Einfluss der Kontaktmodellierung auf MKS Simulationen

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Inhalt:
• Kontaktmodellierung
Kontaktformulierungen in ANSYS
• Vorgehensweise bei der MKS-Modellierung
• Anwendungsbeispiele (Heckmäher, 4-Kreisel Schwader, Scheibenegge am 4-Poster)

Fazit:
Mit Hilfe der Kontaktmodellierung kann die Modellkomplexität erheblich gemindert werden
– Genauere Ergebnisse aufgrund der HEX-Modellierung
– Höhere Performance beim Postprocessing im MKS-Programm
– Weniger Vernetzungsprobleme
Bei der Pure Penalty Formulierung ergeben sich für die Starrkörperfrequenzen Werte ≠ 0, wenn Spalte bzw.
Durchdringungen zwischen den Kontaktflächen gegeben sind
– Abhilfe mittels MPC-Kontakt bzw. Kontaktelemente auf Zielfläche verschieben

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Einfluss der Kontaktmodellierung auf MKS Simulationen

  1. 1. Einfluss der KontaktmodellierungEinfluss der Kontaktmodellierung auf MKSauf MKS--SimulationenSimulationen Dipl.Dipl.--Ing. Wolfgang SchimplIng. Wolfgang Schimpl wolfgang.schimpl@poettinger.atwolfgang.schimpl@poettinger.at Dr. Manfred HoferDr. Manfred Hofer manfred.hofer@poettinger.atmanfred.hofer@poettinger.at
  2. 2. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 2 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Vortragsinhalt INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise bei der MKS-Modellierung • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung
  3. 3. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 3 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Das Unternehmen PÖTTINGER • Österreichs größter Landmaschinenhersteller • 1.144 Mitarbeiter konzernweit • 182 Mio. € Umsatz (Wirtschaftsjahr 2009 / 10)
  4. 4. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 4 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Produktpalette Grünland Bodenbearbeitung
  5. 5. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 5 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Simulation bei Pöttinger • Mitarbeiter – 4 „hauptberufliche“ BerechnungsingenieurInnen – 10 Konstrukteure mit Berechnungstätigkeit • „Teiledurchsatz“ – Wirtschaftsjahr 2009/10: >1200 • Methoden: – Gesamte Simulationskette von der Lastdatenermittlung bis zur Optimierung ist vorhanden Ermittlung der Lastdaten Mehrkörper- Simulation, Tragwerke Finite-Elemente Berechnung Lebensdauer- Simulation Optimierung Entwicklungsprozess
  6. 6. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 6 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung TIZ (Technologie- und Innovationszentrum) • TIZ: Kompetenzzentrum für mechanische Prüfungen – Wird zu 70% von Pöttinger ausgelastet – 30% externe Prüfungen – Für Simulation optimale Validierungsmöglichkeit aufgrund unterschiedlicher Prüfmöglichkeiten MAST Bauteile- Prüffeld 4-Poster Antriebstests
  7. 7. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 7 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung KontaktmodellierungKontaktmodellierung
  8. 8. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 8 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Kontakte • Zweck von Kontakten in der MKS-Modellierung – „Zusammenbau“ von mehreren Einzelteilen zu einem modal reduziertem Körper – Durch Kontakte vereinfachte Vernetzung mit besserer Mesh- Qualität (Hex-Netze) • Kontaktformulierungen in ANSYS – Penalty-Methode  Schnellste Methode  Alle Löser sind anwendbar   Standardkontakt in Workbench – Lagrange – Augmented Lagrange – MPC  Alle Löser sind anwendbar  Keine Kontaktsteifigkeit nötig  Für die meisten Anwendungen der optimale Kontakt  ABER: Wird derzeit im MKS-Programm RecurDyn nicht unterstützt
  9. 9. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 9 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Probleme bei der Modalanalyse von Baugruppen mit Spalten • Die Geometrie besteht aus zwei Körpern, die einen Spalt aufweisen.
  10. 10. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 10 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Probleme mit Spalten (II) • Bei einer Modalanalyse ohne Randbedingungen sollen die erste sechs Eigenfrequenzen Null sein (Starrkörper- bewegungen). • Mit den Default-Einstellungen für Kontakte ergeben sich aber für die ersten sechs Moden falsche Ergebnisse.
  11. 11. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 11 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Probleme mit Spalten (III) • Durch das „Zusammenziehen“ des Kontaktes kann dieses Problem gelöst werden.
  12. 12. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 12 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung ohne Makro mit Makro Probleme mit Spalten (IV) • Durch „cncheck,adjust“ werden die Knoten der Kontaktelemente auf die Zielfläche verschoben. Die Auswirkung kann mit dem „Contact Tool“ unter „Connections“ geprüft werden.
  13. 13. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 13 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Probleme mit Spalten (V) • Das Ergebnis kann auch in einem Element Plot ausgewertet werden, welches mit dem Makro unter „Solution“ ausgegeben wird.
  14. 14. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 14 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Probleme mit Spalten (VI) • Die Ergebnisse aus der Modalanalyse nach dem Adjustment sind dann richtig. • Ein korrektes Ergebnis liefern auch MPC-Kontakte. Ergebnisse mit Pure Penalty und cncheck,adjust Ergebnisse mit MPC
  15. 15. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 15 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung VorgehensweiseVorgehensweise bei der MKSbei der MKS--ModellierungModellierung
  16. 16. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 16 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Vorgehensweise bei der MKS-Modellierung • Zusammenspielen Baugruppen • FE-gerechte Aufbereitung • Kontakt-Erstellung • Vernetzung • Definition Interface- Nodes • Export CDB • Skriptbasierte Generierung der modalreduzierten Körper • In ANSYS 10.0 nötig!! • Austausch der starren durch flexible Körper
  17. 17. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 17 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung CAD-Modell (I) kontaktbasierte Modellierung 1-Körper-Modell (kontaktlos)
  18. 18. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 18 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung FE – Basismodell (I) kontaktbasierte Modellierung 1-Körper-Modell (kontaktlos) Kontakt-Erstellung
  19. 19. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 19 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung FE – Basismodell (II) kontaktbasierte Modellierung 1-Körper-Modell (kontaktlos) Vernetzung
  20. 20. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 20 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung FE – Basismodell (III) Definition Interface- Nodes
  21. 21. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 21 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung MKS-Modellaufbau Skriptbasierte Modalreduktion Modellaufbau
  22. 22. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 22 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung AnwendungsbeispieleAnwendungsbeispiele
  23. 23. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 23 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Anwendungsbeispiel: Heckmäher • Belastungsermittlung beim Wechsel von Arbeit- in Transportposition
  24. 24. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 24 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Anwendungsbeispiel: Heckmäher kontaktbasierte Modellierung 1-Körper-Modell (kontaktlos)
  25. 25. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 25 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Ergebnis Modalreduktion: Anbaubock „Eigenfrequenzen“ Pure Penalty MPC Vereinigt In RecurDyn nicht unterstützt
  26. 26. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 26 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Anwendungsbeispiel: Heckmäher am MAST
  27. 27. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 27 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Anwendungsbeispiel: 4-Kreisel Schwader
  28. 28. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 28 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Anwendungsbeispiel: 4-Kreisel Schwader kontaktbasierte Modellierung 1-Körper-Modell (kontaktlos)
  29. 29. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 29 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Anwendungsbeispiel: Scheibenegge am 4-Poster
  30. 30. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 30 INHALT • Vorstellung Fa. Pöttinger • Kontaktmodellierung • Vorgehensweise MKS-Simulation • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung Zusammenfassung • Mit Hilfe der Kontaktmodellierung kann die Modellkomplexität erheblich gemindert werden – Genauere Ergebnisse aufgrund der HEX-Modellierung – Höhere Performance beim Postprocessing im MKS-Programm  Kleinere rfi-Files (flexible Körper in der MKS)  Weniger Elemente für die Darstellung – Weniger Vernetzungsprobleme • Bei der Pure Penalty Formulierung ergeben sich für die Starrkörperfrequenzen Werte ≠ 0, wenn Spalte bzw. Durchdringungen zwischen den Kontaktflächen gegeben sind – Abhilfe mittels MPC-Kontakt bzw. Kontaktelemente auf Zielfläche verschieben
  31. 31. Kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen gerne! CADFEM (Austria) GmbH Wagenseilgasse 14 1120 Wien Tel. +43 (0)1 587 70 73 – 0 E-Mail. info@cadfem.at Web. http://www.cadfem.at Immer aktuell informiert – CADFEM Blog, Xing und Youtube-Channel CADFEM Blog - Umfassend informiert • News zur FEM-Simulation - What‘s hot? What‘s new? • Video-Tutorials - ANSYS, LS DYNA & mehr • Hinter den Kulissen: CADFEM intern CADFEM Youtube Channel - Tips & Trick • Video Tutorials - ANSYS Software und CADFEM Applications CADFEM auf Xing - News kompakt • Vorschau auf Events & Seminare • Neue CADFEM Produkte • CADFEM Jobbörse Fragen? Interesse?

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