Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Z88 - Baugruppenhandling

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Baugruppenhandling in Z88Aurora (Prinzip)

CAD-Modelle:

• Es erfolgt der Zusammenbau von Bauteilen zu einer Baugruppe durch die Einschränkung geometrischer Freiheitsgrade der einzelnen Bauteile untereinander oder in Bezug zum globalen Koordinatensystem.
• Die Interaktion der Bauteile innerhalb einer Baugruppe beschränkt sich auf die Einhaltung zulässiger Lagebeziehungen im Sinne der Kinematik.
• Eine Sonderform der Kinematik-Simulation mit CAD-Modellen ist die sogenannte Kontakt-Behandlung, welche das Durchdringen von Bauteilen "verbietet". Nach der Berührung zweier Bauteile wird zwischen den beiden Bauteil-Flächen praktisch eine zusätzliche "Tangential-Abhängigkeit" aktiviert, bis eine Ablösebedingung für die Kontaktstelle erfüllt wird.

Kontakt:

• Verbindung in einem Modell, die abhängig von Zustandsgrößen ihre Eigenschaften ändert.
• Beispiel: eine Auflage, auf der ein Bauteil aufliegt, von der es aber auch abheben kann.

FEM-Modelle:

• Eine Baugruppe wird repräsentiert durch die Summe der Finite-Elemente-Netze ihrer Bauteile.
• Die Bauteile sollten möglichst unabhängig voneinander vernetzt werden können.
• Die zulässigen Interaktionen zwischen den Bauteil-Netzen müssen durch Kontakt-Bereiche definiert werden.
• Zusätzlich muss darauf geachtet werden, dass die Baugruppe als Ganzes durch Verschiebungsrandbedingungen einzelner Bauteile für alle Kontakt-Zustande vollständig bestimmt ist (d.h., nicht "irgendwohin rutschen" kann).

Kontakte in der FEM-Simulation:

• In der FEM-Simulation der Strukturmechanik werden als Primär-Ergebnisse die Verschiebungen aller Netz-Knoten berechnet. Diese führt zur Verformung bzw. Verschiebung der einzelnen Bauteil-Netze.
• Wenn dabei Berührungen zwischen Bauteil-Oberflächen auftreten können und in der Simulation berücksichtigt werden sollen, dann muss der Solver den Flächen-Abstand laufend beobachten, eine Berührung erkennen und die Interaktion zwischen den Elementen und Knoten der Oberflächen herstellen.
• Bei der numerischen Lösung kann durch Kontakte ein hoher Aufwand entstehen. Diesen numerischen Aufwand kann man dadurch reduzieren, dass die Kontakte möglichst nur an den Oberflächen angeordnet werden, die auch wirklich in Kontakt kommen können.
• Grundsätzliche Kontaktzustände:
  1. offen
  2. geschlossen und nicht gleitend (im Sinne ausreichende Haftreibung)
  3. geschlossen und gleitend
• Für FEM-Modelle werden verschiedene Kontakt-Typen bereitgestellt, z.B.:
  1. Verbunden (immer "geschlossen und nicht gleitend" im Sinne von "verklebt")
  2. Getrennt (aufeinander gleitende Flächen, welche sich trennen können)
  3. Gleitend/Nicht Getrennt (aufeinander gleitende Flächen, welche sich nicht trennen können)
  4. Getrennt/Nicht Gleitend (nicht aufeinander gleitende Flächen, welche sich trennen können)
  5. Schrumpfverbindung (ursprünglicher Abstand zwischen den Kontakt-Flächen ist negativ)

Z88Aurora:

Das Programm verfügt auch über Funktionen zur Kontaktbehandlung. Damit wird es möglich, interagierende Bauteile bzw. Baugruppen im Rahmen linearer Analysen zu simulieren. Dabei kann zur Zeit zwischen zwei Kontaktarten gewählt werden:

1. Verklebt: Im Kontaktbereich werden alle Normal- und Tangentialkräfte übertragen. Eine Trennung der Bauteile ist nicht möglich.
2. Reibungsfrei: Im Kontaktbereich werden lediglich Normalkräfte übertragen. Mit der Zusatzoption „Trennung zulassen“ kann entschieden werden, ob sich Bauteile unter Zugbelastung trennen dürfen.

• Ein konformes Netz ist für die Bauteile in den Kontaktzonen nicht erforderlich. Bei der Vernetzung der Bauteile muss nur darauf geachtet werden, dass jeweils der gleiche Elementtyp verwendet wird.
• Die Kontaktanalyse ist nur für Tetraeder und Hexaeder mit linearem und quadratischem Ansatz möglich (Elementtypen: 1, 10, 16, 17).

Die Aktivierung des Kontaktmoduls muss zu Beginn eines neuen Projektes erfolgen, da zu einem späteren Zeitpunkt keine Baugruppe mehr angelegt werden kann:

• Anstelle des üblichen Importes eines Bauteils tritt im Kontaktmodul die Bauteil-Verwaltung , welche es ermöglicht, beliebig viele Bauteile zu importieren, zu duplizieren und zu positionieren.
• Die Vernetzung der einzelnen Bauteile muss zuvor jeweils in einem eigenen Projektordner durchgeführt worden sein (weil nur Z88-Strukturdateien zu einer Baugruppe hinzugefügt werden können!).
• Mittels der Bauteil-Verwaltung müssen im Z88Aurora die Netze der einzelnen Bauteile "manuell" so zueinander angeordnet werden, dass sie der Lage der Bauteile in der CAD-Baugruppe entsprechen. Dabei werden noch keine Interaktionen zwischen den Teilnetzen beschrieben.
• Die erforderlichen Interaktionen in den Kontakt-Bereichen werden auf der Grundlage zuvor definierter Kontaktsets mittels der Kontakt-Einstellungen konfiguriert.

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