fließdehnung um das 50fache überschritten wurde. Dieses Verhalten zeigen Modelle verschiedener Längen. Die Tragfähigkeit liegt dann immer bei ca. 9100kN. Egal ob die Stütze 4,5m oder 8m lang ist und das passt nicht ganz.

Nur mal zum Verständnis: Wenn ich U3=0 am Reference Point "Festlager" setze und diesen dann mit dem Querschnitt am Ende per rigid-tie constraint kopple, sagt das dem Querschnitt dort doch, dass sich keiner seiner Knoten in 3-Richtung verschieben darf. Damit sich der Querschnitt aber verdrehen darf, wie es im linear Pertubation step auch richtigerweise geschieht, muss sich eine Seite nach oben und eine nach unten bewegen. Das würde ich doch mit einem solchen constraint verhindern? Oder wo liegt mein Denkfehler?

Ich hoffe, man darf hier YouTube Videos posten: Diese Art der Lagerung wäre das, was ich mir vorstelle. Beide Enden verdrehen sich und lassen die seitliche Auslenkung des Stabes frei zu:

https://www.youtube.com/watch?v=jNwvub87l8o

Hab nochmal ein Bild angehangen wie das Resultat der Simulation aussieht. Beide Stützenenden "fließen" mir sozusagen weg, wodurch dann vermutlich auch die falschen Lasten kommen.
Ich versuche mal unrealistisch lange Stütze zu simulieren und schaue, ob auch dort das gleiche zu beobachten ist. Meiner Meinung nach muss da irgendwas falsch sein 

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Ich denke das Problem ist folgendes:
Deine Struktur ist sehr steif und die Beullast sehr hoch. An der Lasteinleitung treten vorm Eintritt des eigentlichen Beulens schon Spannungen auf, die die Fließgrenze überschreiten; auch dann sehr schnell deine angegebene maximale Spannung. Ab dem Zeitpunkt ist die Sache eh erledigt, da dann ideal plastisch gerechnet wird und diese Regionen sehr weich sind. Somit geben diese immer weiter nach, anstatt dass sich die Struktur global verformt.

Ich habe deine Struktur mal ohne die Anfangsspannungen gerechnet. Mit einer Skalierung von 10 bei der Imperfektion, linear elastischem Material und einer größeren Verschiebung konnte ich dann einen Abfall in der Last-Verschiebungskurve sehen. Aber die Spannungen waren sehr hoch.

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Hallo Mustaine,

entschuldige die späte Antwort!

Du hast wohl recht. Mit größeren Imperfektionen bzw. schlankeren Stützen passt das ganze auch bei mir nun sehr gut. Die Tragfähigkeiten werden allerdings um bis zu 10% überschätzt. Vermutlich hatte ich daher insgeheim gehofft, dass es irgendwie an der Lagerung liegt.

Ich werde mal mit quadratischen Elementen rechnen und schauen, ob sich etwas verbessert.

Danke nochmal! 

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