Ansys WB (Nonlinear )Контактная задача

[Arteg 73]

 

Господа, всех приветствую!

Вновь обращаюсь к Вам за помощью!

 

Описываемая ниже задача частично является продолжение 2ух моих предыдущих тем. По традиции - длиннопост)

 

Задача: 

Смоделировать статическое испытания каретки.

Нагрузка: 15 кН вертикально вниз.

Пластические деформации допустимы и будут 100%.

 

Составляющие каретки:

1. Корпус. Материал - АД35Т1.

2. Штифт, жестко закрепленный в корпусе. Материал - 08Х18Н10Т (нерж.сталь).

3. Ухо, через которое продет штифт. Ухо может свободно поворачиваться во круг штифта, пока не упрется в корпус каретки спереди или сзади.

4. Ролики каретки (4 цилиндра на корпусе) для упрощения сделаны с корпусом единым телом. В реальности они будут стальные, и будут закрепленный на осях, закрепленных в корпусе. В данной задаче принятое упрощения, считаю, допустимо.   

Геометрия во вложении

 

Материалы:

АД35Т1

 

08Х18Н10Т (AISI 304)

 

 

Контакты:

1. Штифт - корпус

 

 

2. Ухо - корпус

 

 

3. Ухо - штифт

Изначальное касание имеется.

 

Сетка:

 

Нагрузка:

 

Закрепления:

В реальности, каретка скользит по профилю (который в данном расчете не учитывается), по его плоским наклонным поверхностям, и между роликами каретки и профилем будет контакт с трением. 

При испытании/расчете вместе с профилем корпус каретки будет раздвигаться, стремясь с него соскочить, но это я буду моделировать позже.

Сейчас для максимального упрощения задачи, на ролики просто задана Fixed Support. (далее будет ясно почему)

 

Analysis Settings

 

 

ПРОБЛЕМА

При всех описанных выше параметрах расчет разваливается сразу, не сходится даже 1ый шаг. Начинает строится график Force Convergence почти с параллельными друг другу кривыми, потом Bisection (буду благодарен, если поясните что именно это такое? до конца не понял, когда читал), еще немного итераций и все.

 

При этом, если изменить контакт 3. Ухо - штифт с Frictional на Bonded, то расчет замечательно решается. Ухо деформируется весьма близко к реальности, по моему опыту.

Непонятно правда, почему корпус каретки совсем не затронут, но наверное это из-за Fixed Support.

 

При решении задачи вместе с профилем (каретка с трением контактируем с профилем, профиле закреплен), ситуация почти аналогичная..

 

Пожалуйста, помогите разобраться в чем проблема?

Может быть следует сделать дополнительные настройки контактов или задать дополнительные контакты?

 

@karachun @piden @Graf Kim @DrWatson @Orchestra2603 @AlexArt @ДОБРЯК @imt

Очень всех жду)

Assmbly V5.x_t

[karachun 2 038]

@ДОБРЯК Так покажите как надо. Критиковать у нас каждый дурак может.

[ДОБРЯК 602]

21 минуту назад, karachun сказал:

@ДОБРЯК Так покажите как надо. Критиковать у нас каждый дурак может.

@karachun я не критикую. Я только сказал что конструкция несимметричная.

И правильно сделать модель каждый дурак не сможет. Геометрическая модель из трех независимых тел.

Попытки моделирования будут, а результата не будет. Тем более в глубокой) нелинейности.

Изменено 30 января 2021 пользователем ДОБРЯК

[ak762 307]

@Jesse а почему реакция по Х такая большая если тянем по У только?

 

 

 

21 hours ago, Jesse said:

 

[DrWatson 128]

Наконец смог вдумчиво разобраться с этим проектом, вчера на работе был небольшой завал.

@Arteg, очень хорошо, что первым ее успел покрутить @piden, и уже дал советы как двигаться к результатам.

Модель брал симметричную. У тебя кста нагрузка в ней 15 кН, если делаешь симметрию, силу дели на два. 

Модель считал с пластичными материалами, и с сеткой без мидсайдов. В моем случае это оправдано для экономии времени, но если бы я сдавал проект заказчику, считал бы только с мидсайдами. Если идет учет пластики, это не I want, это I must.

1. Первое. 15 кН для страховочной системы не овер ли консервативно? Откуда аж такая сила?

2. Этот узел разрабатывается с нуля? Или какие-то компоненты уже готовые? Кольцо это сертифицированное изделие или разрабатывается с нуля?

3. Неважно какое время ты прописываешь в конце лоад степа, 1с или 120 с. Главное на сколько подшагов делишь лоадкейс.

4. Нелинейные контакты это хорошо и круто, но частенько возникает проблема стабилизации усилий, для этого и вводится первый подшаг с небольшой силой. Впрочем @piden это уже и продемонстрировал. В моем случае была проблема сильного проникновения в контактной паре "кольцо-штифт", пришлось ставить симметричное взаимодействие. В целом это не всегда желательно. Все 3 контакта привел в изначально "контактное" состояние (опция "adjust to touch")

5. Силу разделил на 2 подшага - 10 Н и 7500 Н. Это нужно чтобы конструкция сработала как механизм и крюк встал в нужное положение. На первом подшаге для стабилизации ввел ограничение перемещения крюка по оси Z (продольная). Для стабилизации модели ввел небольшое демпфирование в контактах и в системе (которая снижалась в конце каждого подшага). Также ввел слабые пружины. Вместо настроек по дефолту дал им значение жесткости 10Н/мм. В моем случае это норм, в твоем нужно посчитать и оценить насколько будет влиять их жесткость. У меня кстати максимальная реакция из все пружинок равно примерно 120 Н по оси Y (напримление силы)

6. Как собираешься оценивать результаты? Я просмотрел пластические деформации в каждом компоненте в моей модели они мне показались высокими. Желательно сравнивать со стандартами конечно, но из тех, с которыми я работал, предельные значения пластических деформаций намного ниже возникающих. На корпус не смотрел, там грубая сетка из тетр.

Кстати, у меня происходит резкий скачок деформаций когда сила равна ~ 0,8 от максимального значения (0,8*7500 = 6000 Н). Это видно и по резкому изменению формы на гифке. Ну имей в виду в общем. Масштаб там немного увеличен для наглядности.

Я бы на такой крюк 15 кН не вешал. 

 

Что нужно сделать чтобы получить адекватный результат (по моему мнению):

1. Самое главное, решить вопрос с величиной прикладываемой силы. Не многовато ли 15 кН? Европейские нормы, с которыми работал (и общего назначения, и внутренние стандарты заказчиков) дают меньшую нагрузку. Ну в общем решайте.

2. Сделай сетку с мидсайдами. Замешь корпус качественно, не менее 3 регулярных элементов по толщине. В зоне контакта штифта и корпуса и штифта с кольцом сетка нужна мелкая, я гарантирую это. 

3. Выбрать критерии, по которым будешь оценивать прочность.

4. Послушать совет @piden и считать отдельно компоненты.

5. Иногда подшаг сходится за количество итераций более, чем 26 (логика программы). Если есть тренд на схождение, но 26 итераций мало, пропиши команду Neqit,N. где N - целое количество, ну может 50. Это если у тебя такое возникает.

 

В целом если еще предоставишь результаты испытаний, будет вообще круто.

Учти, расчет в такой постановке весьма и весьма непрост. Учет материалов с пластикой вносит свои приколы.

 

 

[Arteg 73]

 

Не смотря на то, что задача еще в процессе решения, я хочу поблагодарить всех участников за такой основательный и вдумчивый подход. Это огромная ценность для меня, спасибо всем!

 

 

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

У тебя кста нагрузка в ней 15 кН, если делаешь симметрию, силу дели на два. 

Да, когда симметрично пробовал решать, как @piden советовал, нагрузку делил, а в самой теме задача без симметрии решалась.

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

считал бы только с мидсайдами. Если идет учет пластики, это не I want, это I must.

Я так и не нашел где/как это включается в WB. Подскажет может быть кто-то?

 

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

1. Первое. 15 кН для страховочной системы не овер ли консервативно? Откуда аж такая сила?

Эта сила определена ГОСТом на статическое испытание страховочной системы (или ее частей) для прохождения сертификации. В реальной эксплуатации, конечно, таких нагрузок возникать не будет.

Условие по прочности тоже самое, что было с профилем и кронштейнами - выдержать данную нагрузку без разрушения.

Прохождения этого испытания предполагает, что для усилий, возникающих при реальной эксплуатации, запас прочности будет достаточен.

 

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

2. Этот узел разрабатывается с нуля? Или какие-то компоненты уже готовые? Кольцо это сертифицированное изделие или разрабатывается с нуля?

 Разработка с нуля. Штифт является стандартным изделием, остальное с нуля.

Есть ограничения по габаритам + есть схожие изделия, который были взяты за основу. Например тоже самое ухо из нержи толщиной 8 мм (хоть и немного другой геометрии) гарантированно выдерживает 15 кН. Проверено многократно.

 

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

Неважно какое время ты прописываешь в конце лоад степа, 1с или 120 с. Главное на сколько подшагов делишь лоадкейс.

Да, это я уже понял) Задаю 100 или 120 сек, т.к. просто воспринимать так проще.

 

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

. Силу разделил на 2 подшага - 10 Н и 7500 Н. Это нужно чтобы конструкция сработала как механизм и крюк встал в нужное положение. На первом подшаге для стабилизации ввел ограничение перемещения крюка по оси Z (продольная

Несколько шагов в расчете еще не задавал. Буду пробовать)

Если есть какие-то рекомендации или туториалы, как это делается, буду признателен!

 

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

Как собираешься оценивать результаты? Я просмотрел пластические деформации в каждом компоненте в моей модели они мне показались высокими. Желательно сравнивать со стандартами конечно, но из тех, с которыми я работал, предельные значения пластических деформаций намного ниже возникающих. На корпус не смотрел, там грубая сетка из тетр.

Исходя из моего пояснения откуда взялось 15 кН и что именно моделирует данный расчет, результаты оценивать буду очень просто:

1. Напряжения в любой точки конструкции меньше предела прочности материала той или иной детали.

2. Корпус каретки деформировался (раздвинулся) недостаточно сильно, чтобы соскочить с профиля.

Максимального значения пластических деформаций тут нет.

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

Это видно и по резкому изменению формы на гифке

Гифки нет(((

 

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

Я бы на такой крюк 15 кН не вешал. 

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

. Самое главное, решить вопрос с величиной прикладываемой силы. Не многовато ли 15 кН? Европейские нормы, с которыми работал (и общего назначения, и внутренние стандарты заказчиков) дают меньшую нагрузку. Ну в общем решайте.

Ну это выше уже пояснил)

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

Сделай сетку с мидсайдами

Еще раз прошу подсказать, как это сделать.

 

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

В зоне контакта штифта и корпуса и штифта с кольцом сетка нужна мелкая, я гарантирую это. 

Face Sizing тут пойдет? Или есть какие-то более уместные инструменты?

 

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

4. Послушать совет @piden и считать отдельно компоненты.

Да, это просчитать не проблема. НО один из случаев нагружения системы, когда каретка находится на горизонтальном профиле закрепленном на стене (в той задаче, что решается в этой теме профиль закреплен на потолке), и нагрузку прикладывается перпендикулярно плоскости уха. Профиль в этом случае будет нагружаться сложно, и на изгиб и на кручение, при этом каретка будет на нем как-то перекашиваться. 

Я не представляю, как этот случай нагружения можно реализовать для отдельных деталей.

Поэтому и хочу считать все вместе сразу уже сейчас, чтобы разобраться как задавать контакты и прочее на более простой задаче.

 

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

пропиши команду Neqit,

Я в программировании совсем плохо. Так что в APDL даже не лезу

 

12 часов назад, DrWatson сказал:

В целом если еще предоставишь результаты испытаний, будет вообще круто

Испытания будут еще не скоро) Повторюсь, проектирую с нуля, в металле этого еще нет)

[DrWatson 128]

19 минут назад, Arteg сказал:

Гифки нет(((

Да блин! Хрень какая-то! Добавлю еще раз. На остальное отвечу чуть позже.

 

[Arteg 73]

55 минут назад, DrWatson сказал:

Добавлю еще раз.

Оно все равно не работает(

 

UPD 

А нет, запустилось как то

Изменено 31 января 2021 пользователем Arteg

[Jesse 958]

30.01.2021 в 00:11, karachun сказал:

Это для полной модели или для половины?

точняк!) я и за был...
В том расчёте нагрузка была задана перемещением, соотв-но можно сказать что досчиталось до нужных 15000/2=7500Н. Эпюра напр-й для этого шага:

Жёсткость пружинок было 100Н*м, соот-но 2,5мм*100*2=1000Н на обе пружинки. Макс- перемещения вбок составили при этом 3,6мм.

Пересчитал методом продолжения по наилучшему параметру длины дуги (Рикс), кот-й помимо получения закритического решения для задач потери устойчивости неплохо так себя показывает в плане стабилизации, когда ГУ не хватает и т.д.
Но и то с горем пополам получилось досчитать с пружинками жёсткостью 15Н*мм (прикладывал уже силу), как раз расчёт остановился чуть выше чем 7500Н.
Распределение напрягов похожее, но макс напр больше, и в штифте они отличаются.. Но разница по перемеoениям вбок по оси Z в 2 раза!

Причём на пружинки пришлось всего 170Н, что чуть менее 2% от общей нагрузки. Более правдоподобно

17 часов назад, ak762 сказал:

а почему реакция по Х такая большая если тянем по У только?

а, да кстати: в первой вариации расчёта там пластики не было или почти не было, поэтому только под влиянием Пуассона в преледах упругости и то что там ГУ симметрия наложена получилась небольшая реакция. А здесь, уже пластика сказалась, перемещения быстро растут в том числе и по нормали к плоскости симметрии (ну и уже как бы коэф-т пуассона не 0,3, а а 0,5. Как несжимаемый)

Изменено 31 января 2021 пользователем Jesse

[Arteg 73]

2 минуты назад, Jesse сказал:

Жёсткость пружинок было 100Н*м

Как это вводится?

Это же не просто галочка Weak Springs

[Jesse 958]

5 минут назад, Arteg сказал:

Как это вводится?

Это же не просто галочка Weak Springs

не. Weak Spring - это в каждый узел модели вводится автоматически по всем степеням свободы. В SW она не контролируемая, а Ансисе не знаю..)
Вам нужен именно сосредоточенный демпфер. Вот @piden ж делал.
Вообще, тут всё это не надо: @karachunж заметил, что можно ухо тупо провернуть и спокойной считать. Но у меня было посчитано ещё в пятницу, и мне лень было менять геометрию и по новой считать..) Но в чём суть - никаких тренжиентов, Риксов и стабов не надо: всё должно так посчитаться спокойно.

Изменено 31 января 2021 пользователем Jesse

[Arteg 73]

@Jesse Понял, спасибо!

 

Блин я только сейчас заметил, что вы в SW считали) Не думал, что он такое тянет..

[Jesse 958]

4 минуты назад, Arteg сказал:

@Jesse Понял, спасибо!

 

Блин я только сейчас заметил, что вы в SW считали) Не думал, что он такое тянет..

да в этой задаче ничего такого прям нет, что SW не потянул) Обычный контакт, обычные железки. Вот если б были огромные перемещения, скажем, провернуть ухо (без корпуса) с контактом и с пластиком вокруг своей оси 5 раз - тогда б да, SW вряд ли такое потянул.. 
Ну или если б была огромная зона контакта/куча контактов. Такое, наверно, лучше даже не в Ансисе, а в Абакусе было б решать. ..

Изменено 31 января 2021 пользователем Jesse

[Arteg 73]

1 минуту назад, Jesse сказал:

не в Ансисе, а в Абакусе

Абакус мощнее Ансиса? Или просто специализируется на таких штуках больше?

[Jesse 958]

15 часов назад, DrWatson сказал:

Модель считал с пластичными материалами, и с сеткой без мидсайдов. В моем случае это оправдано для экономии

а вы, батенька, хитрец.. с линейными КЭ и сходимость то лучше, как правило..)) А результаты хуже

9 минут назад, Arteg сказал:

Абакус мощнее Ансиса? Или просто специализируется на таких штуках больше?

ну как говорят в плане решения контактов Абакус самый крутой

Изменено 31 января 2021 пользователем Jesse

[Jesse 958]

@Arteg ещё заметил интересную вещь, что с относительно большой жёсткостью стабилизирующих пружин ухо сначала идёт вниз, а затем проворачивается; а с малой жёсткостью - сначала в основном проворачивается, а потом идёт вниз.. Жаль гифку выложить не получаетсся.

[AlexArt 277]

@Arteg , простенькая задачка для инженера по расчетам. И капец какая сложная для новичка.

Не было времени и нет (как обычно) что-либо писать по существу. В принципе тут уже все и так сказано. Единственное замечу, если это не было отмечено, что тут бы билинейку использовать - как бы худший вариант. Ибо расчет одно дело, а практика другое... Сомневаюсь, что в случае "конфликтной" ситуации, примут в расчет ваш случай мультилинейки. У вас же нет нормативного документа по расчетам. Значит берите грубый вариант, да материал похуже, да запасы накатите... В общем аккуратность и осторожность нужна.

@Jesse , ваш солид с вашими тетрагональными элементами - это вырви глаз. Это так, полушутка...

[Jesse 958]

1 час назад, AlexArt сказал:

ваш солид с вашими тетрагональными элементами - это вырви глаз.

не мой солид и не мои тетрагональные элементыРазница то между тетрами и гексами какая? С гексами чуть поэкономнее, и порегулярней (регулярность в этой задаче не нужна). А так результаты должны быть те же самые,  точность имеется в виду (вон, у нас с Уотсоном картинки напрягов похожие).
Сложную ж геометрию гексами не сделать. У того же Уотсона он тетрагональный..))

 

1 час назад, AlexArt сказал:

Это так, полушутка...

с вопросами о низкосортном юморе это к @pidenу

[Jesse 958]

2 часа назад, Jesse сказал:

он

= корпус)

[DrWatson 128]

4 часа назад, AlexArt сказал:

простенькая задачка для инженера по расчетам. И капец какая сложная для новичка.

Если думаешь что простенькая, попробуй решить. Совсем не простенькая.

6 часов назад, Jesse сказал:

а вы, батенька, хитрец.. с линейными КЭ и сходимость то лучше, как правило..)) А результаты хуже

Ты же видел сетку на штифте и кольце. Очень мелкая структурированная гекса. При одной и той же сетке с мидсайдами размерность может возрасти тысяч до 150 нодов. Это будет гораздо дольше. Результаты драматически не изменится.

 

6 часов назад, Jesse сказал:

не. Weak Spring - это в каждый узел модели вводится автоматически по всем степеням свободы. В SW она не контролируемая, а Ансисе не знаю..)

Контролируемая. В СВ тоже наверняка меняется, просто нет готового окошка в софте. 

 

@Jesse, а какой у тебя контакт между штифтом и кольцом? У меня нелинейный с раскрытием и трением. Вся сложность как раз в нем. Покажешь распределение напряжения в нем или хотя бы статус элементов в контактной паре? Свой статус элементов скидываю гифкой.

[AlexArt 277]

16 минут назад, DrWatson сказал:

Если думаешь что простенькая, попробуй решить. Совсем не простенькая.

Скажем так. Не каждый "инженер", занимающийся расчетами, является инженером по расчетам. Некоторые и в глаза нелинейные контакты не видели.

Контакты за 10 лет ой как упростились в стабильности, не то что раньше...

Свое "мастерство" не собираюсь показывать, так как делать расчеты это так себе достижение, на мой взгляд. Это ремесло. А вот найти элегантное решение - это мастерство.

В этой задаче не вижу челенджа для себя. Если были бы какие вопросы подсказал. Но тут и так все расписали.