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Normalverteilung.jpg

Hallo,

bisher habe ich Mechanica meist für statische, konstruktionsbegleitende Analysen verwendet. Innerhalb eines neuen Projektes zeigt sich allerdings immer mehr, das eine dynamische Simulation sehr sinnvoll wäre, um grundsätzlich Probleme schon im Vorfeld zu erfassen. Meine Aufgabe ist es eine Baugruppe zu entwickeln, die im Laufe ihres (hoffentlich sehr langen) Lebens stark durchgeschüttelt wird -> d.h. verschiedene Beschleunigung und bei unterschiedlichen Frequenzen. Für eine Simulation dieser Belastungen eignet sich ja augenscheinlich die "stochastische Antwortanalyse", mit deren Hilfe ich mir zufallsgesteuerte Schwingungsproblem berechnen lassen kann. Das für diese Simulationsmethode benötigte Schockspektrum liegt mir vor (in g^2/Hz). Was für mich nur absolut keinen Sinn ergibt, ist die Tatsache das Mechanica nur die dabei auftretenden Standardabweichungen (Sigma) berechnet. Ich bekomme aber keinerlei Aussage darüber, auf welchen Wert sich mein Abweichungen bezieht. Zum Beispiel erfahre ich das meine auftretenden Spannungen +/-200N/mm^2 um einen Wert X variieren können, aber was nützt mir das wenn ich X nicht kenne? 

Mir ist klar das dieses Thema relativ speziell ist und auch das die stochastische Antwortanalyse nicht unbedingt jedem bekannt ist (ich kannte sie vor diesem Projekt auch nicht  ). Gearde deshalb würde ich mich sehr freuen wenn mir jemand einen Hinweis geben kann oder als Diskussionspartner dient. Leider sind meine Kenntnisse im Bereich Wahrscheinlichkeitsrechnung äusserst begrenzt, vielleicht hat jemand schon einmal ein ähnliches Problem (z.B. Belastungen bei Fahrzeugen, Flugzeugen oder Raumfahrt, Belastungen an Flügeln etc.) bearbeitet und kann mir mit theoretische Wissen helfen oder einen Tipp in die richtige Richtung geben.

Vielen Dank im voraus.

Grüße Benjamin

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Hallo Benjamin,

definierst eine Fusspunkterregung? Falls ja, wie hoch ist die modalle Masse? Hast Du alle Ergebnisse angefordert?, denn dynamische Analysen berechnen standardmäßig keine Messgrößen. Darfst Du Daten hochladen? evtl. in vereinfachter Form?

Gruß Paul

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Hallo Paul,

vielen Dank erstmal für die Antwort. Leider kann ich deinen Fragen nicht ganz folgen, aber dazu später.
Ja ich möchte mein Aufbau mittels Fußpunkterregung belasten und geh ich recht in der Annahme das du mit modaler Masse die effektive Masse meinst? (in meinen Vorbetrachtungen ist sie noch sehr gering, verwende aber auch nur die ersten 10 Eigenmoden)

Hast du schoneinmal mit einem ähnlichen Problem zutun gehabt? Meine Frage bezog sich auch weniger auf mein spezielles Problem, sondern ist eigentlich mehr eine Verständnisfrage. Mein bisheriges Wissen über diese stochastische Analyse habe ich durch Schulungsunterlagen von PTC. Dort wird ein ähnliches Problem behandelt. In diesem Bsp. wird die Belastung an einer Tragfläche simuliert, das ist mir auch soweit alles klar. Nur leider wird am Ende des Bsp. einfach gesagt, Y wurde hiermit berechnet und ist "soundso" groß. Daher weiß man, das die Spannung am Punkt n mit +/- Y um den Wert X variiert (toll!), aber wie sie X ermittelt haben, wird nicht erläutert!    Der Wert steht einfach da. Ich glaube zu verstehen das man den X Wert auch nicht mittels dieser Analyseform ermitteln kann, aber ohne diesen Wert sind meine Ergebnisse sinnlos. Vielleicht habe ich es auch einfach nicht richtig verstanden?! 

Grüße Benjamin

P.S. Daten hochladen kann ich leider nicht, mir geht es auch in erster Linie um das Verständnis -> also mir würde völlig ein Klotz mit 2 Bohrungen oder ähnlichem reichen, falls so ein Diskussionsmodell weiterhilft 

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bei Zufallsschwingungen wird die errechnete Spannung unter Angabe zur Streuung um diesen Wert gemacht. D.h. wie oft der angegebene Spannungswert statistisch ueberschritten, resp. nicht ueberschritten wird. Die Wahrscheinlichkeit gilt fuer eine spezifische festgelegte Wahrscheinlichkeitsverteilung. Fuer Randomvibrationen bspw die Rayleight-Kurve.

Dies (also ein Spannungswert plus Wahrscheinlichkeitsaussage) da auch das Lastsignal, also der Input schon eine ueber der Frequenz variierende statistische Groesse ist.

Ich denke das der angegene Wert 200 schon die gesuchte Spannung ist. Die mit einer gegebenen Streuung schwanken kann.

Welche Spannung das Ergebniss darstellt, d.h. wie gross die Streuung der Spannung ist, haengt von der benutzten Verteilungskurve (Rayleight o.a.) und dem Typ der ausgewerteten Spannung ab (1Sigma Stress, 2Sigma etc). Das muss jedoch der Dokumentation Mechanica entnommen werden (Theory/User Manual oder so etwas) - sonst Support fragen.

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Gruesse,
Frank Exius
IFE Deutschland  www.ife-ansys.de
Mo-Fr 9:00-18:00 Uhr durchgaengig

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test_dyn_stochastisch.zip

Hallo Benjamin,

anbei ein einfaches Spielmodell.
Könntest Du wenigstens das gemessene Erregungsspektrum hochladen?

Gruß Paul

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Bsp_Antwortspektrum.txt

Hallo Paul,

im Anhang findest ein Beispielspektrum, was dem realen sehr ähnlich ist. Vielen Dank für dein Spielmodell. Dazu gleich eine Frage, da hier ja die Erdbeschleunigung eine Rolle spielt, müsste dann nicht eine Modalanalyse mit Vorspannung verwendet werden?

@Frank
Vielen Dank auch für deine Antwort, allerdings entspricht (laut Mechanica/PTC Unterlagen) die berechnete Spannung (Bsp. 200N/mm^2) der Streuung und nicht dem "mittleren" Spannungswert, genau das ist ja mein Problem.

Wie wäre den dieses Problem mit Ansys zu lösen? Bzw. was gibt mir Ansys bei so einer Rechnung aus, Spannung und Streuung?

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Hallo Benjamin,

eine vorgespannte Modalanalyse würde ich dann ansetzen, wenn irgendwelche Strukturen auf Zug vorgespannt werden (z.B. Zugseile), d.h. es findet dadurch eine Frequenzverschiebung statt. Man kann soetwas leicht testen: ohne Vorspannung und dann mit (statischer) Vorspannung rechnen und die Eigenfrequenzen vergleichen.

Gruß Paul

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Beispiel_Berechnungen.pdf

Hallo Paul,

das mit der Vorspannung hab ich getestet und ja es gab kaum eine Änderung der Eigenfrequenzen, vielen Dank für den Hinweis.

Ich habe mal deine vordefinierte Frequenzanalyse ausgeführt und anschließend eine stochastische Analyse mit meine Spektrum durchgeführt. Die Interpretation der Ergebnisse fällt mir sehr schwer. Soweit ich das verstehe, gibt mir die dyn. Frequenzanalyse die Antwort des Systems für einen vorgegebenen Frequenzbereich z.B. 0-2000Hz, bei konstanter Amplitude. D.h. ich sehe wie sich das System verhält wenn Frequenzen im Bereich 0-2000Hz auftreten, bekomme aber keine Aussage über den zeitlichen Verlauf.
-> Bei dem Spielmodell, am vorgegebenen Messpunkt bekomme ich einen max. Wert von 2,25mm und dieser liegt in etwa bei der ersten Eigenfrequenz. D.h. wenn ich das System mit einer Fréquenz von z.B. 16Hz belaste (unendlich lange) beträgt die max. Verformung in Y an der definierten Messstelle 2,25mm (bei 20% Dämpfung und Amplitude "uniform" wie ist diese eigentlich definiert?).

-> Schüttel ich nun mein System, mit dem vergegebenen Schockspektrum und führe eine stoch. Antwortanalyse durch, bekomme ich an meinem Messpunkt ein max. Verschiebung in Y von 0,095mm bei 17,5Hz. Werte ich aber mein gesamtes Modell in Y-Richtung aus (entlang der Kante oder der Fläche) bekomme ich eine deutlich größere Verschiebungen in Y-Richtung, ca. 1mm (Faktor 10)

Wie kann ich diese Werte sinnvoll interpretieren? Mir ist das ziemlich unklar?!  
Mein Ziel ist es eine Aussage über die mittlere Spannung und die Standardabweichung zu erhalten.

Grüße Benjamin

[Diese Nachricht wurde von benjamin.84 am 26. Nov. 2012 editiert.]

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Hallo Benjamin,

in meinem Spielmodell ist ja gar kein Erregungsspektrum vorhanden.
Du hast aber einen gemessenen, bezogen aber auf g² (9,81m/s²), d.h. Du solltest die Tabellenwerte eingeben, "Frequenschritte.." einschließen, falls automatische Berechnung. Im Vektor sollte dann 9810x9810 stehen, um auf die g² (in mm/s²) zu kommen.

Dynamische Frequenzanalyse (eingeschwungenes System) ist nur als Beispiel da, um evtl. Resonanzen zu lokalisieren. Eine (sehr starke) Dämpfung von 20% ist hier nicht praxisrelevant, falls keine Werte vorhanden, dann 1-2% annehmen.

Du hast auch kein Schockspektrum, dazu wäre die Erdbebenanalyse die richtige. Uniform heißt "1".

Gruß Paul

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[Diese Nachricht wurde von ToTacheles am 27. Nov. 2012 editiert.]

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Hallo Paul,

okay ich habe kein Schockspektrum, sondern die Spektraldichte der Beschleunigung. Danke auch für den Hinweis mit den Tabellenschritten. Was mich aber etwas verwirrt ist deine Aussage 9810x9810, auf welche WF Version bezieht sich das? Soweit ich weiß, werden die Werte für den eingegebenen Vektor bei der stochastischen Antwortanalyse quadriert und dann mir der Funktion skaliert, d.h. der Vektor für die Fußpunkterregung muss g sein, nicht g^2, sonst erhalte ich g^4.

Das die Dämpung hier mit 20% nicht der realen Dämpfung entspricht, ist auch klar.
Aber hast du vlt. trotzdem eine Idee wie man die Werte/Ergebnisse interpretieren kann?

Grüße Benjamin

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test_stochastisch_spektrum.zip

Ich würde folgendermaßen vorgehen / interpretieren (Spielmodell mit dem Erregungsspektrum anbei):

- Die Berechnung wird über die gesamte statistische (zeitunabhängige) Erregung (gemessenes Spektrum) durchgeführt, aber mindestens 80-90% eff. Masse ist Voraussetzung für die Auswertung.

- Bei der Auswertung (Standardabweichung wurde berechnet), die berechnete Spannung x3 multiplizieren ergibt meine maximale (statistische) Spannungsabweichung um die statische Spannung an dem bestimmten Ort, aber es werden hier volle Ergebnissätze angefordert, also als Plot auswertbar.

Mit einfachem G hast Du wohl recht, mir fehlen hier praktische Erfahrungen (und theoretische Kenntnisse).

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Hallo, das erscheint mir alles sehr schlüssig, aber ich verstehe nicht ganze was du mit

Zitat:

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Original erstellt von ToTacheles:
aber es werden hier volle Ergebnissätze angefordert, also als Plot auswertbar.

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genau meinst, könntest du das vlt. kurz erläutern?

Nachtrag: Frage hat sich erledigt. 

[Diese Nachricht wurde von benjamin.84 am 27. Nov. 2012 editiert.]

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messgroesze_rms.jpg

Nachtrag: benutzerdefinierte Mwessgröße bitte nicht beachten, diese sollte auf "rms" umgestellt werden, dann kannst Du diese im Statusbericht ablesen.

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Okay, vielen dank erstmal für die ganze Hilfen und Tipps, das hat mir wirklich sehr weitergeholfen! Nun aber noch ich hoffe meine letzte Frage:

"ergibt meine maximale (statistische) Spannungsabweichung um die statische Spannung an dem bestimmten Ort"

Wie kann ich die statische Spannung aufgrund meines Spektrums ermitteln? Ist dies überhaupt möglich? Gibt es eine Alternative oder einen anderen Weg dies zu tun? Wenn ich diesen Wert habe ist ja alles soweit klar.

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Hallo Benjamin,

ich vermute, man müsste hier eine bestimmte Sache beachten.
Dein Spektrum ist nicht vereinfacht eingegeben, dabei ist es auch etwas "sprunghaft". Damit sollte man wohl bei der "Ausgabe" auf "automatische Intervalle" gehen, aber "Frequenzschritte.." unbedingt aktivieren, sonst gibt es Datenverluste, glaube ich.

Ansonsten fehlen mir hier die theoretischen Kenntnisse, um etwas genaueres zu sagen.

Gruß Paul

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beschleunigung_y.jpg

Hallo Benjamin,

vielleicht denken wir zu kompliziert? => anbei die Auswertung der Beschleunigung des Spielmodells.

Gruß Paul

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noch etwas Interessantes:

Meine Vermutung, dass bei dem Vektor 9810x9810 eingegeben werden soll ist bei Creo Simulate 2.0 tatsächlich erforderlich, bei Mechanica Wildfire 4.0 aber noch nicht. Ein Modell in WF4, dass den Vektor 9810 hat, wird bei Creo 2.0 zu 9810² konvertiert.

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Beschleunigung.jpg

Hallo Paul,

okay das mit dem g^2 hat sich also geklärt.  

"vielleicht denken wir zu kompliziert? => anbei die Auswertung der Beschleunigung des Spielmodells"

Nun machst du mich neugierig!
Wie kommst du auf diesen Wert, wenn ich mein Modell auswerte, erhalte ich für die Beschleunigung eine andere Farbverteilung und einen niedrigeren Wert?! Wäre ja sehr schön wenn du eine Lösung gefunden hast!

Grüße Benjamin

[Diese Nachricht wurde von benjamin.84 am 27. Nov. 2012 editiert.]

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rmsdb_.pdf

Hallo Benjamin,

ich denke nun, den Irrtum (Deinen und meinen) lokalisiert zu haben.
Anbei ein PDF, im www gefunden.

Gruß Paul

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stochastisch_bsp.zip

Anbei das Beispiel mit aktuellen Einstellungen der stochastischen Analyse.

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Okay, ersteinmal vielen Dank für das PDF. Ich müsste lügen wenn ich behaupten würde das ich alles darin komplett verstehe, allerdings glaube ich des Pudels Kern ist die Aussage RMS =/= Standardabweichung.

"Der Effektivwert (RMS) (Anmerkung: also das was mir Mechanica ausgibt)  beschreibt die Signalabweichung vom Nullpunkt."

Wenn ich das jetzt richtig verstehe heißt es, das der RMS Wert den Mechanica berechnet (Verschiebung, Spannung etc.) sich auf Null bezieht? Für Mittelwertfreie Signale, z.B. natürlich auftretende Schwingungen, könnte man doch annehmen das der RMS Wert der Standardabweichung Sigma entspricht -> 3xRMS heißt meine auftretenden Spannungen oder Verschiebungen liegen mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,7% innerhalb des 3RMS Bereiches...

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Ich habe doch zu beginn der Diskussion von einem Schulungsbeispiel gesproche in dem ein ominöser Wert auftaucht der unerklärlicherweise größer war als der berechnete 3xRMS Wert -> Was mich eigentlich erst veranlasst hat genauer nachzuforschen und diesen Thread zu erföffnen.

Aufgrund unserer neuen Erkenntnisse habe ich einfach mal nachgefragt, ob dieser Wert nicht ein Druckfehler in den Schulungsunterlagen der WF4 sein könnte, da er unlogisch erscheint.

Prompt bekam ich auch eine Antwort! Und siehe da in den Unterlagen für die WF5 Schulung (gleiches Beispiel) entspricht dieser Wert genau dem 3fachen RMS-Wert! Also ist es wirklich ein Druckfehler und die Annahme ist korrekt!

D.h. Mechanica berechnet mir Spannung, Verschiebung etc. als RMS Wert, dieser bezieht sich auf Null. Laut Schulungsunterlagen heißt es weiterhin, das Schwingungen die auf natürliche Weise eintreten eine normalen Wahrscheinlichkeitsfunktion folgen. Damit ist es zulässig RMS mit Sigma gleichzusetzen (der Erwartungswert beträgt somit 0). Das bedeutet zum Bsp. für den Fall RMS in ZZ=200N/mm^2 das meine auftretenden Spannungen mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,7% innerhalb von 600N/mm^2 liegen! Und dieser Wert kann einfach mit der Streckgrenze etc. verglichen werden!

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beschleunigung_14xG.zip

Hallo Benjamin,

anbei nochmals das Ergebnis der Beschleunigung (feineres Netz, höhere Version), das Ergebnis bleibt 14xG. Hast Du das allerletzte Spielmodell geprüft? Das Problem liegt wohl in der "Zackigkeit" des Spektrums, denke ich. In diesem Fall sollten keine benutzerdefinierten Ausgabeintervalle gesetzt werden, aber "Frequenzschritte einschließen ..." unbedingt aktiviert sein, sonst gibt es Datenverluste (laut meinen Tests).

Es freut mich natürlich, dass die Auswertung insgesamt nun doch plausibel ist  .

Gruß Paul

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Hallo Paul, ja mit der "Zackigkeit" und dem daraus resultiererenden Fehler könntest du durchaus recht haben. Ich werde in den nächsten Tagen mal mein reales Modell mit dem Spektrum beaufschlagen und schauen ob ich da plausible Werte bekomme. Ich meld mich wenn ich was neues herausgefunden habe.

Vielen Dank noch einmal für die ganze Hilfe und Tipps! Ich denke ich werde mich in nächster Zeit etwas intensiver mit den dynamischen Analysearten beschäftigen.

Grüße Benjamin

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