FEM_ Praktikum_13 PDF

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Finite-Elemente-Methode

13. Praktikum

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Prof. Dr.-Ing. W. Fischer

Fachhochschule Dortmund

Volumenbauteile: CAD-Kopplung Bestimmen Sie mit Hilfe des FEM-Systems HyperWorks 2019 die maximalen Verformungen und Spannungen im Gussknoten der Vorderradgabel des Elektrofahrzeuges eLTeC OBOE. Vernetzen Sie dazu die aus einem CAD-System importierte STEP-Datei zunächst mit 5 mm großen Tetraeder-Elementen 1. Ordnung. Die Kraft F soll gleichmäßig verteilt über die beiden unteren Bohrungsränder des Flansches in +x-Richtung eingeleitet werden. Der Gussknoten wird auf der gesamten unteren Anschlussfläche allseitig gelenkig gelagert. Variieren Sie anschließend die Elementgröße auf 4 mm, 3 mm bzw. 2 mm. Erhöhen Sie danach für alle Elementgrößen die Ordnung der Ansatzfunktion auf quadratische Ansatzfunktionen. Vergleichen Sie von allen acht Analysen die Knotenanzahlen, die Elementanzahlen, die Rechenzeiten und die Ergebnisse! Daten: E = 72000 N/mm2,  = 0.3, F = 1800 N eLTeC OBOE Prof. Dr. W. Fischer, FH Dortmund

Lösung: fmax = 0.119 mm, v,max = 22.8 N/mm2, 1,max = 31.4 N/mm2 © Dr. Wilfried Fischer, FH Dortmund, 2019, 2020

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Finite-Elemente-Methode Lösungen zum 13. Praktikum von Prof. Dr.-Ing. Wilfried Fischer, Fachhochschule Dortmund, 8. Auflage, Wintersemester 2019/20

Lösung: - Programmstart:

Start / Programme / Altair 2019 / HyperMesh 2019

- Voreinstellung:

User Profiles:

HyperMesh  OptiStruct OK

- CAD-Daten importieren: File / Import / Geometry:

File type: STEP Select files … …/Gussknoten.stp Öffnen Import

- Schattierte Darstellung: Icon Mitte:

Shaded Geometry and Surface Edges

- Modell drehen:

Strg + Maustaste links

- Modell verschieben:

Strg + Maustaste rechts

- Modell vergrößern bzw. verkleinern:

Strg + Maustaste Mitte

- Modell zentrieren:

Fit Model

Runder Icon links oben:

- Modellbaum darstellen: Menu links oben:

Model

- Komponenten zeigen:

Menubaum links:

Maus vor „Components (1)“Feld linke Maustaste

- 1 Material:

Materials / Create:

Name: Alu Card Image: MAT1 E: 72000 [N/mm2]  NU: 0.3  Close

- 1 Eigenschaft:

Properties / Create / Properties:

Name: Volumen Card Image: PSOLID Changing the Card im. …: Ja Material: Material  Alu 1 MAT1 OK Close

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- Volumenvernetzung:

Mesh / Create / TetraMesh:

 Tetramesh parameters  Max tetra size: 5 [mm] Tetra Mesh Normally Standard Pyramid transition ratio: 1 ฀ Min tetra size: ฀ Number of layers: ฀ fill voids ฀ fix midnodes ฀ smoothing Elem quality target: none Refinement box: comps  Volume tetra Enclosed volume: solids  match existing mesh 2D type: trias 3D type: tetras element order: first ฀ Use curvature ฀ Use proximity Element size: 5 [mm] ฀ Cleanup elements Elems to Current comp Solid anklicken mesh return

- Schattierte Geometrie:

Icon Mitte:

Wireframe Geometry

- Schattierte Darstellung: Icon Mitte:

Shaded Elements and Mesh Lines

- Modellinfo:

 FE entities all nodes = 4339 elems = 17734 comps = 2 mats = 1 props = 1 titles = 1 return

Tools / Count: 

- Eigenschaft zuweisen:

Menubaum links:

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Maus in „Properties (1)“-Feld rechte Maustaste Assign elems Maus in „elems“-Feld rechte Maustaste all proceed - 144 -

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- Lager- u. Lastfälle:

Collectors / Create / Load Collectors:

Collectors / Create / Load Collectors:

- Belastung:

BCs / Create / Forces: Anmerkung: Die Kraft F = 1800 N muss auf alle Knoten der beiden Bohrungsränder gleichmäßig verteilt werden. Pro Bohrungsrand sind 6 Knoten generiert worden, so dass pro Knoten eine Last von F 1800 N   150 N FKnoten   2 6 12 in die positive x-Richtung wirkt. Sie wird auf den Geometrierändern (vier Halbkreise) definiert. 

- Lager aktivieren:

Roter Icon rechts unten:

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Name: Lager Color: (grün) Card Image: Close Name: Last Color: (rot) Card Image: Close  create nodes global system magnitude = 150 [N] x-axis uniform size = 30  label loads load types = FORCE Maus auf „nodes“-Feld rechte Maustaste by geoms lines alle vier Halbkreise der Bohrungsränder an unterer Seite anklicken add to selection create 12 loads were created. return Set Current Load Collector

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- Gelenkige Lagerung:

BCs / Create / Constraints:



 create nodes relative size = 3  label constraints constant value  dof1 = 0.000 [mm]  dof2 = 0.000 [mm]  dof3 = 0.000 [mm] ฀ dof4 = 0.000 ฀ dof5 = 0.000 ฀ dof6 = 0.000 load types = SPC Maus auf „nodes“-Feld rechte Maustaste by geoms surfs untere Anschlussfläche anklicken add to selection 68 nodes added. Total selected 68 create return

- Rechenschritte:

Setup / Create / LoadSteps:

Name: Statik Analysis type: Linear Static SPC: Loadcol  Lager 1 OK LOAD: Loadcol  Last 2 OK Close

- Speicherung:

File / Save As:

PR13A01 Speichern

- Berechnung:

Applications / OptiStruct:

input file: .../PR13A01.fem export options: all run options: analysis memory options: default options: -optskip OptiStruct

- FEM-Analyse:

….fem - HyperWorks Solver View:

Messages for the job: ANALYSIS COMPLETED. Close

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- Verschiebungen:

Post / Contour:



simulation = SUB1 – Statik data type = Displacements  params magnitude model units = 50.000 mult = 1.000  min/max titles contour fmax = 0.119 mm

Screenshot der Verformungen:

- Spannungen:

Post / Contour:





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simulation = SUB1 – Statik data type = Von Mises Stress  params magnitude model units = 50.000 mult = 1.000  min/max titles assign v,max = 22.8 N/mm2 data type = Abs. Max. Principal Stress assign 1,max = 31.4 N/mm2

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Screenshot der Vergleichsspannungen nach von Mises:

Vergleich der FEM-Netze: Elementgröße [mm]

Ansatzfunktion

Knotenanzahl

Elementanzahl

fmax [mm]

v,max [N/mm2]

1,max [N/mm2]

CPUZeit [s]

5 4 3 2

linear linear linear linear

4339

17734

0.119

22.8

31.4

1

5 4 3 2

quadratisch quadratisch quadratisch quadratisch

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