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  Spannungsspitzen im Kontaktbereich; Auswertung der maximalen Beanspruchung

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Autor Thema:  Spannungsspitzen im Kontaktbereich; Auswertung der maximalen Beanspruchung (1690 mal gelesen)
Jim.Lagies
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erstellt am: 09. Mai. 2019 17:13    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


Modell_aufbau.png


von_mises_Spannung_uebersicht.png

 
Hallo!

Vorab: Ich weiß Kontaktprobleme werden viel diskutiert, ich habe auch viel recherchiert und im Kollegenkreis herum gefragt, bin aber nicht weiter gekommen. Darum nun hier.

Ich habe ein komplexeres Bauteil mit einem Kontaktproblem bei dem ich gerne die maximalen Spannungen auswerten würde.  Siehe Bild (Schnittansicht); Das Vollmodell wird weiter oben belastet, die unteren Flächen sind fixiert. Hier im Submodell sind nur Verschiebungen vorgegeben, das sollte irrelevant sein aber für eine ungefähre Vorstellung vielleicht von Interesse!
Generell wird die Aussparung im Metall zusammengedrückt und komprimiert somit den Polymerkörper. Letzterer drückt auch gegen das Widerlager Polymer 2.

Alle Materialien sind im initialen Modell linear-elastisch.

Das Spannungsbild zeigt leider deutliche lokale Spannungsspitzen im Polymer 1 (siehe Bild). Ich führe sie auf die Kontakte zurück.  Sie bestehen bei Netzverfeinerung weiter. Das Maximum springt zwischen den „Inseln“ hin und her. Die werte sind zwar alle im Bereich 10..20 MPa aber konvergieren nicht (alternierend).

(Im Inneren gibt es eine Singularität beim Übergang Keramik-Polymer (siehe ebenfalls Bilder); hier würde denke ich eine Verrundung und extrem hohe Netzdichte abhelfen.)

So kann ich das Modell nicht sicher verwenden. Wie kann ich vorgehen um das Problem zu lösen. Leider ist meine ROI das komplette Polymer 1-Volumen…

Ich habe bisher versucht:
- Penalty Augmented Lagrange Kontakt (Ausgangssituation)
- + Initial contact adjustments (adjust to touch); obwohl alle Geomtrien durch Boolesche Operationen erzeugt wurden und bereits sehr gut passen müssten
- Minimale Plastizität ab 7 MPa (unrealistisch für das Polymer und eher unzufrieden stellend daher)
- Normal Lagrange Kontakt
- Bonded Contact
- Contact stiffness für augmented lagrange skaliert (0.1)

Das hat aber die grundsätzliche Problematik maximal abgeschwächt nicht verändert.

- Geht ihr mit, dass dieses Spannungsbild auf die Kontaktsituation zurückzuführen ist?
- Kann es sein das an diesen Stelle Kontakt / Target Knoten sich direkt aufeinander befinden und so sozusagen ein Punkt-zu-Punkt Kontakt entsteht (Kontourlinien sind in allen Komponenten an den Grenzen gleich, d.h. hier liegen viele gemeinsame Knoten!)?
- Wie geht man damit um wenn aber beide alle Kontaktpartner sehr fein vernetzt sein müssen?


Was gibt es für Ideen, Möglichkeiten das Bild zu „homogenisieren“ so das eine realistischere Spannungsverteilung entsteht deren Maximale Spannung und Ort auch Konvergieren?
Vielen Dank für die Hilfe!

Jim

PS: Ich verwende Ansys WB und Classic

[Diese Nachricht wurde von Jim.Lagies am 09. Mai. 2019 editiert.]

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Duke711
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erstellt am: 09. Mai. 2019 18:09    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 Jim.Lagies 10 Unities + Antwort hilfreich

Warum sollte das Problem was mit dem Kontakt zu tun haben. Und wenn dem so wäre, könnte man das sehr leicht über den Kontaktstatus und Kontaktdruck überprüfen, da sollte ein isobarer Verlauf zu erkennen sein.

Für mich sieht das eher nach ein Fehler im Submodell aus, es konnten nicht alle Knoten richtig gemappt werden oder ein Fehler bei der Materialeingabe. Ansonsten sind solche Fragen hier eher falsch, da gar nichts über das Modell bekannt ist, da reichen auch nicht zwei unaussagekräftige Bilder vom Report aus.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 09. Mai. 2019 editiert.]

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speedforce
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erstellt am: 10. Mai. 2019 09:10    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 Jim.Lagies 10 Unities + Antwort hilfreich

Ich denke, wenn der Einfluss von den RB der Submodelldefinition kommt, treten diese Erscheinungen in Form von punktweisen Spannungskonzentration an den Schnitträndern auf. Die Bilder wirken nicht so, als ob es Schnittränder sind, die das Problem bereiten.

Hast du schon mal beim Post Processing im Contact-Tool die "Penetration", also die Kontaktdurchdringung, kontrolliert? Vermutlich wird die mit den Spannungskonzentrationen zusammenhängen.

Evt. hilft es auch mehr Zeitschritte für die Lösung des Load-Steps zu definieren.

Probier doch mal weiterhin in den Kontaktoptionen
Detection Method: Nodal Projected from Normal Contact

Das ist eine etwas bessere aber rechenintensivere Methode für die Berechnung von Flächendrücken.

Weiterhin besteht die Möglichkeit bei der Vernetzung "Contact Match" zu wählen, so dass die Knoten von den am Kontakt beteiligten Körpern genau übereinander liegen.

Mit der Kontaktsteifigkeit könnte man vielleicht noch experimentiern und "Normal Stiffness" dann "Factor" und z.B. 0.1 für 10% der Standard-Kontaktsteifigkeit auswählen (Achte dann auf die Kontaktdurchdringung - die sollte im Bereich von der Oberflächengüte liegen - bitte korrigiert mich, wenn ich falsch liege).

Wenn möglich könnte man auch noch versuchen mit Hex-Dominant zu vernetzen. Der Körper wirkt zumindest geeignet dafür.

Vielleicht hilft etwas davon. Viel Erfolg. Beste Grüße, Markus

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speedforce
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Ich denke, wenn der Einfluss von den RB der Submodelldefinition kommt, treten diese Erscheinungen in Form von punktweisen Spannungskonzentration an den Schnitträndern auf. Die Bilder wirken nicht so, als ob es Schnittränder sind, die das Problem bereiten.

Hast du schon mal beim Post Processing im Contact-Tool die "Penetration", also die Kontaktdurchdringung, kontrolliert? Vermutlich wird die mit den Spannungskonzentrationen zusammenhängen.

Evt. hilft es auch mehr Zeitschritte für die Lösung des Load-Steps zu definieren.

Probier doch mal weiterhin in den Kontaktoptionen
Detection Method: Nodal Projected from Normal Contact

Das ist eine etwas bessere aber rechenintensivere Methode für die Berechnung von Flächendrücken.

Weiterhin besteht die Möglichkeit bei der Vernetzung "Contact Match" zu wählen, so dass die Knoten von den am Kontakt beteiligten Körpern genau übereinander liegen.

Mit der Kontaktsteifigkeit könnte man vielleicht noch experimentiern und "Normal Stiffness" dann "Factor" und z.B. 0.1 für 10% der Standard-Kontaktsteifigkeit auswählen (Achte dann auf die Kontaktdurchdringung - die sollte im Bereich von der Oberflächengüte liegen - bitte korrigiert mich, wenn ich falsch liege).

Wenn möglich könnte man auch noch versuchen mit Hex-Dominant zu vernetzen. Der Körper wirkt zumindest geeignet dafür.

Vielleicht hilft etwas davon. Viel Erfolg. Beste Grüße, Markus

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speedforce
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Ich denke, wenn der Einfluss von den RB der Submodelldefinition kommt, treten diese Erscheinungen in Form von punktweisen Spannungskonzentration an den Schnitträndern auf. Die Bilder wirken nicht so, als ob es Schnittränder sind, die das Problem bereiten.

Hast du schon mal beim Post Processing im Contact-Tool die "Penetration", also die Kontaktdurchdringung, kontrolliert? Vermutlich wird die mit den Spannungskonzentrationen zusammenhängen.

Evt. hilft es auch mehr Zeitschritte für die Lösung des Load-Steps zu definieren.

Probier doch mal weiterhin in den Kontaktoptionen
Detection Method: Nodal Projected from Normal Contact

Das ist eine etwas bessere aber rechenintensivere Methode für die Berechnung von Flächendrücken.

Weiterhin besteht die Möglichkeit bei der Vernetzung "Contact Match" zu wählen, so dass die Knoten von den am Kontakt beteiligten Körpern genau übereinander liegen.

Mit der Kontaktsteifigkeit könnte man vielleicht noch experimentiern und "Normal Stiffness" dann "Factor" und z.B. 0.1 für 10% der Standard-Kontaktsteifigkeit auswählen (Achte dann auf die Kontaktdurchdringung - die sollte im Bereich von der Oberflächengüte liegen - bitte korrigiert mich, wenn ich falsch liege).

Wenn möglich könnte man auch noch versuchen mit Hex-Dominant zu vernetzen. Der Körper wirkt zumindest geeignet dafür.

Vielleicht hilft etwas davon. Viel Erfolg. Beste Grüße, Markus

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Duke711
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erstellt am: 10. Mai. 2019 11:49    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 Jim.Lagies 10 Unities + Antwort hilfreich

Da die Frage bezüglich zu Kontakten relativ oft gestellt wird, hier nich mal eine kleiner Guide bezüglich Kontakte:

https://www.epsilonfea.com/wp-content/uploads/2015/05/Contact_Update.pdf

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 10. Mai. 2019 editiert.]

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Jim.Lagies
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erstellt am: 13. Mai. 2019 08:13    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 Duke711,

die Skizze sollte zeigen, dass die Schnitt-RB für das Submodell deutlich oberhallb bzw. unterhalb der evaluierten Fläche stehen.
Das Submodell habe ich nur angefertigt um hier zügiger einige Kontakteinstellunge nprüfen zu können. Im Bereich des Poylmer 1 sind die Ergebnisse für Sub und Vollmodell identisch. Einen Fehler im Submodell schleiße ich daher aus bzw. ist auch der Vergleich mit dem Vollmodell mit dem selben Problem behaftet. Das habe ich natürlich überprüft.

Kontaktstatuts und Druck haben einen sehr homogenen Verlauf.


"Ansonsten sind solche Fragen hier eher falsch, da gar nichts über das Modell bekannt ist, da reichen auch nicht zwei unaussagekräftige Bilder vom Report aus."
Was wünschst du den noch für Informationen über das Modell?

Viele Grüße
Jim

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Jim.Lagies
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erstellt am: 13. Mai. 2019 08:15    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 Markus,

FKN 0.1 habe ich schon probiert, das hat den Effekt nur verringert; sprich etwas glatt gezogen aber nicht verhindert.

Die anderen Optionen werde ich gleich heute durchspielen!
Hex-Mesh ist leider zu aufwändig - zu mindest für Polymer 1; Polymer 2 ist schon mit einem Hexmesh vernetzt. GGf kann ich aber mit Inflations arbeiten.


Vielen Dank schon mal vorab für deinen konstruktiven Beitrag!
Jim

[Diese Nachricht wurde von Jim.Lagies am 13. Mai. 2019 editiert.]

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Duke711
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erstellt am: 13. Mai. 2019 12:53    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 Jim.Lagies 10 Unities + Antwort hilfreich

Da es sich um einen Kunststoff und einen statischen Lastfall handelt würde ich SH anwenden anstatt GEH.
Auch kann man viel über das Modell im Konvergenzverlauf und über den Solveroutput erfahren.

Da im Flächendruck ein homogener Verlauf bzw. Muster zu erkennen ist, würde ich meine Zeit nicht im geglaubten Fehler beim Kontakt aufwenden, sondern eher ein Blick auf die Steifigkeitsmatrix werfen und überlegen ob Materialparameter und ein lineares Materialmodell dem Modell angemessen sind. Ich nehme mal an die Kontaktnetzdichte wird ähnlich sein. Ob ein Kontakt zu steif oder zu weich lässt sich über die Durchdringung überprüfen. Aber dann wäre der Kontakt laut Spannungsplot eher zu weich wenn sich der homogene Flächendruck in keinster Weise im Spannungsplot abzeichnet.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 13. Mai. 2019 editiert.]

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Jim.Lagies
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erstellt am: 16. Mai. 2019 15:37    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

Ich habe jetzt verschd. ausprobiert - nichts führte zum Erfolg.
Das Skalieren der Kontaktsteifigkeit führt zwar zu einem homogeneren Bild allerdings scheinen die gestiegenen Durchdringungen sich deutlich auf die weiteren Ergebnisse auszuwerten (großer Abfall der Kontakkräfte auf die Keramik Ober- und Unterseite zb).

Mir ist aufgefallen das die Kontaktsituation zwischen der metallischen Komponente und Polymer 2 eigtl identisch ist wie Poylmer 1 - 2.
Hier habe ich keine Spannungshotspots. Aber auch die Formen/der Formschluss sind identisch. Vlt kann man daraus etwas ableiten?

Viele Grüße
Jim

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Duke711
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erstellt am: 16. Mai. 2019 18:19    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 Jim.Lagies 10 Unities + Antwort hilfreich

Für mich sieht der Spannungsplot, unter der Annahme das überwiegend eine allseitige Kompression wirkt, sehr unplausibel und unnatürlich aus.

Vielleicht mal das Modell hier veröffentlichen.

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