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Einführung in nichtlineare strukturmechanische Berechnungen mit ANSYS Mechanical

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​Basiswissen rund um mechanische Nichtlinearitäten mit Einblicken in nichtlineare Kontakte, große Verformungen, nichtlineares Materialverhalten und Best Practice Tipps zu bewährten Diagnosemethoden bzw. zur Konvergenzsteuerung

​Verschiedene Aspekte wie bessere Materialausnutzung, leichtere Konstruktionen und besonders die Funktion eines Bauteils können die Berücksichtigung nichtlinearer Zusammenhänge erforderlich machen. Dabei werden nichtlineares Materialverhalten, große Verformungen und Kontakt unterschieden. ANSYS Mechanical bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten, etwa für das Werkstoffverhalten von Metallen, Kunststoffen und Elastomeren, für große Drehungen, Dehnungen und Stabilität sowie für sich berührende und wieder trennende Bereiche und Relativbewegungen mit und ohne Reibung.
Hinzu kommt, dass die Lösung nichtlinearer Gleichungen iterativ erfolgt und zur Konvergenz gebracht werden muss. Hier bietet ANSYS Mechanical Konvergenzüberwachung, Konvergenzhilfen und Problemanalysemöglichkeiten.
Nichtlinearitäten, wie beispielsweise Kontakte, große Verformungen und/oder materielle Nichtlinearitäten, spielen bei realen Strukturen vielfach eine entscheidende Rolle und können über die Benutzeroberfläche von ANSYS Mechancial auch sehr einfach aktiviert werden. Die Vielzahl möglicher Einstellungen, die für eine erfolgreiche Aufgabenbewältigung vorteilhaft sein können, sowie die mechanischen Hintergründe lassen das Thema jedoch zunächst oft recht komplex erscheinen. Im Rahmen dieses Seminar vermitteln wir Ihnen sowohl die notwendigen theoretischen Grundlagen für einen sicheren Einstieg in diese Thematik als auch bewährte Vorgehensweisen zur Fehlersuche und Verbesserung des Konvergenzverhaltens.

ZIELGRUPPE

​Dieses Seminar richtet sich an Berechner, die Kenntnisse und erste Erfahrungen mit ANSYS Mechanical für lineare strukturmechanische Aufgaben haben und sich nun Nichtlinearitäten zuwenden. Wegen der dargebotenen Übersicht stellt dieser Brückenkurs das Bindeglied zu den zahlreichen vertiefenden CADFEM Spezialkursen rund um die Nichtlinearitäten dar und wird auch Projektleitern und Entscheidern helfen, Ihre Erwartungen zu justieren.

IHR NUTZEN

​In diesem Seminar vermitteln wir die nötigen Grundlagen für die Durchführung und das Verständnis nichtlinearer Berechnungen, so dass diese zuverlässig bewältigt werden können. Das praktische Handwerkszeug zur Durchführung nichtlinearer Berechnungen mit ANSYS Mechanical, die Definition des Problems, die Beschreibung des Materialverhaltens und der Randbedingungen sowie der zentrale Aspekt der Steuerung und Konvergenzerzielung stehen im Mittelpunkt und werden mit praktischen Beispielen untermauert.

Agenda

Tag 1

Einführung in geometrische Nichtlinearitäten

M1: Basiswissen nichtlineare Analysen mit ANSYS Mechanical

  • Grundlegende Analyseeinstellungen
  • Newton-Raphson-Verfahren
  • Zeitschritte und ihre Steuerung
  • Konvergenzprüfung und -hilfen
  • Nutzung der Restart Optionen
  • Stabilisierung
  • Nichtlineare Diagnose
  • Workshop zur Anwendung des Restarts

M2: Große Verformungen

  • Geometrische Nichtlinearitäten (große Drehungen und Dehnungen)
  • Verformungsabhängige Lasten
  • Demonstrator zu verformungsabhängigen Lasten (Lastrichtung/Lastfläche)
  • Richtung von Spannungen und Dehnungen
  • Einführung in Stabilitätprobleme
  • Eigenwertbeulen linearer Strukturen
  • Geometrisch nichtlineare Analysen perfekter/imperfekter Strukturen
  • Workshop zur Traglastermittlung einer Bogenstruktur

M3: Einführung in die Kontaktberechnung – Teil 1

  • Was bedeuted Kontakt ?
  • Ablauf einer Kontaktrechnung
  • Kontaktalgorithmen (Einführung)
  • Kontakterstellung (automatische bzw. manuelle Erstellung)
  • Demonstrator zur Kontakterstellung
  • Workshop zur effizienten Erstellung der Kontakte einer Ringflanschverbindung

M4: Einführung in die Kontaktberechnung – Teil 2

  • Zur Auswahl der Kontakt und Zielseite
  • Kontaktoptionen (z. B. Verhalten, Detektionsmethode, Kontaktsteifigkeit)
  • Kontaktcheck im Preprocessing
  • Kontakt Tracker (Beobachten des Kontaktverhaltens während der Lösung)
  • Auswertung von Kontaktergebnissen
  • Workshop zur Kontaktanalyse einer Ringflanschverbindung

Tag 2

Einführung in nichtlineares Materialverhalten

M5: Plastisches Materialverhalten

  • Einführung in die Plastizitätstheorie (Fließbedingung und -regel)
  • Verfestigungsmodelle (isotrop & kinematisch)
  • Materialdefinition (wahre Spannung und Dehnungen)
  • Plastische Materialdefinition in der Workbench (Engineering Data)
  • Postprocessing materiell nichtlinearer Analysen
  • Demonstrator zur plastischen Biegung eines Rechteckquerschnittes
  • Workshop zur Traglastrechnung einer Laschenverbindung

M6: Langzeitverhalten (Kriechen)

  • Phänomene des Kriechens (Kriechen & Relaxation sowie primäres, sekundäres und tertiäres Kriechen)
  • Zeit- und Dehnungsverfestigung
  • Überblick zu den in ANSYS Mechanical verfügbaren Kriechmodellen
  • Demonstrator zur beispielhaften Bestimmung der Kriechkonstanten
  • Workshop zur Analyse des Vorspannkraftverlustes einer Kunststofffeder

M7: Konvergenzbetrachtungen

  • Ursachen von Nichtkonvergenz
  • Starrkörperverschiebungen
  • Kraftkonvergenz
  • Material & Elementformulierung
  • Workshop: Konvergenzbetrachtungen am Beispiel einer Tellerfeder
  • Workshop: Konvergenzbetrachtungen am Beispiel einer Traglastanalyse (nichtlineares Material, Kontakt und große Verformungen)

M8: Gummiartige Materialien (Einführung)

  • ​Streckungen, Invarianten
  • Grundkonzept der Hyperelastizitätsmodelle
  • Beispiel Neo-Hooke (und Mooney-Rivlin)
  • Standard-Versuche
  • Programmgestützte Parameterbestimmung
  • Response Function
  • Konvergenzprobleme/Vernetzungsaspekte

ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN