Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder mit MEANS V10

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1 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 110 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder mit MEANS V10 Eine Blattfeder wird an beiden Enden fest eingespannt und wird mit einem Gewicht von 6 kg bzw. 60 N in Z-Richtung belastet. Wie unterscheiden sich die Verformungen und Spannungen zwischen einer linearen und einer nichtlinearen FEM-Analyse mit dem Zusatzmodul NONLIN des FEM-Sysems MEANS V10 von HTA-Software. Fordern Sie eine kostenlose Demo-Version unter an. Folgende Einschränkungen von NONLIN sind zu beachten: - Nur eine Knotenpunktbelastung mit max Knoten zulässig - Flächenlasten müssen in eine Knotenlast umgewandelt werden - nur Dr.Kühn-Solver (Quick-Solver nicht möglich) - max. 30 Last-Inkremente sind möglich Y-Achse mit Z-Achse vertauschen Für eine Knotenlast in z-richtung müssen die Y- und Z-Achsen vertauscht werden. Wählen Sie Menü FEM-Projekt bearbeiten, Knotenkoordinaten und Koordinaten- Faktor. Wählen sie Y-Werte mit Z-Werte vertauschen und OK um die beiden Achsen zu vertauschen.

2 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 111 Flächenmodell erzeugen Erzeugen Sie mit dem Icon sowie Menu Flächenmodell erzeugen und Neues Flächenmodell erzeugen ein normales Flächenmodell aus 30 Flächen.

3 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 112 Knotenbelastung erzeugen Wählen Sie Knotenlast erzeugen und Schritt 2: Knotenlast erzeugen und geben einen Wert von -1 in Z-Richtung ein. Wählen Sie Flächenmodus und Belastung erzeugen und klicken mit einem Doppelklick auf die Fläche 24. Wählen Sie in der Selectbox Create um die Last aus 113 Knoten zu erzeugen.

4 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 113 Lastwerte editieren Wählen Sie Menü FEM-Projekt bearbeiten und Belastungen um die Lastwerte zu editieren. Berechnen Sie den Lastwert indem Sie die Gewichtsbelastung von 60 N durch die Anzahl der Lastwerte von 113 dividieren.

5 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 114 Randbedingungen erzeugen Die Blattfeder ist an beiden Enden fest eingespannt. Wählen Sie Menü Randbedingungen erzeugen und Schritt 2: Randbedingungen erzeugen und selektieren in der nächsten Dialogbox Einspannung und Flächenmodus. Mit Menü RBs erzeugen klicken Sie mit einem Doppelklick auf die Flächen14, 15, 17, 20, 27 und 30. Wählen Sie in der Selectbox Create um die Randbedingungen zu erzeugen.

6 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 115 Materialdaten Wählen Sie FEM-Projekt bearbeiten und Materialdaten um die Materialdaten für Stahl oder anderen Werkstoff einzugeben. Lineare FEM-Analyse Speichern Sie zuerst das FEM-Modell unter dem Namen blattfeder_linear.fem ab und wählen FEM-Analyse und wieder FEM-Analyse um die Verformungen und Spannungen zu berechnen.

7 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 116 Nonlineare FEM-Analysis Nach der linearen FEM-Analyse speichern Sie das FEM-Modell unter dem Namen blattfeder_nichtlinear.fem ab und erweitern wie folgt die Belastungen mit neuen Lastfällen bzw. Lastinkrementen. Lastwerte editieren Wählen Sie wieder das Menü FEM-Projekt bearbeiten und Belastungen um die Belastungswerte zu editieren. Dividieren Sie den Lastwert von N durch die Anzahl der Lastinkremente von 12 zu dem neuen Lastwert N. Wählen Sie Lastfall-Faktor und geben den Lastfwert ein und wählen ersetzen um die neuen Lastwerte zu setzen.

8 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 117 Lastfälle kopieren Wählen Sie Lastfälle kopieren und geben die neuen Lastfälle von 2 bis 12 ein und wählen Kopieren. Ebenfalls müssen Sie die Anzahl Lastfälle auf 12 setzen. Beenden Sie die Eingabe mit OK. Belastungen überprüfen Es ist besser vor der nichtlinearen Analyse nochmals die Belastungen mit Menü Belastungen zu überprüfen, es sollten jetzt 12 Lastfälle mit dem Wert angezeigt werden.

9 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 118 Nonlineare FEM-Analyse Speichern Sie nochmals blattfeder_nichtlinear.fem ab und selektieren unter FEM- Analyse Nonlinearität. Wählen Sie dann FEM-Analyse damit eine neue Dialogbox angezeigt wird. Nach der nichtlinearen FEM-Analyse mit 12 Lastinkrementen wählen Sie Menü Gesamtverformung aus Einzelverformungen darstellen.

10 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 119 Postprocessing Wählen Sie das Menü Ergebnisauswertung mit Dialogbox um die Verformungen und Spannungen grafisch auszuwerten. Wählen Sie folgende Einstellungen: Ergebnisse laden: Knotenspannungen gemittelt Lastfall: 1 Raster-Genauigkeit: 4 Ergebniskomponente: v.mises-vergleichsspannungen

11 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 120 Lineare FEM-Analyse: max. Displacement = mm max. v.mises-stress = 1.98 MPa max. S1 = 3.7 MPa max. S3 = -3.9 Mpa

12 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 121 Nonlineare FEM-Analyse: max. Displacement = mm max. v.mises-stress = 1.63 MPa max. S1 = 2.89 MPa max. S3 = Mpa

13 Kapitel 10: Nichtlineare FEM-Analyse für große Verformungen einer Blattfeder 122 Ergebnisse in einem Diagramm darstellen Wählen Sie Menü Ergebnisse in einem Diagramm darstellen und stellen die Überschrift/Titel sowie die Bezeichnung in X- und Y-Achse ein. Übernehmen Sie die anderen Einstellungen und wählen Diagramm erstellen um GNUPLOT zu starten. Wählen Sie Open und wählen das File Diagram.plt aus, dannach werden der Wegund der Kraftverlauf für Knotenpunkt 1519 in einem Diagramm dargestellt.