Hinweise zum Praxisbuch FEM mit ANSYS Workbench

Allgemeine Hinweise zum Praxisbuch FEM mit ANSYS Workbench und
der ANSYS/Student Verstion
ANSYS Student ist die kostenlose ANSYS Version für alle, die die führende Software für die
numerische Simulation für Studium oder persönliche Weiterbildung kennenlernen und selbst
ausprobieren wollen. Der Funktionsumfang von ANSYS Student entspricht weitgehend der
mechanischen, strömungsmechanischen und thermischen Funktionalität von ANSYS Workbench, wie
sie einem kommerziellen ANSYS Programmpaket zur Verfügung steht. Achtung: ANSYS Student darf
ausschließlich zu persönlichen Aus- und Weiterbildungszwecken verwendet werden und kann auf der
Seite von ANSYS, Inc. kostenlos und anonym für einen Zeitraum von 6 Monaten herunter geladen
werden.
Die Modellgröße der zu lösenden Simulationsmodelle ist in ANSYS Student limitiert. In
strukturmechanischen und thermischen Modellen können bis zu 32.000 Knoten und Elemente
berechnet werden, in strömungsmechanischen Modellen bis zu 512.000 Knoten und Zellen.
Überschreitet das Modell diese Grenze, wird das Netz unter Umständen erzeugt, die Lösung wird
jedoch kontrolliert abgebrochen und es erscheint eine Meldung „Your product license has numerical
problem size limits, you have exceeded these problem size limits and the solver cannot proceed.“ In
solchen Fällen reduzieren Sie die Netzdichte um unter die Größenlimits zu kommen. Die Ergebnisgüte
einer solchen Analyse kann dadurch nicht mehr gewährleistet werden; zum Erlernen der
grundsätzlichen Vorgehensweise stellt das Knotenlimit i. d. R. keine ernsthafte Einschränkung dar.
Die Geometriemodellierung in ANSYS Student ist beschränkt auf 50 Körper und 300 Flächen. Sobald
eine Operation diese Grenze überschreitet, kann das Modell nicht mehr gespeichert werden. Bitte
speichern Sie also vor relevanten Operationen ab, damit Sie ggf. auf ein adäquates Modell
zurückgreifen können.
Die Musterlösungen können Sie als Download vom CADFEM-Server herunterladen:
http://www.cadfem.de/fileadmin/shop/ds/Beispiele_Buch_ANSYS_Workbench_Auflage_2.zip
Dieser Datensatz enthält nicht alle Ergebisdaten, sondern lediglich die Modelldefinitionen, um die
Datenmenge zu reduzieren. Zur Ergebnisdarstellung sollten Sie die jeweilige Musterlösung auf Ihrem
Rechner durchrechnen und dann auswerten.
Lösungshinweise zu den Übungen von Kap. 9 für ANSYS/Student 16.1
Übung 1: Biegebalken
Es sind keine Anpassungen der im Buch gezeigten Vorgehensweisen erforderlich.
Übung 2: Scheibe mit Bohrung
Die Analysen mit manueller Verfeinerung sind berechenbar, mit adaptiver Vernetzung bricht die
Analyse wegen Überschreiten der Modellgrößenlimitation jeodoch ab.
Praxisbuch FEM mit ANSYS Workbench und ANSYS/Student
© CADFEM 2015
Übung 3: Parameterstudie
Es sind keine Anpassungen der im Buch gezeigten Vorgehensweisen erforderlich.
Übung 4: Designstudien, Sensitivitäten und Optimierung mit optiSLang
In der Musterlösung wird die Analyse und Auswertung mithilfe von optiSLang inside ANSYS gezeigt,
welches nicht Bestandteil von ANSYS/Student ist. Daher kann dieses Ubungsbeispiel weder
durchgeführt noch die Musterlösung mit ANSYS/Student geladen werden. Führen Sie stattdessen
Übung 3 durch.
Übung 5: Temperatur und Thermospannungen
Es sind keine Anpassungen der im Buch gezeigten Vorgehensweisen erforderlich.
Übung 6: Festigkeit eines Pressenrahmens
Mit adaptiver Vernetzung wird die maximal mögliche Modellgröße von ANSYS/Student überschritten.
Ebenso wird mit manueller Vernetzung und einer lokalen Elementgröße von 1.5 mm die maximal
mögliche Modellgröße überschritten. Wird mit manueller Vernetzung statt 1.5 mm eine lokale
Elementgröße von 3 mm verwendet, kann mit verringerter Genauigkeit der Effekt einer
Netzverfeinerung grundsätzlich untersucht werden.
Übung 7: FKM-Nachweis
Zur Bewertung dynamischer Lasten wird in dieser Übung die CADFEM ANSYS Extension „FKM inside
ANSYS“ verwendet. Diese ist nicht in ANSYS/Student verfügbar, d. h. eine Bewertung nach FKM kann
alternativ durch die manuelle Übertragung der relevanten Spannungswerte von ANSYS nach WIAM
fatigue Rifest erfolgen. Der Effekt, dass nicht nur der Spannungswert, sondern auch der
Spannungsgradient bedeutsam ist, wird – mit vermindertem Komfort – auch auf diesem Weg
sichtbar.
Übung 8: Presspassung
Es sind keine Anpassungen der im Buch gezeigten Vorgehensweisen erforderlich.
Übung 9: Hertz‘sche Pressung
Mit der im Buch vorgeschlagenen Vernetzung überschreitet das Modell die maximal mögliche
Modellgröße von ANSYS/Student. Wird statt einer lokale Elementgröße von 0.04 mm im
Einflussbereich eine Elementgröße von 0.05 mm verwendet, kann die Hertz’sche Pressung vom
Prinzip her berechnet werden, allerdings bei etwas reduzierter Genauigkeit.
Übung 10 Steifigkeit von Kaufteilen
Es sind keine Anpassungen der im Buch gezeigten Vorgehensweisen erforderlich.
Übung 11: Druckmembran mit geometrischer Nichtlinearität
Es sind keine Anpassungen der im Buch gezeigten Vorgehensweisen erforderlich.
Praxisbuch FEM mit ANSYS Workbench und ANSYS/Student
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Übung 12: Elastisch-plastische Belastung einer Siebtrommel
Die initiale Analyse ohne Netzverfeinerung kann wie beschrieben durchgeführt werden. Die
Netzverdichtung mit reinen Tetraedern und 1 mm Elementgröße überschreitet die maximal mögliche
Modellgröße von ANSYS/Student, ebenso die Prismenschichtvernetzung mit 2 mm lokaler
Elementgröße. Ändert man die Prismenschichtvernetzung so ab, dass sie nur auf eine Öffnung wirkt
und reduziert man die lokale Elementgröße in ebenfalls nur einer Öffnung auf 7 mm, kann das Prinzip
der Netzverfeinerung zur Auflösung von Spannungsgradienten an der Oberfläche prinzipiell
untersucht werden, auch wenn die Genauigkeit des Ergebnisses durch die limitierte Knotenzahl noch
nicht ausreichend ist (ca. 10 % Abweichung von gemittelten und ungemittelten Spannungen). Auch
bei Verwendung der Submodelltechnik ist die globale und lokale Elementgröße so zu verringern, dass
weniger als 32.000 Knoten entstehen (lokale Elementgröße mindestens 3 mm).
Übung 13: Bruchmechanik an einer Turbinenschaufel
Mit der im Buch vorgeschlagenen Vernetzung überschreitet das Modell die maximal mögliche
Modellgröße von ANSYS/Student. Setzen Sie statt der gezeigten Vorgehensweise die physikgestützte
Relevanz auf „grob“ und verwenden Sie in den lokalen Verfeinerungen statt 3 mm und 1 mm
mindestens 6 mm lokale Elementgröße. Die Ergebnisqualität reicht zur Bewertung so nicht aus,
ermöglicht aber zumindest die Umsetzung des Workflows innerhalb des verfügbaren Knotenlimits.
Übung 14: Schraubverbindung
Es sind keine Anpassungen der im Buch gezeigten Vorgehensweisen erforderlich.
Übung 15: Elastomerdichtung
Es sind keine Anpassungen der im Buch gezeigten Vorgehensweisen erforderlich.
Übung 16: Aufbau und Berechnung eines Composite-Bootsrumpfs
ANSYS Composite PrepPost (ANSYS ACP) ist nicht Bestandteil von ANSYS/Student, daher kann diese
Übung nicht durchgeführt werden.
Übung 17: Beulen einer Getränkedose
Mit der im Buch vorgeschlagenen Vernetzung überschreitet das Modell die maximal mögliche
Modellgröße von ANSYS/Student. Setzen Sie statt der gezeigten lokalen Verfeinerung von 0,3 mm
nur 0,4 mm lokale Elementgröße ein, kann das Modell mit vergleichbaren Ergebnissen auch mit
ANSYS/Student gerechnet werden.
Übung 18: Schwingungen an einem Kompressorsystem
Mit der im Buch vorgeschlagenen Vernetzung überschreitet das Modell die maximal mögliche
Modellgröße von ANSYS/Student. Setzen Sie statt der gezeigten lokalen Verfeinerung von 3 mm nur 6
mm lokale Elementgröße ein, kann das Modell mit geringen Abstrichen in der Genauigkeit auch mit
ANSYS/Student gerechnet werden.
Übung 19: Mehrkörpersimulation
Es sind keine Anpassungen der im Buch gezeigten Vorgehensweisen erforderlich.
Übung 20: Containment-Test einer Turbine
Es sind keine Anpassungen der im Buch gezeigten Vorgehensweisen erforderlich.
Praxisbuch FEM mit ANSYS Workbench und ANSYS/Student
© CADFEM 2015
Übung 21: Falltest für eine Hohlkugel
Mit der im Buch vorgeschlagenen Vernetzung überschreitet das Modell die maximal mögliche
Modellgröße von ANSYS/Student. Setzen Sie statt der gezeigten lokalen Verfeinerung von 0.5 mm
nur 1.5 mm lokale Elementgröße ein, kann das Modell mit Abstrichen in der Genauigkeit auch mit
ANSYS/Student gerechnet werden.
Übung 22: Lineare Dynamik einer nichtlinearen Elektronikbaugruppe
Mit der im Buch vorgeschlagenen Vernetzung überschreitet das Modell die maximal mögliche
Modellgröße von ANSYS/Student. Definieren Sie für Volumen der Bolzen und den auf der Platine
befindlichen Sensorblock eine lokale Elementgröße 2 mm, kann das Modell mit geringen Abstrichen
in der Genauigkeit auch mit ANSYS/Student gerechnet werden.
Übung 23: Kopplung von Strömung und Strukturmechanik
Es sind keine Anpassungen der im Buch gezeigten Vorgehensweisen erforderlich.
Übung 24: Akustiksimulation für einen Reflexionsschalldämpfer
Die ANSYS ACT-Acoustic-Extension steht in ANSYS/Student nicht zur Verfügung, daher kann diese
Übung nicht durchgeführt werden.
Übung 25: Schallabstrahlung eines Eisenbahnrades
Die ANSYS ACT-Acoustic-Extension steht in ANSYS/Student nicht zur Verfügung, daher kann diese
Übung nicht durchgeführt werden.
Übung 26: Elektrisch-thermisch-mechanischer Mikroantrieb
Mit der im Buch vorgeschlagenen Vernetzung überschreitet das Modell die maximal mögliche
Modellgröße von ANSYS/Student. Definieren Sie statt einer Elementgröße von 1.5 µm lediglich 2.5
µm, kann das Modell mit Abstrichen in der Genauigkeit auch mit ANSYS/Student gerechnet werden.
Übung 27: Verhaltensmodell für die Systemsimulation einer Messmaschine
Die Systemsimulation mit ANSYS/Simplorer steht in ANSYS/Student nicht zur Verfügung, daher kann
diese Übung nicht durchgeführt werden.
Praxisbuch FEM mit ANSYS Workbench und ANSYS/Student
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