Моделирование вибропоглощения с помощью полимерного слоя в LS-DYNA

[Goodcar 1]

Добрый день, уважаемые! Требуется помощь знающих людей... Я провожу самостоятельное исследование анализа NVH в LS-DYNA и хотел узнать принципиальный момент: "Возможно ли установить частотно-зависимый коэффициент модального демпфирования для двух разных частей (parts) в LS-DYNA, используя  карту DOMAIN SSD или каким-то иным образом"? Задача состоит в том, чтобы провести следующий расчёт: Есть металлическая пластина (имеющая свой частотно-зависимый коэффициент модального демпфирования), на нее нанесен слой полимера (имеющий свой частотно-зависимый коэффициент модального демпфирования). Требуется определить, как изменятся частотно-зависимые характеристики (амплитуда, скорость и т.д.) полученного композита (металл + полимер)? Очень надеюсь на хоть какую-либо помощь. Заранее благодарен. 

Фото с реальным образцом.

https://ibb.co/x53zhmf

[Orchestra2603 224]

On 2/27/2023 at 3:49 PM, Goodcar said:

Возможно ли установить частотно-зависимый коэффициент модального демпфирования для двух разных частей

не могу скзать про LS-Dyna (слишком мало опыта), но скажу чисто с теоретической точки зрения. Модальное демпфирование - это не параметр только материала! Это по сути приведенный параметр который получается для определенной конструкции из определенного материала (или комбинации разных материалаов) для определенной собственной частоты и для определенной формы колебаний. Видите, сколько ту твсего в одном? Скрестить модальное демпфирование полимера (взятое из какой-то другой модели/схемы испытаний, полоченное для другой частоты и другой формы колебаний) и железки (тоже взятой при других условиях) - это весьма не тривиальная задача. Вместе они уже формируют другую третью систему. Нужно сидеть, думать и ковыряться с матрицами, и я очень удивлюсь, если узнаю, что LS-Dyna это умеет "из коробки".

 

Я бы пошел другим путем. Имея на руках данные по испытаниям только полимера, я бы попытался бы подобрать параметры вязкоупругого материала для полимера. Можно взять обощеную модель Максвелла (Prony series) и подобрать подходящие модули и периоды релаксации. Тоже самое проделать и для железки. И тогда уже потом можно рассматривать систему из тел из двух разных вязкоупругих материалов, задать свойства матерала каждому отедльно и  потом ставить задачу о, например, АЧХ композита. 

[soklakov 1 475]

1 час назад, Orchestra2603 сказал:

вязкоупругого материала для полимера

С некоторых пор, вынужден всегда уточнять - речь про параллельное и последовательное соединение вязкого и упругого элемента?

1 час назад, Orchestra2603 сказал:

обощеную модель Максвелла (Prony series)

Оно же неограниченно ползет при постоянной нагрузке. Разве примеры так себя ведут?

*полимеры 

27.02.2023 в 15:49, Goodcar сказал:

Очень надеюсь на хоть какую-либо помощь. Заранее благодарен. 

Демпфированием стали можно пренебречь))

Соррян, за кнопки в ЛСД не подскажу, но комментарии про модальное демпфирование выше поддерживаю)

Хотя технически ваша задача наверняка реализуема. Даже в Mechanical. Зачем lsdyna  кстати? Автомобильная привычка?

[Orchestra2603 224]

22 minutes ago, soklakov said:

С некоторых пор, вынужден всегда уточнять - речь про параллельное и последовательное соединение вязкого и упругого элемента?

Вот такое 

 

24 minutes ago, soklakov said:

Оно же неограниченно ползет при постоянной нагрузке

 

Если E_oo ненулевое, то не поползет ))

 

26 minutes ago, soklakov said:

Зачем lsdyna  кстати?

Рискну предположить, что дальше с таким композитом они планируют какую-то лютую нелинейщину считать)) иначе - вопросы ))

[Goodcar 1]

Спасибо за Ваши советы, коллеги)! Попробую описать поподробнее свою проблему.

Дано:

1) металлическая пластина с известными свойствами (плотность, модуль юнга, Damping/Damping Loss Factor/ коэффициент механических потерь/внутренние потери материала). Для металла Damping не частотно зависимый.

2) полимерные материал (вязко-упругий) с теми же списком известных свойств, но здесь модуль Юнга и Damping частотно зависимые.

3) Полимерный материал я соединяю с металлической пластиной. 

Что хотелось бы получить в теории:

АЧХ сэндвича/композитного материала как в условных единицах, так и с применением реальной известной нагрузки (вибрации).  И в дальнейшем, если это в принципе возможно, используя какое-либо ПО, применить это подход с полимерным слоем и металлом на пространственно сложных 3 Д конструкциях, скажем кожух или крыло машины (если грубо).

Вопросы:

1) Решаема ли моя проблема с полимером и металлом для обычной металлической пластинки? 

2) Если решаема, то как лучше организовать контакт полимера и пластины?

3) Использовать яный или неявный решатель, FEM или BEM.

4) Моя идея использования такого подхода монтажа полимерного материала к металлической конструкции вобще реальна и выполнима или так никто не делает и это в принципе не возможно и нет смысла копать в эту сторону?

Заранее благодарен за комментарии.

*Насчёт использования Дайны, почему она, наверное, привычнее, но теоретически можно попробовать и Альтаир и Ansys и Абакус, но насколько я понимаю смысл примерно один, постановка задачи только будет отличаться.

[Orchestra2603 224]

21 hours ago, Goodcar said:

Для металла Damping не частотно зависимый...

 

21 hours ago, Goodcar said:

... но здесь модуль Юнга и Damping частотно зависимые.

Давайте, чтобы избежать разночтений сразу определимся. Вот, я беру за основу Ansys Theory Reference, чтобы понять, про какой именно параметр идет речь, и как он подставляется в матрицу демпфирования (ссылка: https://www.mm.bme.hu/~gyebro/files/ans_help_v182/ans_thry/thy_tool3.html#thry_harmfullredanal)

 

Damping loss factor - это вот эти g? 

 

21 hours ago, Goodcar said:

полимерные материал (вязко-упругий)

Для вязкоупругого материала частотно-зависимый модуль упругости или демпфирование - это не первичные параметры материала. Это следствие для отдельного случая гармонического нагружения при той или иной частоте. Если вас интересуют случаи нагружения, где нет привязки к частотной области (импульсное нагружние, удар и т.п.), то мне лично вообще неясно, как эти частотно-зависмые данные на прямую использовать.

21 hours ago, Goodcar said:

Что хотелось бы получить в теории:

АЧХ сэндвича/композитного материала

 

Если нужно просто получить АЧХ, то это то несложно.  В Ансис я бы написал цикл, внутри у которого я бы пробегал по частотам, нагружал бы синусом с единичной амплитудой, и для каждой новой частоты обновлял бы loss factor для полимера в соответствие с данными, которые у вас есть. Потом, все этой сшивается в единую функцию частоты, и, вуаля, на выходе получился бы АЧХ для композита. Но! Потом в большой моделе вам и дальше придется плясать с бубном считать это циклами для каждой частоты, сшивать. 

 

И если вам потом захочется это использовать в transient динамике с нелинейностями, то опять тут наши полномочия вообще всё. Для таких случаев, как я и писал выше, надо бы использовать нормальные реологические модели вязкоупругих материалов и не привязываться к каким-то частотно-зависмым параметрам.

 

21 hours ago, Goodcar said:

Решаема ли моя проблема с полимером и металлом для обычной металлической пластинки? 

не понял... можно ли полимер присобачить к пластинке? в смысле вот прям прикрутить, прилепить, приклеить чисто технически? а где там подводные камни? или от вас требуется прототип, вот прям в реальность воплотить ваш композит? Если так.... ну, как-то же, например, легкий корпус подводных лодок же покрывают специальным поглощающим слоем. ))  А с точки зрения моделирования - не вижу вообще чего-либо, чтобы было это невозможно .

21 hours ago, Goodcar said:

Если решаема, то как лучше организовать контакт полимера и пластины?

опять непонятно... в численной модели в софте? или в реальном прототипе где-то  цеху? в первом случае - совместная сетка, и все. Или что-то я не понимаю? во втром.. надо смотреть ваш полимер, как они изготавливается, как будет все это дело эксплуатироваться, можно ли его сверлить, какие еще есть ограничения.

И все равно, по моему опыту протитопирования, на деле это больше похоже на метод научного тыка, т.е. только проб и ошибок.

21 hours ago, Goodcar said:

Использовать яный или неявный решатель, FEM или BEM

Явный/неявный решатель - это про разностную схему численного интегрирования во времени для нестационарной динамики. Если мы остаемся в частотной области, то это вообще неактуально. Или не остаемся?

FEM или BEM... Пока все, что мы обсуждали, касалось МКЭ. Вы хотите считать излучение? Или хотите учесть какие-то асимптотические условия? Тогда МГЭ хорошо бы подошел. Но, тут я не особо спец, лучше бы кто-то поопытнее чего-то добавил. 

 

Изменено 4 марта 2023 пользователем Orchestra2603

[Goodcar 1]

Добрый день. Благодарю за столь подробный и развёрнутый ответ.

22 часа назад, Orchestra2603 сказал:

 

Давайте, чтобы избежать разночтений сразу определимся. Вот, я беру за основу Ansys Theory Reference, чтобы понять, про какой именно параметр идет речь, и как он подставляется в матрицу демпфирования (ссылка: https://www.mm.bme.hu/~gyebro/files/ans_help_v182/ans_thry/thy_tool3.html#thry_harmfullredanal)

 

Damping loss factor - это вот эти g? 

 

 

 

Да, я так полагаю это именно тот параметр о котором я говорю. Тут проблема больше, наверное, технического плана, чем теоретического. В Ansys оговаривается, что  = постоянный структурный коэффициент демпфирования (ввод на DMPSTR) и, что для конструкций с несколькими материалами MP, DMPR также можно использовать для задания постоянного демпфирования конструкционного материала для каждого материала!! В LS-DYNA, к сожалению, я не могу найти как задать каждому конкретному материалу в конструкции свой Damping loss factor, потому что, как только мы переходим в частотные карты (FREQUENCY), то Damping loss factor там можно указать (даже частотно-зависимый) и всё прекрасно считается, но только для всей системы в целом.. там не учитывается, что система может состоять из разных деталей, из разных материалов у которых свой Damping loss factor, что для моей задачи совсем не актуально. И тут возникает вопрос, либо я не знаю как это сделать? Либо там в принципе нельзя этого сделать и тогда нужно пробовать реализовывать и обучаться в Ansys.

В LS-DYNA есть вариант указать Damping по жёсткости и по массе (DAMPING_PART_MASS и DAMPING_PART_STIFFNESS), но это совсем не то. Так же рассматривал вариант использовать тип материала, в котором указывается loss factor в самой карте материала, но опять же при частотном анализе берётся Damping loss factor указанный только в частотном анализе.

22 часа назад, Orchestra2603 сказал:

не понял... можно ли полимер присобачить к пластинке? в смысле вот прям прикрутить, прилепить, приклеить чисто технически? а где там подводные камни? или от вас требуется прототип, вот прям в реальность воплотить ваш композит? Если так.... ну, как-то же, например, легкий корпус подводных лодок же покрывают специальным поглощающим слоем. ))  А с точки зрения моделирования - не вижу вообще чего-либо, чтобы было это невозможно .

опять непонятно... в численной модели в софте? или в реальном прототипе где-то  цеху? в первом случае - совместная сетка, и все. Или что-то я не понимаю? во втром.. надо смотреть ваш полимер, как они изготавливается, как будет все это дело эксплуатироваться, можно ли его сверлить, какие еще есть ограничения.

И все равно, по моему опыту протитопирования, на деле это больше похоже на метод научного тыка, т.е. только проб и ошибок.

Явный/неявный решатель - это про разностную схему численного интегрирования во времени для нестационарной динамики. Если мы остаемся в частотной области, то это вообще неактуально. Или не остаемся?

FEM или BEM... Пока все, что мы обсуждали, касалось МКЭ. Вы хотите считать излучение? Или хотите учесть какие-то асимптотические условия? Тогда МГЭ хорошо бы подошел. Но, тут я не особо спец, лучше бы кто-то поопытнее чего-то добавил. 

Физически тут всё понятно и как полимер приклеить и да же как АЧХ материалов на установке получить физически. Про контакт спросил, всё по той же причине, что не уверен можно ли в Дайне соединять два материала с разных КМП (Damping loss factor). Если совсем грубо задачу описать, то на выходе я бы хотел получить что-то, что мне подскажет в какое место и с какими свойствами мне нужно прилепить полимерный материал на металлическую деталь, чтобы снизить вибрации и шум (хотя бы по косвенным признакам, амплитуда пиков, резонансные частоты).. Возможно Дайна этого и не умеет, и нужно пробовать Ansys и Nastran... А, возможно, это в принципе утопия))

[Goodcar 1]

И еще... Может быть подскажете, насчёт программы Nastran. Там довольно много разных версий и названий. В каком из них реализован NVH  анализ? 

[soklakov 1 475]

02.03.2023 в 19:27, Orchestra2603 сказал:

Вот такое 

 

02.03.2023 в 19:27, Orchestra2603 сказал:

Если E_oo ненулевое, то не поползет ))

Вот prony даст Е00?

Так-то ползет, не глядя на модуль упругости.

11 часов назад, Goodcar сказал:

В LS-DYNA есть вариант указать Damping по жёсткости и по массе (DAMPING_PART_MASS и DAMPING_PART_STIFFNESS), но это совсем не то.

Это альфа и бета демпфирование. Можно их в damprat пересчитывать. Но с оговорками, что выше обсуждались.

[статист 608]

Добрый день. Вот тут шведские будущие доктора пишут:

 

Цитата

The analytical model gives a good prediction for simple geometric structures, i.e. beam or plate. However, it is not available for a practical compressor blade which has a complex geometry to satisfy the aerodynamic requirements in the turbomachinery. Generally, in FEM analysis, three methods can be used to extract the structural damping: the first technique is to use the half-power bandwidth method to calculate the loss factor at resonance peaks, which requires harmonic analysis. The second technique is called MSE method. This method simply applies modal analysis for an undamped case provided that the damping of each material is known. The third technique is to calculate the logarithmic decrement in the time domain by using a transient analysis. The computational cost of the third method is quite high, especially at high frequencies where the time step will become extremely small.

https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:546885/SUMMARY01

То есть вполне обычные методы применяют и более менее попадают в цель. Как на простой пластинке, так и на целой лопасти. Делают в Ансисе, описание скудное, но наверное можно, что-то выявить.

 

Изменено 5 марта 2023 пользователем статист

[AlexKaz 1 822]

27.02.2023 в 18:49, Goodcar сказал:

каким-то иным образом

Сюда смотрели? Точно смотрели?

 

Изменено 6 марта 2023 пользователем AlexKaz

[Goodcar 1]

3 часа назад, AlexKaz сказал:

Сюда смотрели? Точно смотрели?

 

Добрый день! Спасибо за совет. Я пробовал эти карты, они действительно работают, но только в явном анализе во временной области (затухания происходят). Но эти карты не работают при использовании частотного анализа. Либо нужно понять как используя эти карты получить частотно-зависимый расчёт и результаты.

8 часов назад, статист сказал:

Добрый день. Вот тут шведские будущие доктора пишут:

 

https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:546885/SUMMARY01

То есть вполне обычные методы применяют и более менее попадают в цель. Как на простой пластинке, так и на целой лопасти. Делают в Ансисе, описание скудное, но наверное можно, что-то выявить.

 

Добрый день! Большое спасибо за статью и совет, очень интересный материал... Изучу подробнее.

[soklakov 1 475]

04.03.2023 в 13:22, Orchestra2603 сказал:

В Ансис я бы написал цикл

Частотная зависимость демпфирования есть в ВБ из коробки .

Так что просто гармонический.

03.03.2023 в 15:37, Goodcar сказал:

) Моя идея использования такого подхода монтажа полимерного материала к металлической конструкции вобще реальна и выполнима или так никто не делает и это в принципе не возможно и нет смысла копать в эту сторону?

Есть интуитивное ощущение, что эффект будет незначительным. Поэтому так почти не делают.

В смысле, что несущая конструкция то все равно стальная остаётся.

Но лучше посчитать, конечно)  

Пишите, будем следить)

[Orchestra2603 224]

10 hours ago, soklakov said:

Вот prony даст Е00?

Так Prony - это же как бы relaxation modulus как раз для такой вот модели материала, как на картинке, с N параллельно соединенных веток. Т.е. если в испытаниях есть такое поведение, то его можно учесть как раз в этом коэффициенте. Или не?

10 hours ago, soklakov said:

Так-то ползет, не глядя на модуль упругости.

Хмм.. почему? 

56 minutes ago, soklakov said:

Частотная зависимость демпфирования есть в ВБ из коробки .

Так что просто гармонический.

Ну, а я, как лох, в делал так (правда в году 2014). Очень было геморрно, и очень долго RST файлы сшивались.

[AlexKaz 1 822]

2 часа назад, Goodcar сказал:

эти карты не работают при использовании частотного анализа. Либо нужно понять как используя эти карты получить частотно-зависимый расчёт и результаты.

*DAMPING_PART_MASS ? Для каждой детали можно задать кривую в осях демпфирование-частота.

23 часа назад, Goodcar сказал:

В LS-DYNA есть вариант указать Damping по жёсткости и по массе (DAMPING_PART_MASS и DAMPING_PART_STIFFNESS), но это совсем не то.

Любое демпфирование в теории можно свести к рэлеевскому, особенно если появляется возможность задать коэффициенты alfa и beta зависимыми от частоты.

Изменено 6 марта 2023 пользователем AlexKaz

[Goodcar 1]

1 час назад, AlexKaz сказал:

*DAMPING_PART_MASS ? Для каждой детали можно задать кривую в осях демпфирование-частота.

Любое демпфирование в теории можно свести к рэлеевскому, особенно если появляется возможность задать коэффициенты alfa и beta зависимыми от частоты.

Добрый день! Разрешите задать глупый вопрос... Карта CONTROL_IMPLICIT_MODAL_DYNAMIC_DAMPING_FREQUENCY_RANGE какую функцию выполняет? Что даёт её активация? Как эта карта связана с картой DAMPING_FREQUENCY_RANGE, в которой указывается коэффициент демпфирования, частотный диапазон и Part Set ID, то есть можно указать конкретную часть, к которой будет применяться демпфирование. Если я введу значения в карту CONTROL_IMPLICIT_MODAL_DYNAMIC_DAMPING_FREQUENCY_RANGE (частоту и соответствующий damping), то как это будет использоваться при анализе?

[AlexKaz 1 822]

2 часа назад, Goodcar сказал:

глупый вопрос..

Ээ, не. Эт я не то скопировал пока Хэлп читал.

 

Суть, IMHO, в том, что можно задать демпфирование не зависящее от частот *DAMPING_STIFFNESS, и дополнить зависящим от частот *DAMPING_MASS...

 

Если вместо DAMPING_STIFFNESS заработает CONTROL_IMPLICIT_MODAL_DYNAMIC_DAMPING_FREQUENCY_RANGE - ну, ОК.

2 часа назад, Goodcar сказал:

как это будет использоваться при анализе?

Не знаю. Вы исследуете - Вам и флаг в руки. Мне рэлеевского хватало.

Изменено 6 марта 2023 пользователем AlexKaz

[soklakov 1 475]

06.03.2023 в 10:42, Orchestra2603 сказал:

Хмм.. почему? 

Наверное, я не знаю где Еоо задать. Но это точно не модуль упругости. К модулю упругости Прони последовательно прицепляется.

[Orchestra2603 224]

22 hours ago, soklakov said:

Наверное, я не знаю где Еоо задать. Но это точно не модуль упругости. К модулю упругости Прони последовательно прицепляется.

Вот, из Materials Reference какого-то древнего R15 десятилетней давности:

https://dokumen.tips/documents/ansys-mechanical-apdl-material-reference-r15.html?page=105

 

 

Так что, как раз таки параллельно..))

Подставляется все это через TB и TBOPT.  В ВБ, думаю, тоже не проблема. Да, действительно не могу найти, где задавать alpha_oo. Зато, всегда можно забабахать очень-очень большой тау для какой-то из веток, и де-факто там будет только упругая составляющая, и соответствующий модуль из той ветки будет давать long-term elastic modulus, и соответственно при очень маленьких скоростях деформации должно быть почти упругое деформирование с таким как раз модулем.

Изменено 10 марта 2023 пользователем Orchestra2603

[ValeryMoscow 3]

Goodcar,

а Вы уверены что Ваш полимер можно описывать/трактовать как линейный материал?
полимеры обычно нелинейные вязкие среды....

Изменено 14 марта 2023 пользователем ValeryMoscow