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

↑

← →

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 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:

• ist eine Verbindung in einem Simulationsmodell, die abhängig von Zustandsgrößen die Eigenschaften der Verbindung 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 reduzieren, dass die Kontakte möglichst nur an den Oberflächen angeordnet werden, die auch wirklich in Kontakt kommen können.
• Grundsätzlichen Kontaktzustände:
  1. offen
  2. geschlossen und nicht gleitend (im Sinne ausreichende Haftreibung)
  3. geschlossen und gleitend
• In FEM-Programmen werden unterschiedliche Kontakt-Typen bereitgestellt, z.B. in der Inventor-Belastungsanalyse:
  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:

• Seit der Version 4 verfügt das Programm 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.

← →