Crash-Simulation – Übung 1

Crash-Simulation – Übung 1
Die Crash-Simulationsprogramme sind dreigeteilt: Pre-Prozessor, Solver, Post-Prozessor. In
dieser Übung wird der Umgang mit dem Crash-Programm-Paket „Virtual Performance Solution“ der Firma ESI geübt.
Im Folgenden wird die Prozesskette der Crash-Berechnung beschrieben. Zunächst wird in
einem Pre-Prozessor das zu untersuchende Kontinuum mit Hilfe von Finiten Elementen dargestellt. Dabei erhält die, meist aus den CAD-Formaten stammende, Geometrie die physikalischen Eigenschaften wie die Blechdicke und die Materialeigenschaften. Zusätzlich werden
Rand- und Anfangsbedingungen definiert. Der Pre-Prozessor übergibt eine im ASCII-Format
geschriebene Datei an das Berechnungsprogramm PAM-CRASH. Die Datei ist nach einem
festen Muster gegliedert. Bei der Definition der Eingaben müssen gewisse Regeln und Strukturen beachtet werden. Als wichtigste Regel gilt, keine Tabulatoren zu verwenden. Weiterhin müssen die einzelnen Bestandteile der Datei exakt identifizierbar sein. Es dürfen z.B. keine zwei Knoten mit einer identischen Identifikationsnummer definiert sein. Die Eingaben
müssen einheitenkonsistent sein, denn der Solver rechnet nur mit Zahlen ohne auf Plausibilitäten zu achten.
Prinzipiell muss die Datei folgende Inhalte enthalten:
Numerische Vorgaben:

Berechnungsdauer,

Ausgabeparameter (z.B. Art der Schnittgrößen),

Numerische Kontrollparameter
Physikalische Restriktionen:

Knotenkoordinaten,

Elementtyp,

Bauteileigenschaften,

Kontakte,

Randbedingungen und Lasten
Als Ausgangspunkt für alle Elementtypen müssen die Koordinaten der Knoten festgelegt
werden.
Knotendefinition
$#
NODEID
NODE /
1
XCOORD
YCOORD
3050.067
-304.7989
ZCOORD
-0.00627
Beispiel 1: Knotendefinition
Die Zeilen, die mit einem $-Zeichen beginnen, sind Kommentarzeilen und dienen dem Anwender als Übersicht. Hier werden die Inhalte der darunter stehenden Zeile beschrieben. In
Beispiel 1 werden die Koordinaten für den Knoten mit der Identifikationsnummer 1 festgelegt.
Elementdefinition
$#
ID IPART N1 N2 N3 N4
SHELL /
1
5 1106 1105 1002 1001
Beispiel 2: Elementdefinition
Die einzelnen Elementtypen haben eine interne Bezeichnung (SHELL, SOLID, BAR) und werden nach dem gleichen Muster definiert. Das Schalenelement 1 wird in Beispiel 2 über vier
Knoten beschrieben und dem Bauteil (PART) 5 zugeordnet. Alle Schalenelemente, die in der
dritten Spalte mit der Nummer 5 ausgewiesen sind, gehören zum Bauteil 5.
Bauteildefinition - Eigenschaften
$#
IDPRT ATYPE IMAT
PART /
5 SHELL
5
NAME PIN-Stange
$# DTELIM
$# TCONT EPSINI
0.
$#
h NINT
8.2 3
$#ORTBLANK XDIR YDIR
0
0.
0.
0.
$#
END_PART
ZDIR
Beispiel 3: Bauteildefinition
Dem Bauteil 5 werden nun folgende Eigenschaften zugewiesen:

Es besteht aus Schalenelementen.

Das Material verhält sich nach dem Gesetz mit der Nummer 5.

Die Schalenelemente haben eine Dicke von 8,2 mm und werden über drei
Punkte in der Schalenschicht integriert.
PAM-CRASH stellt aus den Informationen der Eingabedatei das DGL-System auf und löst dieses anschließend. Der Solver PAM-CRASH protokolliert die Rechnungen in drei Ausgabedateien: in der DSY-Datei, der THP-Datei und der Protokolldatei. Der Inhalt der jeweiligen Datei
wird in der Eingabedatei abgegrenzt. Die DSY-Datei enthält Informationen über die Knotenzustände, Verformungen und globale Informationen (z.B. die einzelnen Energiearten), die in
definierten Zeitabständen festgehalten werden. Angaben über bestimmte Schnittgrößen der
einzelnen Elemente findet man in der THP-Datei, wobei diese Elemente in der Eingabedatei
mit dem Befehl THELE definiert werden müssen. Die Protokolldatei ist eine reduzierte THPDatei. Hier werden die sogenannten „Echo“-Einträge des Solvers und gegebenenfalls auch
die Schnittgrößen der Verbindungselemente festgehalten.
Die DSY-Datei wird genutzt, um Kontur-Verläufe verschiedener Größen (z.B. die Anteile des
Spannungstensors) darzustellen. Mit Hilfe der THP-Datei werden Kurven erzeugt: z.B. die
Verschiebungs- und Beschleunigungsverläufe.
1. Starten Sie die beiden Berechnungen „hatbeam_elink.pc“ und „hatbeam_MPlink_
rupmo.pc“. Falls Sie das Paket „Virtual Performance Solution“ installiert haben, gehen Sie
folgendermaßen vor:
Selektieren Sie aus der Start-Leiste das Berechnungsprogramm:
Gehen Sie zum Speicherort der Eingabedateien. Selektieren Sie eine Datei und drücken Sie
auf „Launch“. Falls Sie einen Rechner mit mehr als einem Prozessor zur Verfügung haben,
können sie Berechnungszeit sparen, indem Sie die Anzahl der genutzten Prozessoren erhöhen.
2. Lassen Sie sich die einzelnen Komponenten des Spannungstensors anzeigen. Starten Sie
dazu den Post-Prozessor. Gehen Sie wieder in die Start-Leiste und öffnen das „Visual-Crash
for PAM“. Ihre Programmversion kann von meiner abweichen! Dort aktivieren Sie auf der
linken Seite den „Visual-Viewer“:
Öffnen Sie nun die DSY-Datei. Dazu klicken Sie „File“, dann „Open…“. Selektieren Sie die entsprechende DSY-Datei und bestätigen. Beim Klicken auf den Button „Contour“
erscheint das oben abgebildete Auswahlfenster. Unter „Entity Types“ wählen Sie
„SHELL“ aus. Aus dem darunter stehendem Feld können Sie nun einzelne Größen auswählen.
Stellen Sie nun die maximale Vergleichsspannung dar.
Mit Hilfe der Animationsleiste können Sie zeitlich in der Simulation vor und zurück gehen.
Um das Modell im Ansichtsfenster zu bewegen gelten folgende Voreinstellungen:
Drehen:
Taste „a“ gedrückt halten und die Maus bewegen
Bewegen:
Taste „s“ gedrückt halten und die Maus bewegen
Zoomen:
Taste „d“ gedrückt halten und die Maus bewegen bzw. Scrollrädchen
der Maus drehen
3. Erzeugen Sie die Kurvenverläufe der kinetischen, internen Gesamt- und HourglassEnergie. Gehen Sie dazu auf den rechts hervorgehobenen Button. Selektieren Sie die
entsprechende THP-Datei und bestätigen.
Im rechten Auswahlfeld werden alle zur Verfügung stehenden Informationen aufgeführt.
Die Kurven können Sie entweder einzeln darstellen oder mehrere auf einem Blatt. Probieren Sie die unterschiedlichen Kombinationen
der mit Nummern gekennzeichneten Felder 1,
2 und 3.
4. Vergleichen Sie die „Contour-Plots“ und die
Energieverläufe der beiden von Ihnen berechneten Modelle. Was fällt auf?
1
2
3