Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - CAD-Belastungsanalyse Postprocessing
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Postprocessing
Insbesondere im Postprocessing wird deutlich, dass die Möglichkeiten der Ergebnis-Darstellung in einem CAD-System im Vergleich zu einem FEM-System eingeschränkt sind:
- Zumindest bis zur Version Autodesk Inventor 2010 wird die Contour-Darstellung nur auf Oberflächen sichtbarer Bauteile generiert.
- Eine Schnittansicht in einer Baugruppe zu erzeugen, ist über die MFL-Registerkarte Ansicht (Viertel bis Dreiviertel Schnittansicht) nach Definition geeigneter Arbeitsebenen kein Problem. Jedoch besteht leider keine Möglichkeit, auf diesen Schnitten die Farbverläufe zu erzeugen (in der Übung nicht durchführen!):
- Einen Blick ins Innere einer Baugruppe gelingt nur durch Ausschalten der Sichtbarkeit von Bauteilen, wie das im obigen Bild für die Stahlscheiben erfolgte.
- Da die extremen Belastungen häufig an äußeren und damit sichtbaren Konturen eines Bauteils auftreten, kann man mit diesen Einschränkungen leben.
Symmetrieschnitt durch Baugruppe
Im Rahmen dieses FEM-Tutorials werden wir einen "wirklichen" Schnitt durch unsere Baugruppe durchführen, um die Ergebnisse besser mit denen aus der FEMAP-Simulation vergleichbar zu machen. Dafür beenden wir vorläufig die Belastungsanalyse. Die erforderlichen Konstruktionsschritte für das definierte Entfernen einer Baugruppenhälfte werden dem CAD-Einsteiger ausführlich erläutert:
- Aktivieren der MFL-Modell-Registerkarte zum Modellieren des "Schnittwerkzeugs".
- Kontextmenü Neue Skizze auf Deckfläche der oberen Stahlscheibe:
- Geometrie projizieren - Ursprung-Koordinatensystem X-Achse und Y-Achse:
- Geometrie projizieren - äußere Kreiskante der Stahlscheibe
- Rechteck (zwei Punkte) als Schnittprofil:
- Fangen einer Ecke am Schnittpunkt zwischen projizierten Linien von X-Achse und Kreis:
- Diagonale Ecke möglichst unsymmetrisch in Bezug auf Stahlscheibe setzen, um die Symmetrie danach durch zusätzliche Abhängigkeiten zu definieren.
- Abhängigkeit Koinzident zwischen Mittelpunkt von Rechteckseite und Y-Achse:
- Abhängigkeit Koinzident zwischen Mittelpunkt der Rechteckseite und Kreislinie:
Damit ist das rechteckige Schnittprofil unabhängig vom Pufferdurchmesser immer hinreichend groß:
- Wir beenden die Skizze.
- Mittels Extrusion (Differenz) des Rechteck-Profils können wir nun eine Hälfte der Baugruppe entfernen:
Nach Wechsel in die Belastungsanalyse müssen wir die Simulation entsprechend der Symmetrieeigenschaften umkonfigurieren:
- Die Kraft der Streckenlast darf nur noch 50 N betragen.
- Die (automatischen) Kontakte muss man aktualisieren.
- Für die Schnittflächen muss zusätzlich mittels festgelegter Abhängigkeit die Bewegung in Y-Richtung verhindert werden:
- Mit dem reduzierten Netz gelingen unter Beachtung der Symmetriebedingungen nun vergleichbare Darstellungen, wie im FEMAP-Postprocessing:
- Die Rückstoßkräfte in den Abhängigkeiten als Auflagereaktion auf die Belastung enthalten nun auch die inneren Kräfte in der Schnittebene. Wir betrachten zuerst die festgelegte Abhängigkeit am unteren Lochrand:
- In Z-Richtung wirkt die Gegenkraft zur Streckenlast auf dem oberen Lochrand.
- In Y-Richtung wirkt eine wesentlich höhere Kraft, welche im Modell die Bewegung der Schnittpunkte am Lochrand in Y-Richtung verhindert (Schnittkraft).
- Die Wirkung dieser Schnittkraft wird noch deutlicher bei der festgelegten Abhängigkeit entlang der Schnittebene:
- Die berechnete Kraftsumme ist in Y-Richtung erforderlich, um eine Bewegung der in der Schnittebene befindlichen Netzknoten in Y-Richtung zu verhindern.
- Die geringen Kräfte in X- und Z-Richtung resultieren aus den Scherspannungen entlang der Materialgrenzen.
Frage 1 (Streckenlast)
- Wie groß ist der Maximalwert der Mises-Spannung im Gummimaterial. Der Wert aus der 2D-Axialsymmetrischen FEMEP-Simulation ist zu vergleichen mit dem Wert aus der CAD-Belastungsanalyse. Unterschiede sind zu diskutieren.
- Wie stark wird der Gummipuffer zusammengedrückt (in Z-Richtung). Auch hier sind die Ergebnisse beider Simulationen zu vergleichen.
