Eindelijk in je element
•
0 j'aime•401 vues
De theorie achter de verschillende elementtypes vertaald naar de praktische toepassing. Er wordt inzicht gegeven in de werking van veel gebruikte elementen zodat een weloverwogen keuze kan worden gemaakt bij de modelopbouw. Enginia Event 2015 Presentatie Analyst stream: Eindelijk in je Element door Rob ter Brugge Enginia
Recommandé
Contenu connexe
En vedette
En vedette (8)
Plus de Enginia
Plus de Enginia (14)
Eindelijk in je element
- 1. Eindelijk in je element Theorie achter de elementen 26-10-2015
- 2. Intro “Eindelijk in je Element” Spreker • Achtergrond bij elementen • Keuze aspecten • Ken je tools Doel presentatie Rob ter Brugge Senior Engineer bij Enginia 12+ jaar FEA ervaring, consultancy, support, training.
- 4. handleiding
- 5. FEA
- 8. Tet4
- 9. Voorbeeld Uitwijking = 2 mm Spanning = 60 MPa Eenvoudige balk: Links ingeklemd, rechts een kracht naar beneden.
- 10. Resultaat Tet4 Verplaatsing (max. 1.3 mm) Spanning (max. 37.1 Mpa)
- 11. Midside nodes
- 12. Tet10 functions
- 13. Tet10 resultaat Verplaatsing (max. 2 mm) Spanning (max. 57.8 Mpa)
- 14. Hex8
- 15. Hex8 Verplaatsing Verplaatsing (max. 2 mm) Spanning (max. 59.9 Mpa)
- 16. Tet10 vs Hex8 53000 elements, 79000 nodes 5120 elements, 6560 nodes
- 17. Tet vs hex 26303 nodes, 70 sec 12330 nodes, 25 sec
- 18. Plate elements
- 19. Gap element
- 20. Gap element
- 21. Axi-symmetrisch
- 22. Kennis opdoen? Waar vind je informatie Voor Femap + NX Nastran gebruikers: • Nastran documentatie • http://community.plm.autom ation.siemens.com/ Hoe ga je te werk • Bekijk voorbeelden • Begin met klein model en breidt het uit
- 23. Conclusies • Ken je gereedschap • Voorkeur • Soms speciaal gereedschap nodig
- 24. Zorgt dat je in je element bent met de simulatie software die je gebruikt Dank voor de aandacht!
Notes de l'éditeur
- Iedereen welkom heten bij de Stream “Analisten” of de analisten zaal.
- Doel presentatie: Meer inzicht geven in wat er binnen een element gebeurd en hoe dit het resultaat beïnvloed.
- Wie heeft er niet met Lego gespeeld? Als techneut liet je waarschijnlijk de handleiding links liggen. Zelf ontdekken hoe het allemaal past, uren vermaak en ook nog eens leerzaam.
- De patent aanvraag, best ingenieus zo’n blokje. Ik heb zelf ontdekt hoe het allemaal in elkaar past, maar dat is door meneer Christiansen allemaal van te voren bedacht. Als eenmaal ervaring hebt met het bouwen en weet welke bouwstenen er allemaal zijn, kun je bijna elk idee met lego uitwerken. Nu speel ik nog steeds met blokjes.
- FEM (in mechanica): het relateren van verplaatsingen, krachten en spanningen van een aaneenschakeling van elementen. Maar wat gebeurd er nu in dat element?
- Toolbox aan beschikbare elementen. (vergelijk met lego?).
- Wat gebeurt er in een element? Een element heeft een lokaal coordinatenstelsel. In deze coordinaten wordt per knooppunt een shape functie opgesteld in deze coordinaten. Op basis hiervan wordt de geometrie vastgelegd, en wordt het verplaastsingsveld binnen het element berekend (via interpolatie, vandaar dat de shape functies ook wel interpolatiefuncties worden genoemd). Met het verplaatsingsveld worden afgeleide waarden zoals spanning en rek berekend. Shape functions zijn dus de koppeling tussen het locale coordinatenstelsel en het fysieke gedrag dat het element simuleert.
- Hoe ziet dat er dan uit in een element: bijvoorbeeld het tet4 element. Hierin wordt met 4 functies en 3 coordinaten een verplaatsingsveld in een element beschreven. Deze functies zijn allemaal lineair.
- Voorbeeld van een balk, eenzijdig ingeklemd, met een vertical puntlast op het vrije uiteinde: Beam theory: Deflection 2 mm, Stress: 60 MPa.
- Behoorlijke afwijking qua verplaatsing, vrij dramatisch met spanningen Tet4 dus niet geschikt voor mechanische analyses, vooral niet met buiging. Hebben veel te hoge stijfheid. (Kunnen wel gebruikt worden voor thermische analyses). Gelukkig staan bij de automatische tet mesher standaard de midside nodes aan.
- Eenvoudige shape functies langs een ljin> Ter verduidelijking, in 3D verloopt dit complexer. Lineair vs. kwadratisch. Deze bepalen het verloop van parameters binnen een element. Op elk punt moet de som van de functies 1 zijn (het zijn genormaliseerde functies). Dit zijn de functies voor een lijnelement. Je kunt je voorstellen dat dit voor een 3D element nog complexer wordt.
- Van lineair naar kwadratisch gebeurt door extra nodes toe te voegen midden op de ribben van het element Het tet10 element kan dus complexere vormen aan nemen. De spanningen en rekken zijn een afgeleide van de verplaatsingen, dus deze hebben nu een lineaire verloop binnen een element (in tegenstelling tot constant in tet4).
- Dit element heeft 10 shape functies ipv 4. Het verplaatsingsveld moet met continue functies beschreven worden, daarom moeten hiervoor tweede orde funties gebruikt worden (in elke functie worden twee variabelen vermenigvuldigd)
- Verplaatsing klopt exact met handberekening Tet elementen zijn meer geschikt om complexe geometrie te meshen > Dus tet10 gebruiken.
- Dan komt er hex8. Deze hebben veel voordelen. Hier kan een nettere mesh mee gemaakt worden. Hex8 elementen zijn eerste orde elementen. Ze zijn echter nauwkeuriger dan tet4, omdat ze meer termen in de shape functies hebben, waardoor ze toch complexere vormen aan kunnen nemen.
- Geeft met weinig elementen al een goede waarde voor de verplaatsing en spanning komt ook dicht bij handberekening
- Vergelijkbare, acceptabele resultaten voor tet10 en hex8 elementen. Met tet10 zijn 10x zo veel elementen, 12x zoveel nodes (en dus rekentijd). Tijdsverschil is relatief groot. Maar in absolute tijd stelt het nog niet veel voor. Voor complexe geometrie kost het veel voorbereidingstijd om het geschikt te maken voor hex elementen. Het model moet wel erg groot worden (of als je bijvoorbeeld nonlineaire of dynamische effecten gaat simuleren), wil je deze voorbereidingstijd terug kunnen verdienen. Het tet10 element is dus nog zeker niet achterhaald. Tegenwoordig moet de analist dus van tevoren een afweging maken tussen hoeveel voorbereidingstijd een model vergt aan de ene kant, en hoeveel rekentijd het bespaart en nauwkeurigheid het oplevert aan de andere kant.
- Bij complexere berekeningen loont het eerder de moeite om een hex mesh te maken. Bij analyses met contact bijvoorbeeld, of nonlineaire berekeningen. In dit voorbeeld is de geometrie eenvoudig op delen, en levert het tijd op vanwege de meerdere iteraties voor de contactberekening. Tet: In een keer te meshen. 1.10 rekentijd. 15903 elementen / 26303 nodes. Meer moeite met convergentie op contact. Hex: Onderdeel met twee splits in 5 stukken verdeeld die te hex meshen zijn. (Behalve pin met gat erin, is ook wel mogelijk zou iets meer werk vergen). Naar 7918 elementen / 12330 nodes > 25 seconden.
- Voordelen: Tet: bijna altijd in een keer te meshen. Mesh size erop, en klaar. Alleen eventueel verfijnen. Hex-mesh heeft ook wel een auto-mesher, maar die is een stuk minder robuust. Je moet zelf goed de size in de gaten houden. Om vergelijkbaar resultaat te krijgen, zijn minder elementen en nodes nodig, dus sneller. Bij analyses met veel iteraties levert dit veel tijd op. Het is ook makkelijker meshes goed op elkaar uit te lijnen voor contact regions, of via coincident nodes bv plaatelementen te verbinden. Conclusie: Gebruik Hex wanneer het kan, dus als geometrie geschikt is, of makkelijk geschikt te maken. Hoe intensiever de analyse (nonlineair, contact), hoe eerder het zal lonen om meer tijd in de voorbereiding te steken. In de meerderheid van de gevallen (lineaire analyse, geometrie die net iets te veel details bevate) zal het sneller zijn om een tet10 mesh te gebruiken en deze te verfijnen.
- We hebben tot nu toe alleen gekeken naar Solid Elementen. Plate of Shell elementen worden ook veel gebruikt Specifieke element eigenschappen voor plates, off sets e.d. Ga er niet van uit dat alle opties ook beschikbaar zijn in bijvoorbeeld advanced nonlinear.
- Gap theory: Tot dat het gap overbrugt wordt (U0), wordt stijfheid KB gebruikt, in beide richtingen. Daarna de hogere stijfheid KA. KB kan ook 0 zijn waardoor geen weerstand zoals bij speling. Dit wordt in principe ook bij automatische contactvlakken gebruikt.
- Gap element: Manier op beweging in een richting tegen te houden. Is een veel eenvoudigere manier dan contact gebruiken. Rekent veel sneller. Heeft geen contactvlak nodig, dus kan ook bij beams gebruikt worden. Nadat ‘gap’ lengte is overbrugt, krijgt het element een stijfheid. Deze kan heel hoog worden gekozen om een ‘vaste’ wereld te simuleren. Er kan eventueel ook een tensile stijfheid opgegeven worden. Werkt ook bij lineair, maar dan moet wel Gap as contact (in bulk data options) aagezet worden. Anders werkt het element altijd als een veer.
- Oud ontwerp: Afsluitring op druk belast. Dus geometrie helemaal axi-symmetrisch en belasting in het 2D vlak. > Heel geschikt om axi-symmetrisch model te maken. Dit zijn 2D elementen, die inwendig werken alsof ze 360 rond om de z-as zijn. (Plot is van de radiale spanning)
- Nastran documenten in installatiemap Femap (onder Nastranhelp). Zeer gedetailleerde informatie over elementen en solvers. Op de community staan forums een aantal ervaren gebruikers en Siemens medewerkers. Kom bij ons! Via support@enginia.nl of website, wordt steeds meer info verstrekt. Werkwijze: Als je iets wilt gebruiken wat je nog niet kent (elementtype, solver, etc.): zoek op wat de voorwaarden zijn. Begin met een klein test model, en breidt het langzaam uit tot je er voldoende vertrouwd mee bent om je eigen model te maken.
- Wat ik wil meegeven: Mogelijkheden van een elementtype kennen voordat je het gaat gebruiken. Vanuit type constructie, bestaande geometrie of keuringsinstantie ligt soms de elementkeuze al vast, maar zo niet, kies dan bewust. Weet dat er speciale elementtypes zijn die het model kunnen vereenvoudigen of juist complexere problematiek aankunnen.