ARAMIS / PONTOS vs. ANSYS - Experiment vs. Simulation

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    18-Dec-2014
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Fakten zum AB Stahlbau der Universität Innsbruck: •Anwendung der numerischen Software ANSYS, •Seit kurzem Einführung neuer optischer Messsysteme ARAMIS und PONTOS. Grundidee: Anwendungsmöglichkeiten der Messsyteme ARAMIS und PONTOS testen und mit den numerischen Möglichkeiten von ANSYS vergleichen. Ziel: Erkennen der Vor- und Nachteile der Systeme für einen optimalen Einsatz.

Transcript of ARAMIS / PONTOS vs. ANSYS - Experiment vs. Simulation

  • 1. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting Wien, 26.04.2012 ARAMIS / PONTOS vs. ANSYS oder Experiment vs. Simulation DI Ralph Timmers AB Stahlbau und Mischbautechnologie Fakultt fr Bauingenieurwissenschaften Leopold-Franzens-Universitt Innsbruck
  • 2. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 Grundidee 2 Fakten zum AB Stahlbau der Universitt Innsbruck: Anwendung der numerischen Software ANSYS, Seit kurzem Einfhrung neuer optischer Messsysteme ARAMIS und PONTOS. Grundidee: Anwendungsmglichkeiten der Messsyteme ARAMIS und PONTOS testen und mit den numerischen Mglichkeiten von ANSYS vergleichen. Ziel: Erkennen der Vor- und Nachteile der Systeme fr einen optimalen Einsatz.
  • 3. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 Inhalt Optische Messsysteme ARAMIS & PONTOS Verifikation von ARAMIS Versuche mit ARAMIS Numerische Simulation mit ANSYS Auswertung und Vergleich Verifikation von PONTOS Versuche mit PONTOS Numerische Simulation mit ANSYS Auswertung und Vergleich Zusammenfassung 3
  • 4. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 ARAMIS & PONTOS 4 An der Universitt Innsbruck zur Material- & Bauteilprfung PONTOS Dynamische 3D-Koordinaten ARAMIS Optische 3D-Deformationsanalyse
  • 5. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 5 Exemplarischer Ablauf einer Messung mit ARAMIS 1. Messbereich definieren 2. Referenzmuster aufbringen (aufsprhen) 3. Messung = Aufzeichnung der Verformung des Referenzmusters mit High-Speed-Kameras ARAMIS & PONTOS
  • 6. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 6 4. Auswertung Aus der Vernderung des Referenz- musters je Zeitschritt (3D-Koordinaten) folgt die Relativverschiebung jeder Facette zueinander (Dehnungen, Dehnraten, ). Loadstep_01 - Referenzstufe Loadstep_40 Loadstep_70 ARAMIS & PONTOS
  • 7. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 7 Exemplarischer Ablauf einer Messung mit PONTOS 1. Messbereich definieren 2. Kontrollpunkte aufbringen (kleben) 3. Messung = Aufzeichnung der Lagenderung der Kontrollpunkte mit High-Speed-Kameras ARAMIS & PONTOS
  • 8. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 8 4. Auswertung Aus der Lagenderung der Kontrollpunkte (3D- Koordinaten) je Zeitschritt folgen die Verschiebungen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, ARAMIS & PONTOS
  • 9. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 9 Typische Anwendungsgebiete Berhrungsloses und materialunabhngiges Messen Erfassen der realen Bauteilgeometrie und besseres Verstehen des 3D-Bauteilverhaltens Anwendungsgebiete Statisch z.B. Festigkeitsanalysen, Beulformen, Dynamisch z.B. Schwingungsanalysen, Crashtest, Bruchmechanisch z.B. Rissentwicklung, Rissverfolgung, Verifikation von FE-Modellen ARAMIS & PONTOS
  • 10. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 10 VERIFIKATION VON ARAMIS - TRAGLASTVERSUCH ARAMIS Versuche
  • 11. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 11 100kN Prfmaschine der TVFA Innsbruck ARAMIS Versuche
  • 12. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 12 Versuchsaufbau ARAMIS Versuche
  • 13. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 13 Versuchsgeschwindigkeit 1 mm/min ARAMIS Versuche
  • 14. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 14 Auswertung mit ARAMIS Verschiebungsfeld Dehnungsfeld ARAMIS Versuche
  • 15. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 15 Simulationsablauf ARAMIS Simulation mit ANSYS Lineare Strukturanalyse Lineare Beulanalyse (Eigenwerte) GMNIA mit Imperfektionen (aus Eigenwerten)
  • 16. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 16 Lineare Beulanalyse exemplarisch die ersten 4 Eigenwerte ARAMIS Simulation mit ANSYS
  • 17. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 17 GMNIA Imperfektionen ARAMIS Simulation mit ANSYS 0 200 min , 1,0 200 200 200 a b mm e mm = = = Quelle: Eurocode EN 1993-1-5, Anhang C, Ausgabe 2007-04-01
  • 18. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 18 Materialverhalten aus Zugversuchen 2 2 87 95 o u N f mm N f mm = = ARAMIS Simulation mit ANSYS
  • 19. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 19 GMNIA - Randbedingungen ARAMIS Simulation mit ANSYS Backe oben Weggesteuert, analog zu Maschinenweg der Prfmaschine
  • 20. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 20 Auswertung mit ANSYS Verschiebungsfeld Dehnungsfeld ARAMIS Simulation mit ANSYS
  • 21. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 21 Verschiebung uz bei ux=8,3mm ARAMIS ANSYS ,1 ,2 21,4 16,5 z z u mm u mm = = ,1 ,2 21,5 16,6 z z u mm u mm = = ARAMIS Auswertung & Vergleich
  • 22. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 22 Verschiebung uz bei ux=16,7mm ARAMIS ANSYS ,1 ,2 34,0 23,8 z z u mm u mm = = ,1 ,2 34,8 24,5 z z u mm u mm = = ARAMIS Auswertung & Vergleich
  • 23. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 23 Verschiebung uz bei ux=64,0mm ARAMIS ANSYS ,1 ,2 81,6 48,9 z z u mm u mm = = ,1 ,2 82,0 48,8 z z u mm u mm = = ARAMIS Auswertung & Vergleich
  • 24. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 24 Dehnung bei ux=8,3mm ARAMIS ANSYS ARAMIS Auswertung & Vergleich
  • 25. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 25 Dehnung bei ux=16,7mm ARAMIS ANSYS Rissbildung ARAMIS Auswertung & Vergleich
  • 26. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 26 Dehnung bei ux=64,0mm ARAMIS ANSYS ARAMIS Auswertung & Vergleich
  • 27. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 27 Traglastkurve (Kraft-Weg-Diagramm) ARAMIS ANSYS max 3604F N= 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 10 20 30 40 50 60 Kraft[N] Weg [mm] ARAMIS Auswertung & Vergleich max 3880F N= Rissbildung
  • 28. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 28 VERIFIKATION VON PONTOS - SCHWINGUNGSMESSUNG PONTOS Versuche Alublech ident mit Aramisversuchen
  • 29. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 29 Anregung einer Biegeschwingung Durchgefhrter Versuch PONTOS Versuche
  • 30. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 30 PONTOS - reine Biegeschwingung Anregung einer Biegeschwingung PONTOS Versuche
  • 31. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 31 Simulationsablauf Modalanalyse Transiente Strukturanalysen mittels Mode Superposition PONTOS Simulation mit ANSYS Strukturanalyse zur Normierung der Anfangsauslenkung
  • 32. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 32 Modalanalyse exemplarisch die ersten 6 Eigenfrequenzen PONTOS Simulation mit ANSYS
  • 33. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 33 Dmpfung Beta Dmpfung fr Transiente Analyse, geschtzt anhand der ersten Eigenfrequenz 1. Eigenfrequenz 13,3 Hz 2 2 0,008 0,0002 2 13,3 = = = PONTOS Simulation mit ANSYS
  • 34. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 34 Transiente Analyse - Randbedingungen Simulation Hammerschlag PONTOS Simulation mit ANSYS
  • 35. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 35 ANSYS - reine Biegeschwingung PONTOS Simulation mit ANSYS
  • 36. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 36 Auswertepunkt PONTOS / ANSYS PONTOS Auswertung & Vergleich
  • 37. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 37 Vergleich PONTOS ANSYS 13f Hz 13f Hz 0sec 1sec 2sec 2sec0sec 1sec PONTOS Auswertung & Vergleich
  • 38. ANSYS Conference & 7. CADFEM Austria Users' Meeting, Wien 26.04.2012 38 Zusammenfassung Experiment - ARAMIS & PONTOS + Messung kann komplexe Effekte sichtbar machen (z.B.: Rissentwicklung) + Messung liefert reale Daten - Messung beschrnkt auf definiertes Messvolumen - Messungen meist aufwndig in der Versuchsdurchfhrung Simulation - ANSYS + Grundstzlich sehr gute bereinstimmung der Ergebnisse (Abweichungen nur durch getroffene Annahmen wie Materialfestigkeiten, Randbedingungen, Dmpfung, ) + Keine aufwndigen Versuche notwendig - Komplexe Effekte nur schwer zu erfassen (z.B.: Rissentwicklung) - Ergebnisse hngen stark von der Qualitt der Berechnung (Konvergenz, verwendete Elemente, ) und den Eingangsdaten (Material, ) ab
  • 39. Danke fr Ihre Aufmerksamkeit!