Konstruktionsbegleitende Berechnung mit ANSYS · PDF fileKonstruktionsbegleitende Berechnung...

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  • Konstruktionsbegleitende Berechnung mit ANSYS DesignSpace

    FEM-Simulation fr Konstrukteure

    vonChristof Gebhardt

    1. Auflage

    Hanser Mnchen 2009

    Verlag C.H. Beck im Internet:www.beck.de

    ISBN 978 3 446 41739 7

    Zu Inhaltsverzeichnis

    schnell und portofrei erhltlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG

    http://www.beck-shop.de/Gebhardt-Konstruktionsbegleitende-Berechnung-ANSYS-DesignSpace/productview.aspx?product=578146&utm_source=pdf&utm_medium=clickthru_lp&utm_campaign=pdf_578146&campaign=pdf/578146http://www.beck-shop.de/fachbuch/inhaltsverzeichnis/9783446417397_TOC_001.pdf

  • Leseprobe

    Christof Gebhardt

    Konstruktionsbegleitende Berechnung mit ANSYS DesignSpace

    FEM-Simulation fr Konstrukteure

    ISBN: 978-3-446-41739-7

    Weitere Informationen oder Bestellungen unter

    http://www.hanser.de/978-3-446-41739-7

    sowie im Buchhandel.

    Carl Hanser Verlag, Mnchen

  • 8.7 Erster Start

    95

    Durch anklicken des Fensters im Grafikbereich wird das jeweilige Fenster aktiv ge-setzt, auf das sich alle folgenden Darstellungen beziehen. Mchten Sie den Inhalt des 2., 3. oder 4. Fensters ndern, aktivieren Sie es durch anwhlen, bevor Sie sich ein Ergebnisbild erzeugen lassen.

    Es gibt die Mglichkeit, die Ansichtsteuerung (Drehen, Schieben, Zoomen) ber ei-gene Tastenkombinationen zu definieren. Nheres dazu im Kapitel 22.7.

    8.7 Erster Start

    Fr den ersten Berechnungsgang ist es empfehlenswert, ein einfaches, berschauba-res Modell zu verwenden, um erst einmal die grundlegenden Funktionen kennenzu-lernen. Gnnen Sie sich diese Zeit und widerstehen sie der Versuchung, gleich mit einem eigenen Modell zu beginnen. Sie knnen sich so besser auf die Handhabung konzentrieren und sind nicht von der physikalisch anspruchsvolleren eigenen Auf-gabenstellung abgelenkt.

    Ein kleiner Winkelhalter aus Stahl soll in einer linear statischen Analyse auf Span-nungen und Verformungen berechnet werden. Vereinfacht wird angenommen, dass er in der Anlageflche komplett fixiert wird. Auf das etwas vorstehende Auge soll eine Kraft von 10 kN nach unten wirken.

    Mehrere Fenster

    Ablauf ben

  • 8 Der Anfang mit ANSYS DesignSpace

    96

    Um die Anwendung bersichtlicher zu gestalten ist es empfehlenswert, die Funktio-nen in der ANSYS Workbench-Umgebung auf die tatschlich verwendeten einzu-schrnken. Die Konfigurationsempfehlung in Kapitel 22.7 oder die von CADFEM erhltlichen Konfigurationsdateien passen die Oberflche auf die konstruktionsbe-gleitende Berechnung an. Starten Sie nach der entsprechenden Konfiguration AN-SYS Workbench ber das Windows-Startmen START/PROGRAMME/ANSYS 12/ANSYS WORKBENCH, dann erscheint der folgende Projektmanager:

    Auf der linken Seite werden die verfgbaren Analyse-Typen dargestellt. Fr den Winkelhalter definieren wir eine statisch-mechanische Analyse (STATIC STRUCTURAL). Mit einem Doppelklick auf STATIC STRUCTURAL unterhalb von ANALYSIS SYSTEMS wird eine neue Analyse im Projektmanager System genannt angelegt. Statt des Dop-pelklicks kann im Projektbereich (groer leerer Bereich rechts) mit der rechten Maustaste mit NEW ANALYSIS SYSTEMS/STATIC STRUCTURAL ebenfalls ein neues System angelegt werden. Ebenso kann der Analysetyp STATIC STRUCTURAL von links per Drag&Drop auf nach rechts in den Projektbereich gezogen werden.

    Wie gehts los?

    Analyse definieren

  • 8.7 Erster Start

    97

    Jedes System besteht aus folgenden Komponenten:

    ENGINEERING DATA: Damit werden Materialdaten fr das Bauteil oder die Bau-gruppe beschrieben. Es wird ein Standard-Material verwendet, sofern die Materi-aldaten vom CAD-System nicht mit bernommen werden, daher ist diese Kom-pontente auch ohne eine Materialauswahl durch den Anwender mit einem gr-nen Haken versehen.

    GEOMETRY: Hier knnen die nativen Dateien eines CAD-Systems eingeladen, ein neutrales Format wie IGES, STEP, Parasolid und ACIS importiert oder eine Geo-metrie mit dem ANSYS DesignModeler neu erstellt werden. Auch die bernahme eines in einem CAD-System geladenen Modells ist mglich.

    MODEL: Alle Definitionen die neben der Geometrie notwendig sind, um ein FE-Modell zu beschreiben wie z. B. die Vernetzungseinstellungen, Kontakte oder auch lokale Koordinatensysteme, werden unter dem Begriff Modell zusammenge-fasst.

    SETUP: Die Analyse-Art, die Analyse-Einstellungen, die Belastung und die sonsti-gen Randbedingungen werden in den Modell-Einstellungen zusammengefasst.

    SOLUTION: Die Rckmeldungen des Gleichungslsers sind unter der Lsung ver-fgbar.

    RESULTS: Unter Ergebnis sind die durch die FEM-Analyse ermittelten Resultate zu finden.

    Projekt-Komponenten

  • 8 Der Anfang mit ANSYS DesignSpace

    98

    Gehen Sie die einzelnen Komponenten von oben nach unten mit der rechten Maus-taste durch, um das System fr die erste Berechnungsaufgabe zu definieren. Mit der rechten Maustaste auf GEOMETRY knnen Sie unter IMPORT GEOMETRY/BROWSE die STEP-Datei halter_verrundet.stp auswhlen. Die Beispieldaten erhalten Sie auf der Webseite des Hanser-Verlags oder bei CADFEM.

    Tipp: Bevor Sie in die Definition einzelner Komponenten wie Modelle, Lasten oder Ergeb-nisse einsteigen, speichern Sie bitte Ihr Projekt, auch wenn in den ersten Projekt-phasen noch wenige Projektdaten sicherungswrdig erscheinen. Im Hintergrund werden mit dem Speichern des Projektes Pfade fr temporre Dateien festgelegt und andere Einstellungen gettigt, die fr einen reibungslosen Projektablauf sorgen

    Nachdem das Projekt gespeichert und die Geometrie-Zuordnung abgeschlossen ist, knnen Sie mit der rechten Maustaste auf SETUP mit EDIT den Lastfall definieren.

    Dazu ffnet sich das Fenster der Mechanical-Applikation. Im Strukturbaum sollte der Lastfall STATIC-STRUCTURAL markiert sein und die kontext-sensitive Funktions-leiste direkt oberhalb des Grafikfensters die Funktionen fr die Definition von Las-ten und Lagerungen aufweisen (siehe grne Rahmen). Ist das nicht der Fall, whlen Sie im Strukturbaum STATIC STRUCTURAL an. Um Lasten und Lagerungen zu definie-ren, whlen Sie zuerst die Geometrie, dann zu zugehrige Randbedingung.

  • 8.7 Erster Start

    99

    Der Selektionsfilter (roter Rahmen) ist per Default auf Flchenselektion eingestellt. Mit den Funktionen zur Ansichts-Steuerung (blauer Rahmen) oder einer Space-Mouse knnen Sie ihr Modell drehen, schieben, skalieren, zoomen oder einpassen. Wenn Sie die Drehen-Funktion (blauer Rahmen, ganz links) verwenden, wird der Selektionsfilter aufgehoben, so dass nach dem Drehen, der Selektionsfilter Flche wieder aktiviert werden muss. Um dies zu vermeiden, kann man statt der Drehen-Funktion das Bauteil mit der mittleren Maustaste (Mausrad) drehen, ohne dass der Selektionsfilter neu aktiviert werden muss. Fhrt man mit der Maus ber das Modell, wird das geometrische Element, das mit einem Linksklick selektiert werden kann, mit einer Markierung hervorgehoben:

    Ansicht verndern

  • 8 Der Anfang mit ANSYS DesignSpace

    100

    Wird der Linksklick ausgefhrt, wird die selektierte Geometrie grn dargestellt:

    In der Statusleiste am unteren Rand des Mechanical-Applikationsfensters wird die Anzahl der selektierten Flchen und der Flcheninhalt angezeigt (1 Face selected: Surface Area = 992 mm).

    Whlen Sie aus der kontext-sensitiven Funktionsleiste direkt oberhalb des Grafik-fensters unter LOADS die Funktion FORCE. Alternativ knnen Sie im Strukturbaum oder im Grafikfenster durch die rechten Maustaste INSERT/FORCE auswhlen und die Kraftrandbedingung definieren.

    Whrend der Kraft-Definition wird im Strukturbaum die Kraft mit einem blauen Fragezeichen versehen, solange noch nicht alle erforderlichen Angaben gemacht sind. Ist die Kraft vollstndig definiert, z. T. auch ber Default-Einstellungen, wird dies durch einen grnen Haken im Strukturbaum visualisiert.

    Im Detail-Fenster unten links erwartet ANSYS DesignSpace unter Magnitude den Wert der Kraft in dem eingestellten Einheitensystem. Tragen Sie die Zahl ein und besttigen Sie mit der Eingabetaste. Die Checkbox vor MAGNITUDE bleibt leer.

    Die nchste zu definierende Eigenschaft ist die Kraftrichtung. Bei einer einzelnen selektierten Flche wird die Kraft mit einer Default-Richtung versehen. Fr eine Zy-linderflche ist die die Richtung der Achse, bei einer ebenen Flche die Richtung der Flchennormale. Sow wird auch in diesem Fall die Flchennormale verwendet, um die Default-Richtung nach oben zu definieren. Mit einem Klick auf CLICK TO CHANGE im Detail-Fensterknnte am CAD-Modell eine andere Flche, Kante oder 2 Punke angewhlt werden, die die Richtung (nicht den Ort) der Krafteinleitung be-stimmt. Der groe rote Pfeil zeigt die gerade aktuell gefundene, aber noch nicht zu-gewiesene Kraftrichtung. Nachdem die Flchennormale der Ringflche des Auges zur Richtungsdefinition verwendet werden kann, kann mit einem Klick auf die bei-den rot-schwarzen Pfeilen im CAD-Fenster die Kraftrichtung einfach umgedreht werden. Mit APPLY wird die Kraftdefinition abgeschlossen.

    Kraftangriff selektieren

    Orientieren der Kraft

  • 8.7 Erster Start

    101

    hnlich wird auch die fixierte Lagerung definiert. Selektieren Sie die Anlageflche, whlen Sie im Kontext-Men unter SUPPORTS oder ber die rechte Maustaste unter INSERT den FIXED SUPPORT um das Bauteil dort einzuspannen. Weitere Angaben zur Lagerung sind im Detailfenster unten links nicht erforderlich.

    Nachdem im Strukturbaum lediglich die gerade definierte Lagerung markiert wird, wird auch nur diese im Grafikfenster angezeigt. Um alle definierten Rand-bedingungen zu sehen, knnen mit der CTRL/STRG-Taste im Strukturbaum zustzli-

    Lagerung definieren

  • 11 Baugruppen