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Kontaktmodellierung mit ANSYS Mechanical

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​Kontaktberechnungen, also die Berechnung der Interaktion mehrerer Bauteilkomponenten einer Baugruppe, gehören bei den heutigen Simulationsaufgaben zum Tagesgeschäft. Der Kontakt in ANSYS Mechanical ist ein mächtiges Werkzeug und zudem die am häufigsten auftretende Nichtlinearität bei strukturmechanischen Simulationen. Die Vielzahl der möglichen Einstellungen eines Kontaktbereiches in ANSYS Mechanical verbunden mit dem Ziel, ein bestimmtes mechanisches Verhalten der Kontaktzone sowie eine konvergente Lösung und gute Ergebnisqualität zu erhalten, lassen das Thema der Kontaktmodellierung häufig komplex erscheinen. Programm-Voreinstellungen sorgen in vielen Fällen bereits für ein robustes Lösungsverhalten. Spätestens jedoch, wenn es um die Bewertung der Ergebnisqualität in Kontaktbereichen geht, wird sich der Berechner folgende Fragen stellen: Wie wird das globale Steifigkeitsverhalten der Konstruktion durch den Kontakt beeinflusst? Wie präzise ist der ermittelte Kontaktdruck und welche Rolle spielt dabei die Durchdringung bzw. die Kontaktsteifigkeit? War der gewählte Kontaktalgorithmus für die vorliegende Aufgabenstellung überhaupt der geeignetste oder gelingt es mit alternativen Formulierungen für die konkrete Aufgabe eine bessere Performance bzw. Genauigkeit zu erreichen?

ZIELGRUPPE

​Sie führen strukturmechanische Simulationen für Baugruppen durch und greifen dabei auf die vielfältigen Möglichkeiten des ANSYS Mechanical  Kontakts zurück? In diesem Seminar wird jeder mit Kontakt befasste Berechner wertvolle Informationen mitnehmen und notwendige Fertigkeiten rund um das Thema Kontakt erlernen. Egal, ob Sie Berechnungsingenieur oder Konstrukteur sind oder als Absolvent vor dem Berufseinstieg stehen – wir sprechen mit diesem Seminar alle Anwender an, die Kontaktberechnungen effizient, numerisch robust und mit dem Ziel hoher Ergebnisqualität durchführen möchten.

IHR NUTZEN

Nach dem Seminar

  • ​nehmen Sie umfassendes Wissen zur Berechnung von Baugruppen unter Berücksichtigung linearer und nicht-linearer Kontakte mit
  • verstehen Sie die wesentlichen Zusammenhänge
  • können Sie Lösungsverhalten und Ergebnisqualität kritisch bewerten und bei Bedarf z. B. durch Übersteuerung der Standardeinstellungen angemessen reagieren
  • sind Sie in der Lage, die Möglichkeiten von ANSYS Mechanical auszuschöpfen, um Kontaktberechnungen sicher zu bewältigen

Agenda

Tag 1

M1: Einführung in die Kontaktberechnung

  • ​Schematischer Ablauf einer Kontaktberechnung
  • Erläuterung der prinzipiellen Vorgehensweise
  • Klärung der wichtigsten Begriffe
  • Typische Analyseeinstellungen
  • Dateimanagement von ANSYS
  • Übung: Arbeitsablauf anhand der Hertzschen Pressung

M2: Geschicktes Arbeiten mit der automatisierten Kontaktgenerierung in ANSYS Mechanical

  • ​Definition und Eigenschaften von Verbindungsgruppen
  • Automatische Such- und Gruppierungsfunktionen zur effektiven Einstellung von Kontakteigenschaften
  • Steuerung der Kontaktsuche mittels Toleranzwert
  • Kontaktdefinition zwischen Volumenkörpern
  • Besonderheiten bei der Kontaktdefinition zwischen Flächenkörpern (Schalen)
  • Übung: Rohrflanschverbindung mit unterschiedlichen Elementtypen (Balken, Schalen, Volumen)

M3: Wo findet der Kontakt statt?

  • ​Definition und Zuweisung von Kontakt- und Zielseite
  • Symmetrischer vs. asymmetrischer Kontakt
  • Elementtechnologien für die Kontaktberechnung
  • Elementattribute, Realkonstanten und Keyoptionen
  • Aufgabenverteilung zwischen Kontakt- und Zielelementen
  • Trimmen von Kontaktbereichen
  • Übung: Auswahl der „richtigen“ Kontaktseite

M4: Kontaktarten in ANSYS – theoretische Hintergründe und Eigenschaften

  • ​Verstehen der Kontaktalgorithmen
  • Herleitung des Penalty-Algorithmus
  • Definition des Lagrange Ansatzes
  • Augmented Lagrange Methode
  • Einstellungen der Kontakttypen in ANSYS: Verbund, Keine Trennung, Rau, Reibungsfrei, Reibungsbehaftet
  • Erweiterte Einstellungsmöglichkeiten mittels Befehlsobjekt

Tag 2

M5: Workshop: Belastung einer Nietverbindung

  • ​Nietverbindung: 2 Bleche durch Niet verbunden
  • Material: nichtlinearer Baustahl
  • Last: weggesteuerte Scherung des Niets
  • Ziele:
    • Selbständiger Modellaufbau
    • Definition von Randbedingungen und Lasten
    • Kontaktdefinition gemäß Leitfaden
    • Auswertung der Kontaktergebnisse
    • Auswertung von Spannungen und Dehnungen im Niet

M6: Umgang mit Kontakten als nichtlineare Randbedingung

  • ​Belastungsarten: Kraft- vs. Wegsteuerung
  • Starrkörperbewegungen – Ursachen und Vermeidung
  • Der Suchbereich von Kontaktelementen
  • Bedeutung des Pinball-Bereiches für die Konvergenz
  • Softwarevoreinstellungen
  • Hinweise zum Umgang mit dem Pinball-Bereich
  • Übung: Tiefziehen mit nichtlinearem Kontakt

M7: Kontaktergebnisse – Ort und Qualität

  • ​Detektionsmethoden: Gauß-Punkt- vs. Knotendetektion
  • Übung 1: Abrollen einer Walze an einem Blech
  • Übung 2: Berechnung eines Lagerbocks
  • Kontaktergebnisse: Status, Durchdringung, Reaktionskraft
  • Einfluss der Kontaktsteifigkeit auf Durchdringungen
  • Kontaktdruck bei asymmetrischen und symmetrischen Kontakten
  • Auswirkung der Detektionsmethoden auf den Kontaktdruck

M8: Wie steuere ich Konvergenz und Genauigkeit einer Kontaktberechnung?

  • ​Konvergenz vs. Genauigkeit
  • Programmgesteuerte Kontaktsteifigkeiten
  • Einfluss der Vernetzung auf die Kontaktsteifigkeit
  • Tipps zum Umgang mit Kontaktsteifigkeitseinstellungen
  • Softwareseitiges Aktualisieren der Kontaktsteifigkeit
  • Übung: Dreipunktbiegeversuch

Tag 3

M9: Workshop: Umschiffen von Klippen bei der Kontaktanalyse

  • ​Blechbaugruppe mit nichtlinearem Kontakt
  • Material: Baustahl
  • Last: Druckbelastung eines Bleches
  • Ziele:
    • Selbständiger Modellaufbau
    • Definition von Randbedingungen und Lasten
    • Kontaktdefinition gemäß Leitfaden
    • Auswertung der Kontaktergebnisse
    • Finden, verstehen und umschiffen der „Klippen“

M10: Verbundkontakt und Gelenke - Netzunabhängiges Verbinden von Bauteilen

  • ​Bauteile und Baugruppen in ANSYS
  • Beurteilung von Verbindungsstellen mit Hilfe der Modalanalyse
  • Verbinden von Bauteilen mit Abständen
  • Verbinden von Flächenkörpern
  • Verbinden von Körpern mit unterschiedlichen Freiheitsgraden
  • Vernetzungseinfluss
  • MPC-Hintergrundinformationen
  • Überbestimmtheit
  • Gelenkdefinition und Hintergrundwissen
  • Viele Übungen zum sicheren Umgang 

M11: Umgang mit Abständen und Durchdringungen

  • ​Anfangsspalte & imperfekte Geometrie
  • Betrachtung der Kontaktfläche unter dem Mikroskop
  • Verschieben von Kontaktpunkten
  • Presspassungen durch Kontaktoffset
  • Presspassungen mittels geometrischem Übermaß
  • Konvergenzverbesserungen durch Vermeidung von Starrkörperbewegungen
  • Übung: Kraft-Wegsteuerung zur Überbrückung von großen Abständen

M12: Tipps und Tricks für die tägliche Arbeit mit Kontakten

  • ​Berechnung einer komplexen Flanschverbindung
  • Umgang mit Konvergenzproblemen
  • Dummy-Kontakte zur Stabilisierung
  • Kontaktdämpfung
  • Tipps zur Fehlerbehandlung
  • Zusammenfassung der wichtigsten Einstellungen

ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN