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Einführung ANSYS C LASSIC & WORKBENCH – Workshop – Universität Dortmund / Fakultät Bauwesen Lehrstuhl Numerische Methoden und Informationsverarbeitung Prof. Dr.-Ing. habil. Franz-Joseph Barthold F.-J. BARTHOLD D. MATERNA M. ROTTHAUS S T.GERKE VERSION: 2. OKTOBER 2006

Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

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Page 1: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

Einführung

ANSYS CLASSIC

& WORKBENCH

– Workshop –

Universität Dortmund / Fakultät BauwesenLehrstuhl Numerische Methoden und Informationsverarbeitung

Prof. Dr.-Ing. habil. Franz-Joseph Barthold

F.-J. BARTHOLD D. MATERNA

M. ROTTHAUS ST. GERKE

VERSION: 2. OKTOBER 2006

Page 2: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –
Page 3: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

VorbemerkungenDieser Workshop soll helfen, den ersten Einstieg in ANSYS CLASSIC und WORK-BENCH zu finden, d.h. es soll die ’erste Hürde’ übersprungen werden, die ein neuesProgramm immer darstellt. Hierbei sollen grundlegende Arbeitsweisen vorgestellt undan Übungsbeispielen vertieft werden.

Für viele Aspekte, die über das im Workshop Vorgestellte hinaus gehen, ist eine indivi-duelle Einarbeitung notwendig. Dies kann nicht im Workshop geleistet werden; allen-falls können entsprechende Hilfestellungen gegeben werden.

Bei einigen Beispielen sind wir uns bewusst, dass der Inhalt über das in den Vorle-sungen Bereitgestellte hinausgeht. Diese Teile sind als ’Appetizer’ zu verstehen, sichweitergehend mit den benötigten Grundlagen zu beschäftigen, und Interesse zu wecken.Keinesfalls können hier die benötigten theoretischen Grundkenntnisse vermittelt wer-den.

Die hier bereitgestellten Unterlagen zum Workshop ’Einführung ANSYS CLASSIC &WORKBENCH’ sollen das Vorgestellte unterstützen, d.h. begleitenden Charakter haben,und ggf. nach dem Workshop das persönliche Nacharbeiten erleichtern. Daher sind dieUnterlagen während des Workshops mit persönlichen Anmerkungen zu ergänzen.

Die vorliegende Fassung stellt den ersten ’Rohentwurf’ dar, d.h. einige Teile sind nochunvollständig bzw. bedürfen einer genauen Nacharbeitung. Insbesondere die begleiten-den Texte müssen nachgearbeitet werden. Es wird daher ausdrücklich um Kritik undVerbesserungsvorschläge gebeten. Für Hinweise auf Fehler sind wir dankbar. Diesekönnen beispielsweise per Email oder auf persönlichem Wege übermittelt werden.

Besonders freuen wir uns, dass Frau cand. Ing. Eva Preckwinkel und Herr cand. Ing.Daniel Albrecht für diesen Workshop eigene Beispiele vorbereitet haben und so dasVorgestellte bereichern. Ebenfalls danken möchten wir Herrn Dipl.-Ing Frank Plattevom HRZ der Universität Dortmund für seine Unterstützung bei den ’ersten Schritten’in WORKBENCH.

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Kontakt:

Lehrstuhl Numerische Methoden und InformationsverarbeitungFakultät Bauwesen, Universität Dortmund, August-Schmidt-Str. 8D-44227 DortmundInternet: www.bauwesen.uni-dortmund.de/nmi

Prof. Dr.-Ing. habil. Franz-Joseph BartholdEmail: [email protected]

Dipl.-Ing. Daniel MaternaEmail: [email protected]

Dipl.-Ing. Monika RotthausEmail: [email protected]

Cand.-Ing. Steffen GerkeEmail: [email protected]

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Inhaltsverzeichnis

1 Vorab 11.1 Zeitplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Weitere Hinweise zu Informationsquellen . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3 Software – Ein kleiner Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 ANSYS-Classic 52.1 Allgemeine Informationen zu ANSYS CLASSIC . . . . . . . . . . . . 52.2 Ein erstes Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3 Direkte Generierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.4 Kragarm mit veränderlicher Höhe – verschiedene Elementtypen . . . . 152.5 2D-Struktur, Platte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.6 Plastisches Materialverhalten, Symmetriebedingungen . . . . . . . . . 252.7 Rahmen mit Streckenlast, Gelenk und verdrehtem Auflager . . . . . . . 282.8 Knicken und Beulen – Buckling Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . 332.9 Stahlbau, Verzweigungslast und Traglast . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.10 Wärmeleitung, ein 3D-Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.11 Betonbau, Eine erste Annäherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.12 Dynamische Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.12.1 Modalanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.12.2 Frequenzganganalyse (Harmonic Analysis) . . . . . . . . . . . 472.12.3 Transiente Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

2.13 Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.13.1 Optimierung der Beullast, Bsp. Platte mit Steife . . . . . . . . . 512.13.2 Optimierung des Volumens, Bsp Balken mit Einzellast . . . . . 52

3 Workbench 553.1 Allgemeine Informationen zu WORKBENCH . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.1.1 DesignModeler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563.1.2 Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.2 Ein Einstieg – Flächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.3 Volumenmodell; Z-Profil, Modellieren und Berechnen . . . . . . . . . 613.4 Externe Geometriedaten, Mittelflächengenerierung . . . . . . . . . . . 64

Literatur 69

Index 71

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1 Vorab

1.1 ZeitplanDa der Workshop in diesem Format und mit diesem Inhalt zum erstem Mal stattfindet,ist der nachfolgende Zeitplan eher als Entwurf zu verstehen.

ANSYS Classic: Umfasst den größten Teil des Workshops. Angedacht ist, dass anden Tagen Montag bis Donnerstag die einzelnen Beispiele vorgestellt werden. Hierbeisteht so viel Material zur Verfügung, dass einzelne Übungen ausgelassen werden kön-nen und Übungen, die von größerem Interesse sind, verstärkt behandelt werden können.U.U. können die Übungen auch individuell ausgewählt werden.

WORKBENCH: Umfasst den ’kleinere’ Teil des Workshopsund ist für den Freitag vor-gesehen. Dieser Programmteil wird zum erstem Mal vorgestellt, von daher muss auchdie Arbeitsweise hier erprobt werden.

Arbeitseinheiten:

Vormittags 9:00 bis 12:15 Uhr, incl. ’Frühstückspause’Nachmittags 13:15 bis 16:30 Uhr, incl. ’Kaffeepause’

Dies entspricht 40 Unterrichtseinheiten, d.h. 30 Zeitstunden.

Soziales: Um auch die sozialen Kompetenzen des angehenden Ingenieurs zu schu-len1, soll an einem Abend etwas gemeinsam unternommen werden. Genaueres wird amerstem Workshoptag besprochen. Anregungen werden gerne entgegen genommen.

1.2 Weitere Hinweise zu InformationsquellenNachfolgend noch einige Hinweise zur Informationsbeschaffung. Über weitere Tipp’s,um die Liste zu ergänzen, würden wir uns freuen.

• Eine Sammlung an Tutorials, zu denen auch die Eingabe-Datei zur Verfügungsteht findet sich von der University of Alberta (UofA) unter:www.mece.ualberta.ca/tutorials/ansys/index.html

1?grins?

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2 Vorab

• Eine deutschsprachige Sammlung mit Erläuterungen zu vielen Befehlen wird vonder Fachhochschule Osnabrück bereitgestellt und findet sich unter:www.mb.fh-osnabrueck.de/∼moehlenkamp/downloads/Handbuch/ansys2.pdf

• Das wohl größte deutschsprachige Forum zu CAD und FEM:www.cad.de

• Eine weitere gute Informationsquelle im Internet, ggf. eher für Fortgeschrittene:www.ansys.net

• Beispiele zu ANSYS und WORKBENCH aus den Kursen der PennState. AuchInfos zum Geometrie-Daten-Import:www.personal.psu.edu/dhj1/

• ANSYS-Tutorials die vom Herstellers bereitgestellt werden und bei der Installa-tion der Software mit kopiert werden, finden sich unter:GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Help Topics ↘ ANSYS Release ... Documentation↘ ANSYS Tutorials

• Im Ansys ANSYS Verification Manual finden sich viele Beispiele, zu denenzum einem die Eingabe-Datei zur Verfügung steht und zum anderem eine wissen-schaftliche Referenz angegeben ist. Hier sind veröffentliche Beispiele mit AN-SYS zum Vergleich berechnet worden. Unter:GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Help Topics ↘ ANSYS Release ... Documentation↘ ANSYS Verification Manual

• Zum Umgang mit WORKBENCH findet sich im Netz der ’Demo-Room’. Hierkann man sich in Filmen anschauen, wie erfahrene Mitarbeiter Beispiele mitWORKBENCH bearbeiten:www-harwell.ansys.com/demoroom

• Als deutschsprachige Literatur empfiehlt sich die Reihe: FEM für Praktiker invier Bänden. Hier werden sowohl Grundlagen erläutert als auch Beispiele vorge-stellt.

– Band 1: Grundlagen, vgl. [4]

– Band 2: Strukturdynamik, vgl. [7]

– Band 3: Temperaturfelder, vgl. [3]

– Band 4: Elektromagnetische Felder, vgl. [6]

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1.3 Software – Ein kleiner Überblick 3

1.3 Software – Ein kleiner ÜberblickNeben ANSYS bzw. WORKBENCH sind noch viele FE- und CAD-Programme amMarkt vertreten. Hier wird versucht, einen kurzen Überblick zu geben. Die nachfol-genden Listen sind in Anlehnung an [1] entstanden.

FE-Programme:

• NASTRAN, PATRAN, MARC -MSC: Nastran ist das älteste FE- Programm mitdem sich praktisch alle FE-Analysen durchführen lassen. Hierzu kann als Pre-und Postprozessor Patran (oder auch Hypermesh) verwendet werden. Marc wirdhäufig bei nichtlinearen Aufgaben verwendet.

• ANSYS - ANSYS INC.: Hier im Workshop vorgestellt. Multi-Purpose-Programmmit Pre- und Postprozessor.

• ABAQUS - ABAQUS INC.: Bekannt als Solver bei nichtlinearen Aufgaben.Häufig bei komplexen Lösungen angewendet mit anderen Pre- und Postprozes-soren.

• HYPERMESH - ALTAIR: Hauptsächlich als Pre- und Postprozessor einge-setzt. Bietet viele Möglichkeiten zur Geometrie Vor- und Nachbearbeitung sowiebeim Vernetzen.

• COSMOS - SRAC: Komplett FE-Programm mit großer Verbreitung in Deutsch-land. Häufig in Verbindung mit CAD-Programm SolidWorks.

• PRO/MECHANICA - PTC (PRO/ENGINEER: Programm zur FE-Analyse,welches auf der p-Methode basiert. Dadurch gut auch für nicht FE-Spezialistenzu verwenden.

Zusätzlich finden sich viele Programme, die im Baubereich üblich sind, sehr weit ver-breitet ist hier z.B. SOFISTIC. Ferner finden sich Spezialprogramme wie z.B. LS-DYNAoder MOLDFLOW.

CAD-Programme: Neben den im Bauwesen üblichen CAD-Programmen sind im In-genieurswesen verschiedene weitere Programme vorhanden. Mit diesen ist oft eine An-bindung an die oben beschriebenen FE-Programme leichter möglich. Hier eine kleineAuswahl:

• CATIA

• UNIGRAPHICS

• PRO/ENGINEER

• SOLIDWORKS

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2 ANSYS-ClassicIm erstem Teil dieses Workshops wird anhand von Beispielen, der Einstieg in den prak-tischen Umgang mit ANSYS CLASSIC ermöglicht. Es soll geholfen werden, die ’ersteHürde’ zu ’überspringen’. Hauptaugenmerk wird hierbei auf das Preprocessing undden Lösungsteil gelegt; die Motivation viele ’bunte Bilder’ zu erzeugen, kommt dannoft wie von selbst.Die Eingabe-Dateien der einzelnen Beispiele werden im Workshop auch als ’Soft-Copy’ bereitgestellt. Es wird dringend empfohlen, diese durch eigene Kommentarzeilenzu ergänzen. Dies erleichtert das spätere Nacharbeiten.Bei den hier vorgestellten Beispielen werden ’nach und nach’ weitere Aspekte und Ar-beitsweisen der praktischen Arbeit mit ANSYS CLASSIC hinzugenommen. Vereinzeltist es hierbei unvermeidlich, dass noch nicht Angesprochenes benötigt und somit ver-wendet wird - eine Erläuterung wird zu einem späterem Zeitpunkt gegeben.

Die Bearbeitung der Abschnitte erfolgt in zwei Schritten:

1. Besprechen des jeweiligen Beispieles:

• Vorstellen der Problemstellung

• Besprechen der hier neuen Aspekte

• Übertragen auf die ANSYS-Eingabe, d.h. besprechen der APDL Komman-dos

• Einlesen, bzw. stückweise Einlesen der Befehle; u.U. ergänzendes Arbeitenmit der grafischen Oberfläche

2. Bearbeitung der zugehörigen Übungsaufgabe:

• Vorstellen der Problemstellung

• Selbständiges Bearbeiten der Übung mit entsprechender Hilfestellung

2.1 Allgemeine Informationen zu ANSYS CLASSIC

Grundsätzliche Gliederung einer Berechnung: Eine ’einfache’ ANSYS-Berechnungläuft normalerweise in den folgenden Schritten ab:

• Preprocessing: Geometrieerzeugung, Vernetzen, Auflager und Lasten - der Pre-processor wird über /prep7 gestartet.

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6 ANSYS-Classic

• Solution: Lösungsprozess - des Lösungsteil wird über /solu gestartet.

• Postprocessing: Ergebnisausgabe und Darstellung - der Postprocessor wird über/post1 gestartet1.

Voreinstellungen: Nachdem ANSYS gestartet wurde und kein Standardverzeichnisfestgelegt wurde sollte direkt Jobname, Directory und Title kontrolliert werdenund ggf. wie gewünscht gesetzt werden. Dies kann recht einfach über die grafischeOberfläche erfolgen.GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ file ↘ Change Jobname... oder Change Directory...oder Change Title...

ANSYS Product Launcher: Dieser kann überGRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Start ↘ Programme ↘ Ansys ...

gestartet werden. Hier lassen sich grundsätzliche Einstellungen zu jedem Projekt an-legen. Z.B. auch das Working Directory und der Job Name. Außerdem lässt sich hierder für ANSYS bereitgestellte Speicherplatz verwalten. Für unsere Zwecke kann hierzuerst das Default Memory Model verwendet werden.

Output-Fenster: Dieses wird direkt beim Start von ANSYS geöffnet. Beim Schlie-ßen dieses Fensters wird ANSYS ebenfalls beendet. Im Fenster wird angezeigt:

• Alle eingegebenen Befehle

• Warnungen und Fehlermeldungen

• Informationen zum Modell in der Lösungsphase

Oft bietet es sich an, dieses Fenster zumindest einige Zeilen groß auf dem Bildschirmsichtbar zu haben.

Zwischenspeichern: Hier sei kurz darauf aufmerksam gemacht, dass ANSYS überkeinen ’Undo-Button’ verfügt. Von daher ist sinnvoll, an geeigneten Stellen die aktuel-len Daten zu speichern. Oft bieten sich hierzu unterschiedliche Arbeitsstände (zumin-dest für einen Zeitraum) an, z.B. nach Abschluss der Geometrieerzeugung, nach demVernetzen, vor dem Lösen sowie das gelöste Modell. Hierbei wird standardmäßig eineJobname.db2 erzeugt.GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ file ↘ Save as Jobname.db oder Save as...

1Es stehen noch weitere Postprocessoren für bestimmte Anwendungen zur Verfügung. Hierauf wird an denentsprechenden Stellen eingegangen.

2db für database

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2.1 Allgemeine Informationen zu ANSYS CLASSIC 7

ANSYS Datenbasis und Dateien: Zum einen erzeugt ANSYS automatisch einigeDateien und zum anderem lassen sich verschiedene Dateien erzeugen, die später ver-wendet werden können. Nachfolgend eine kompakte Zusammenstellung:

• jobname.db: Enthält die gesamte Datenbasis des Modells

• jobname.cdb: Alle Informationen der Datenbasis bis auf die Geometriedaten

• jobname.igs: Nur die Geometriedaten der Datenbasis

• jobname.rxx: enthält die Ergebnisse einer Strukturanalyse. Bei anderen Be-rechnungsarten werden andere Endungen verwendet

• jobname.log: Datenbasiserzeugung, d.h. beinhaltet alle Kommandos

• jobname.err: Alle Fehlermeldungen

• jobname.out: Inhalte des Output-Fensters

Zu beachten ist bei allen Dateien, dass diese aufwärtskompatibel sind, jedoch nichtabwärtskompatibel.

Befehlseingabe: Die Befehlseingabe ist bei ANSYS auf verschiedene Arten mög-lich. Hier im Workshop werden im Wesentlichen drei Möglichkeiten verwendet:

• Eingabe über die Kommandozeile

• Einlesen einer Eingabe-Datei

• Über die grafische Oberfläche; hier wird im Hintergrund ein identischer Befehlerzeugt.

Egal auf welche Weise gesteuert wird, ANSYS arbeitet mit Kommandos, die direkt ein-gegeben oder im Hintergrund erzeugt werden. Diese werden in der ANSYS-KommandospracheAPDL (ANSYS Programming Design Language) erzeugt. In diesem Workshop wirdbesonderer Wert darauf gelegt, dass die Kommandos direkt in APDL erlernt werdenkönnen. APDL hat Ähnlichkeit zu FORTRAN.

Eingabekonventionen: Werden Befehle direkt über die Kommandozeile oder in eineEingabe-Datei geschrieben, sind hierbei einige Konventionen zu beachten:

• Die Eingabe der Befehle ist case-insensitiv, d.h. es besteht keine Unterscheidungzwischen Groß- und Kleinschreibung. Dies kann jedoch gut dazu genutzt werdendie Eingabe-Datei zu strukturieren, z.B. alle Befehle klein und alle Variablengroß.

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8 ANSYS-Classic

• Es ist klar zwischen Punkt und Komma zu unterscheiden. Punkte werden beiZahlen zur Trennung des Vor- und Nachkommabereiches benutzt; Kommata ste-hen in Befehlen zur Trennung der Teile. Eine kleine Verwechslung mit großerWirkung...

• Die Eingabe von Zehner-Potenzen erfolgt in der Art (Zahl)*10**(Potenz)oder in der Art (Zahl)e(Potenz)

• Zeilen, die mit einem ! beginnen werden nicht eingelesen, d.h. es handelt sich umKommentarzeilen. Wird im Laufe einer Zeile ein ! gesetzt, ist der Text danachebenfalls Kommentar.

• Wird ein Befehl nicht vollständig ausgeschrieben, bzw. Materialparameter nichtkomplett definiert, werden oft automatisch ’Default-Werte’ angenommen. Diesist oft recht praktisch, da die Eingabe kürzer wird, aber birgt die Gefahr, dass derWert ungewollt auf einen voreingestellten Wert gesetzt wird.

Einheiten Bei der klassischen ANSYS Anwendung werden keine Einheiten defi-niert, d.h. es ist eine konsistente Verwendung der Einheiten erforderlich. Z.B. Eingabein [N ] und [m] liefert Ergebnisse u.a. auch in [N/m2]. Da kann sich schnell der Fak-tor 100 einschleichen... . In Abschnitt 2.12 ist hierzu auch eine entsprechende Tabelleangegeben.

2.2 Ein erstes BeispielDer in Abbildung 2.1 dargestellte Rahmen soll für die in der Tabelle angegebenen Pa-rameter berechnet werden. Hierbei wird sowohl mit der grafischen Oberfläche als auchmit der Eingabe-Datei gearbeitet.Dieses Beispiel ist bewusst so gewählt, dass am Ende die im Bauwesen ’gewohnten’ N,V, M-Verläufe und die Verschiebungsfigur zu sehen sind.

sinα 0.6 [−] h 5.0 [m]E-Modul 2.1 · 108 [kN/m2] l 8.0 [m]

Querschnittsfläche 5.0 · 10−3 [m2] Iy 35.0 · 10−6 [m4]Profilhöhe 0.1 [m] ν 0.3 [-]

Elementgröße 1.0 [m] P̄ 5 [kN ]

Eingabe-Datei: Häufig wird beim praktischem Umgang mit ANSYS mit Eingabe-Dateien gearbeitet, d.h. die Befehlsfolge wird in eine Text-Datei geschrieben, die dannspäter eingelesen werden kann3. So können häufig verwendete Befehlsfolgen separat

3Es können verschiedene Dateitypen eingelesen werden, hier wird eine Text-Datei des TypsDateiname.txt verwendet

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2.2 Ein erstes Beispiel 9

α

h

l

Abbildung 2.1: Eingespannter Rahmen mit Einzellast

gespeichert und eingelesen werden. Auch ist die Arbeit mit der grafischen Oberflächeoft ’mühselig’. Das Einlesen kann über die grafische Oberfläche gestartet werden:GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ file ↘ read input from...

Beendet werden kann der Einlesevorgang indem in der Eingabe-Datei der folgende Be-fehl geschrieben wird:SYNTAX/eof4

Session Editor: Für den späteren praktischen Umgang mit ANSYS ist der SessionEditor oft sehr praktisch. Wird die grafische Oberfläche verwendet, erzeugt ANSYSalle Befehle im Hintergrund. Diese so erzeugte Befehlsfolge wird im Session Editoraufgezeigt und kann angezeigt werden. So können unbekannte Befehle gefunden undspäter verwendet werden.

Hilfe Funktion: ANSYS verfügt über eine ausführliche Hilfe Funktion . Diese kannauf verschiedene Arten aufgerufen werden; ist der Befehl bekannt, kann direkt die Be-fehlszeile verwendet werden.SYNTAXhelp, Befehl

4eof für ’end of file’

Page 16: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

10 ANSYS-Classic

ANSYS-Eingabe zum erstem Beispiel

01 !-----------------------------------------------02 ! Eingespannter Rahmen mit Einzellast03 !-----------------------------------------------0405 ! Starten Preprocessors06 /prep70708 ! Erzeugen Keypoints09 k,1,0,010 k,2,0,511 k,3,8,512 k,4,8,01314 ! Erzeugen Linien15 l,1,216 l,2,317 l,3,41819 ! Elementtyp festlegen und Opt. Ergebnisausgabe20 et,1,321 keyopt,1,6,122 keyopt,1,9,02324 ! Material- und Profileigenschaften25 mp,ex,,2.1*10**826 mp,prxy,,0.327 r,,5*10**(-3),35*10**(-6),0.1,02829 ! Elementgröße und Vernetzen30 esize,131 lmesh,all3233 ! Auflager (Der nsel-Bef. wird später erläutert)34 nsel,s,loc,y,035 d,all,all36 nsel,all3738 ! Kräfte39 nsel,s,loc,x,040 nsel,r,loc,y,5

41 f,all,fx,442 f,all,fy,-343 nsel,all4445 ! Beenden Preprocessors und starten Lösungsteil46 finish47 /solu4849 ! Lösen50 solve5152 ! Beenden Lösungsteil und starten Postprocessor53 finish54 /post15556 ! Schreiben Elementergebnisse in Tabelle57 etable,ni,smisc,158 etable,nj,smisc,759 etable,vi,smisc,260 etable,vj,smisc,861 etable,moi,smisc,662 etable,moj,smisc,126364 ! Definieren Fenster für Ergebnisausgabe65 /wind,all,off66 /wind,1,ltop67 /wind,2,rtop68 /wind,3,lbot69 /wind,4,rbot7071 ! Allgemeine plot-Optionen72 gplot7374 ! Ausgabe der Verformung, N,Q und M-Linien75 /gcmd,1,pldisp,176 /gcmd,3,plls,ni,nj77 /gcmd,2,plls,vi,vj78 /gcmd,4,plls,moi,moj79 /replot

Übung zu Beispiel 1

Der in Abbildung 2.2 gezeigte Biegebalken mit Einzellast soll für P̄ = 2 [kN ]und l = 2 [m] berechnet werden. Gehen Sie hierbei wie folgt vor:

l

Abbildung 2.2: Biegebalken mit Einzellast

• Schreiben Sie eine Eingabedatei in der alle benötigten Keypoints und Li-nien erzeugt werden. Legen Sie hier auch die benötigten Profil- und Ma-terialeigenschaften sowie den Elementtyp fest. Abschließend soll vernetztwerden.

Page 17: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.3 Direkte Generierung 11

• Wechseln Sie zur Eingabe über die grafische Oberfläche. Bringen sie dieAuflagerreaktionen sowie die Einzellast auf.

• Der Befehl zum Lösen kann wahlweise über die grafische Oberfläche oderdirekt über die Kommandozeile erfolgen.

• Stellen Sie die Schnittgrößenverläufe am Bildschirm dar. Hierzu könnenSie den ’letzten’ Teil der Eingabedatei aus dem vorangegangenem Bei-spiel verwenden, oder diese über die grafische Oberfläche erzeugen; vglhierzu auch Tutorials University of Alberta, Bicycle-Frame5.

Hinweise:

• Die Einzellast soll genau in Feldmitte angreifen. Welche Möglichkeitenbestehen dies zu erzwingen?

• Die Selektionsbefehle sollen hier noch nicht verwendet werden, diesewerden später ausführlich erläutert.

Für Fortgeschrittene:

• Verwenden Sie für die Modellierung beam188 Elemente

• Machen Sie sich hierbei mit den Befehlen secdata etc. vertraut

N

2.3 Direkte GenerierungDas in Abschnitt 2.2 behandelte Beispiel wurde über die Methode des Solid-Modelingerzeugt, d.h. es wurde zuerst eine Geometrie erzeugt, die dann vernetzt und berechnetwurde.In dem nachfolgendem Beispiel sowie der anschließenden Übungsaufgabe werden imGegensatz dazu die Elemente direkt erzeugt, d.h. ohne vorherige Geometrieerstellung –man spricht daher von direkter Generierung. Diese Methode ist oft sehr hilfreich, wennkleinere Proberechnungen mit exakter Elementgeometrie gemacht werden sollen, oderwenn bestimmte Teile des Modells exakt vernetzt werden müssen, vgl hierzu auch [4]Seite 261 f.Der in Abbildung 2.3 gezeigte Patch-Test ist in Anlehnung an [8] entstanden. In demnachfolgendem Beispiel wird dieser für den ebenen Spannungszustand durchgeführt.Dies ist ein klassisches Beispiel für direkte Generierung. Die Knotenkoordinaten undMaterialparameter können der Eingabe-Datei entnommen werden.

5Im Internet unter: www.mece.ualberta.ca/tutorials/ansys/BT/Bike/Bike.html

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12 ANSYS-Classic

e1

k7

k4

k1

e2

k8

k5

k2

e3

e4

k9

k6

k3

2P̄

Abbildung 2.3: 4-Element Patch Test

ANSYS-Eingabe 4-Element Patch Test

01 !-----------------------------------------------02 ! 4-Element Patch Test03 !-----------------------------------------------0405 /prep70607 ! Elementtyp Material, Real Constants08 mp,ex,1,100009 mp,prxy,1,0.210 et,1,42,,,311 r,1,0.11213 ! Erzeugen der Knoten14 n, 1, 0.0, 0.015 n, 2, 4.0, 0.016 n, 3, 10.0, 0.017 n, 4, 0.0, 4.518 n, 5, 5.5, 5.519 n, 6, 10.0, 5.020 n, 7, 0.0, 10.021 n, 8, 4.2, 10.022 n, 9, 10.0, 10,02324 ! Erzeugen der Elemente

25 e, 1, 2, 5, 426 e, 2, 3, 6, 527 e, 4, 5, 8, 728 e, 5, 6, 9 ,82930 ! Auflager31 d,1,ux32 d,1,uy33 d,4,ux34 d,7,ux3536 ! Knotenkräfte37 f,3,fx,2.538 f,6,fx,5.039 f,9,fx,2.54041 finish42 /solu4344 ! Lösen45 solve4647 finish

Element-Typen: ANSYS verfügt über verschiedene Elemente, die auch zusammenin einem Modell verwendet werden können. Alle zu den Elementen benötigten Infor-mationen finden sich in der Element Library . Diese kann wie folgt aufgerufen werden:GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Help ↘ Help Topics ↘ ANSYS Release ... Documentation↘ ANSYS Element Reference ↘ Element Library

Oder, sofern das zu verwendende Element bekannt ist, kann auch die Befehlszeile ver-wendet werden:SYNTAXhelp, Elementname

Page 19: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.3 Direkte Generierung 13

FE und Geometriegrößen: Zur Durchführung der eigentlichen FE-Berechnung wer-den im wesentlichen Knoten, Elemente und Materialdaten benötigt. Dieses sind die FE-Größen. Bei der Verwendung des Programms wird dies oft nicht deutlich, da ’norma-lerweise’ die Geometriegrößen wie Linien, Flächen, etc. erzeugt werden. Werden jetztLinien eingespannt oder Flächen mit einem Druck belastet, wird dies programminternauf die FE-Größen umgerechnet. Ähnliches gilt auch für das Postprocessing. D.h. dieim Berechnungsablauf verwendeten Größen sind die FE-Größen.

Real-Constant-Sets: Jeder Elementtyp benötigt einen bestimmten Satz am Konstan-ten, z.B. wurde bei dem Beispiel in Absatz 2.2 für das Element beam3 die Querschnitts-fläche, Trägheitsmoment Iy , die Höhe und die Angabe, dass schubstarr gerechnet wer-den soll, eingegeben. Es ist möglich, verschieden Real-Constant-Sets für ein Element zudefinieren, die dann entsprechend beim Vernetzen zu aktivieren sind. Besondere Auf-merksamkeit ist geboten, wenn verschiedene Elementtypen verwendet werden, es kannohne Probleme von Seiten des Programms ein Real-Constant-Set für einen anderen Ele-menttyp verwendet werden.SYNTAXr,ID-Nummer,Real-Constant 1,...,Real-Constant 6

List und Plot Befehle: Oft ist zur Kontrolle gewünscht, die erzeugten (oder aktiven)Modellteile aufzulisten oder am Bildschirm anzeigen zu lassen. Dies ist oft schnell undeinfach über die Befehlszeile möglich. Diese Befehle weisen eine Systematik auf, diein den nachfolgenden Tabellen aufgezeigt wird.

1. Kürzel Englisch Bedeutungk... keypoint Geometriepunktl... line Liniea... areav... volume Volumenn... node Knotene... element Elementall... all Alles (nicht immer möglich)

2. Kürzel Englisch Bedeutung...plot plot Bildschirmdarstellung...list list Auflisten... erweiterbare Systematik

D.h. mit dem nachfolgendem Befehl werden alle (aktiven) Elemente aufgelistet und ineinem separatem Fenster am Bildschirm angezeigt:

Page 20: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

14 ANSYS-Classic

SYNTAXelist

Wird zusätzlich gewünscht, dass am Bildschirm die Nummer der Einheit angezeigt wer-den soll, kann dies über den folgenden Befehl erfolgen.SYNTAX/pnum, Einheit, Schlüssel

Diese Befehle sind im Postprocessor /post7 zu verwenden; Oft ist ein /replot-Befehl erforderlich, um die Anzeige zu aktivieren.

Übung 2 - Kombination von Scheiben- und Balkenelement

Das in Abbildung 2.4 dargestellte System soll berechnet werden. Vorab wurdeentschieden, dass plane42 und beam3 Elemente zu verwenden sind.

beam3

Balkenelemente

plane42

Scheibenelemente

Abbildung 2.4: Übung 2: Kombination von Scheiben- und Balkenelement

Vorgehensweise

• Schreiben Sie eine Eingabe-Datei (Kommentare helfen beim späterenVerständnis! Eine grafische Struktur verbessert die Lesbarkeit erheblich!)

• Definieren Sie zuerst alle Elementtypen, Material- und Real-Constant-Sets; verwenden Sie hierzu eine sinnvolle Systematik.

• Definieren Sie alle Knoten

• Aktivieren Sie die benötigten Eigenschaften mit type, mat, real, bevorSie die Elemente erzeugen

• Falls notwendig, koppeln einiger Knoten

• Bringen Sie die Auflager und die Belastung auf; Lösen.

Page 21: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.4 Kragarm mit veränderlicher Höhe – verschiedene Elementtypen 15

Hinweise:

• Wählen Sie sinnvolle Abmessungen und Materialparameter. Die Scheibeund der Balken sollen aus einem Material bestehen, d.h. es soll nur einMaterial-Set definiert werden.

• Beachten Sie die Freiheitsgrade, die das plane42 und beam3 haben.Siehe hierzu [4], Seite 206f; Stichwort: Constraint Equations.

• Was würde sich verändern, wenn beam4 und shell63 Elemente ver-wendet würden?

N

2.4 Kragarm mit veränderlicher Höhe – verschiedeneElementtypen

Der in Abbildung 2.5 gezeigte Kragarm mit veränderlicher Höhe soll berechnet werden.Die Analyse soll mit verschiedenen Elementtypen durchgeführt werden und jeweils dieVerschiebung in y-Richtung am Lastangriffspunkt verglichen werden.Die Geometrie und Materialdaten sind wie folgt festgelegt:

Länge 100 [cm] E-Modul 21.000 [kN/cm2]H1 (Einspannung) 12,5 [cm] ν 0,3 [−]

H2 (Lastangriffspunkt) 2,5 [cm] P̄ 10 [kN ]Dicke 0,5 [cm]

Für eine erste Berechnung wurden shell63-Elemente mit 3 Knoten gewählt. An-schließend wurde eine ’Gegenrechnung’ mit beam3-Elementen gemacht. Da diese nureine konstante Höhe zulassen, wurde die Elementhöhe zum jeweiligen Mittelwert ge-wählt. Beide Diskretisierungen sind in Abbildung 2.5 dargestellt6.

Elementtypen: ANSYS stellt viele verschiedene Elementtypen zur Verfügung. Diesesind mit der historischen Entwicklung entstanden. Nach Stand der Forschung werdenweitere Elemente entwickelt und im Programm umgesetzt, wobei die bereits im Pro-gramm implementierten erhalten bleiben. Hier ist es dem Anwender überlassen denrichtigen Elementtyp für seine Berechnung zu wählen.

Nachfolgend der Versuch eine Übersicht von Elementtypen, die in der Strukturmecha-nik verwendet werden, zusammenzustellen. Hierbei sind die unterstrichenen Elementebevorzugt zu verwenden.

6Übrigens: wird die kritische Beullast berechnet, wird ein Wert in der Größenordnung von 0,99 [kN ] ermit-telt :)

Page 22: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

16 ANSYS-Classic

yP̄

x

Mit shell63-Elementen vernetzter Kragarm

Mit beam3-Elementen vernetzter Kragarm

Abbildung 2.5: Kragarm mit veränderlicher Höhe

Typ Elemente2D-Balkenelement beam33D-Balkenelement beam4, beam44, beam188, beam189Scheibenelement plane42, plane182Schalenelement shell63, shell 1813D-Element solid45, solid 185

Schleifen, der *do-Befehl: Viele Aufgaben lassen sich mit Hilfe von Schleifen ein-facher erledigen. Beispiele hierfür sind:

• Ein Befehl muss in regelmäßigen Abständen benutzt werden.

• Eine Parameterstudie soll durchgeführt werden.

Die Syntax des *do-Befehls ist recht einfach gehalten:SYNTAX

*do, Laufparameter, Anfangswert, Endwert, InkrementAnweisungsteil

*enddo

Wobei der Anfangswert auch gleich dem Endwert sein darf, d.h. die Schleife wird ge-nau einmal durchlaufen.

Page 23: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.4 Kragarm mit veränderlicher Höhe – verschiedene Elementtypen 17

ANSYS-Eingabe Kragarm mit veränderlicher Höhe, shell63-Elemente, 3 Knoten

01 !-----------------------------------------------02 ! Kragarm mit veränderlicher Höhe03 ! mit 3 Knoten shell63 Elementen (20 Elementen)04 ! realisiert.05 !-----------------------------------------------0607 /prep70809 ! Elementtyp und Materialeigenschaften10 et,1,63 ! shell6311 r,1,0.5 ! Dicke12 mp,ex,1,21E3 ! [kN/cm^2]13 mp,prxy,1,0.3 ! [-]1415 ! Erzeugen der Knoten16 *do,I,1,(10+1),117 n,I,(I-1)*100/10,(-12.5/2)+(I-1)*5/1018 *enddo1920 *do,J,1,(10+1),1

21 n,J+100,(J-1)*100/10,(12.5/2)-(J-1)*5/1022 *enddo2324 ! Erzeugen der Elemente25 *do,K,1,10,126 e,K,K+1,100+K27 e,100+K,K+1,100+1+K28 *enddo2930 ! Auflager und Last31 nsel,s,loc,x,032 d,all,all33 nsel,all34 f,10+1,fy,-(10/2)35 f,100+10+1,fy,-(10/2)3637 finish38 /solu39 solve40 finish

ANSYS-Eingabe Kragarm mit veränderlicher Höhe, beam3-Elemente

01 !-----------------------------------------------02 ! Kragarm mit veränderlicher Höhe03 ! mit beam3-Elementen, berechnet (20 Elemente)04 ! Die Querschnittswerte werden aus der durch-05 ! schnittlichen Elementhöhe ermittelt06 !-----------------------------------------------0708 /prep70910 ! Elementtyp und Materialeigenschaften11 et,1,3 ! beam312 mp,ex,1,21E3 ! [kN/cm^2]13 mp,prxy,1,0.3 ! [-]1415 ! Erzeugen der real-constant-sets16 *do,N,1,20,117 r,N,(12.5-0.75+N*0.5)*0.5,(Forts.) 1/12*0.5*(12.5-0.75+N*0.5)**3,(Forts.) (12.5-0.75+N*0.5),018 *enddo

1920 ! Erzeugen der Knoten21 *do,I,1,(20+1),122 n,I,(I-1)*100/20,023 *enddo2425 ! Erzeugen der Elemente26 *do,J,1,20,127 real,J28 e,J,J+129 *enddo3031 ! Auflager und Last32 d,1,all33 f,20+1,fy,-103435 finish36 /solu37 solve38 finish

Übung 7 - Kragarm mit veränderlicher Höhe, verschiedene Elemente

Der in Abbildung 2.6 gezeigte Kragarm mit veränderlicher Höhe soll jetzt mitweiteren Elementtypen berechnet werden. Wählen Sie hierzu die in der Skizzedargestellten Diskretisierungen.

Was passiert, wenn hier anstatt der direkten Generierung, ein Solid Modell er-zeugt wird, und dann von ANSYS ohne weitere Vorgaben direkt vernetzt wird?Nachfolgend findet sich eine mögliche Eingabe. Dies kann jedoch nicht als all-gemein gültige Regel gelten - selbst nachdenken ist schon noch gefragt...

N

Page 24: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

18 ANSYS-Classic

Vernetzung plane182-Elemente

Vernetzung beam44-Elemente

Vernetzung shell63-Elemente

Abbildung 2.6: Netze und Elementtypen zur Berechnung Kragarm

ANSYS-Eingabe Solid Modelling Kragarm mit veränderlicher Höhe

01 !-----------------------------------------------02 ! Kragarm mit veränderlicher Höhe03 ! Solid Modelling04 !-----------------------------------------------0506 /prep70708 ! Elementtyp und Materialeigenschaften09 et,1,63 ! shell6310 r,1,0.5 ! Dicke11 mp,ex,1,21E3 ! [kN/cm^2]12 mp,prxy,1,0.3 ! [-]1314 ! Erzeugen der Fläche und Vernetzen15 k,1,0,-12.5/216 k,2,100,-2.5/217 k,3,100,2.5/218 k,4,0,12.5/2

1920 a,1,2,3,421 amesh,all2223 ! Auflager und Last24 nsel,s,loc,x,025 d,all,all26 nsel,all27 nsel,s,loc,x,10028 nsel,r,loc,y,2.5/229 f,all,fy,-1030 nsel,all31 /eof32 finish33 /solu34 solve35 finish

2.5 2D-Struktur, PlatteDie in Abbildung 2.7 gezeichnete Platte wird vernetzt, anschließend flächenhaft belas-tet und berechnet. Die Fläche wird nicht zusammenhängend erzeugt, sondern aus sichüberschneidenden Teilflächen, die später addiert werden, ’zusammengesetzt’. Hierbeientsteht ’versehentlich’ eine Restfläche, die das Vernetzen erschwert.

Erzeugen, Modifizieren und Löschen von Geometriegrößen: Die Geometrieerzeu-gung erfolgt ’von unten nach oben’, d.h. in der Reihenfolge:

• Keyponits, 0. Ordnung

Page 25: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.5 2D-Struktur, Platte 19

Erzeugte Teilflächen

Gewünschte FlächeDurch den aadd,all-Befehl entstandene Fläche

Abbildung 2.7: 2D Struktur – Platte

• Linien (line) zwischen Keypoints, 1. Ordnung

• Flächen (area) werden von Linien berandet, 2. Ordnung

• Volumen (volume) werden von Flächen berandet, 3. Ordnung

Somit kann eine Linie nur zwischen zwei Keypoints entstehen und eine Fläche ist im-mer von Linien berandet. Wird durch einen Befehl automatisch eine Geometrie höhererOrdnung erzeugt, werden im Hintergrund alle ’darunter’ liegenden Geometrieteile miterzeugt. Z.B. wird durch den Befehl rectng eine rechteckige Fläche erzeugt, werdendirekt Linien und Keypoints mit erzeugt.

E

KP

L

A V

NE

Mal eben diese

Linie ändern...

Schade...(Vorher gespeichert?)

KP

L

A

V

N

Abbildung 2.8: Ändern von Geometriegrößen

Page 26: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

20 ANSYS-Classic

Soll andererseits ein Teil der Geometrie modifiziert werden, müssen alle damit verbun-denen Teile ebenfalls angepasst werden. Hierbei ist zu beachten, dass die FE-Größenoft ebenfalls auf dem Geometriegrößen aufbauen. In Abbildung 2.8 ist schematischgezeigt, was beim modifizieren von einer Linie passieren kann. Diese Zeichnung istin Anlehnung an [4] Seite 334ff entstanden. Beim Löschen von Geometrieteilen kanni.d.R. entschieden werden, was mit den ’darunter’ liegenden Einheiten passieren soll;ob diese ebenfalls gelöscht werden oder ob sie erhalten bleiben.

Selektionsbefehle: Oft wird gewünscht, nur Teile des Modells am Bildschirm darzu-stellen oder nur Bereiche zu bearbeiten. Hierzu bietet ANSYS die Möglichkeit Mo-dellteile passiv zu schalten. Diese passiven Teile werden bei allen folgenden Befehlennicht mehr berücksichtigt, bis sie wieder aktiviert werden.Das Aktiv- und Passivschalten erfolgt häufig über die Selektionsbefehle. In dem hierbearbeiteten Beispiel wurden z.B. in den Zeilen 41, 42 nur einige Linien aktiviert, vgl:SYNTAXlsel,s,loc,x,0lsel,a,loc,x,6.75

Die Selektionsbefehle sind nach einer ähnlichen Systematik aufgebaut, wie in Abschnitt2.3 beschrieben. Eine Übersicht der Befehle findet sich unter:GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Help ↘ Help Topics ↘ ANSYS Release ... Documentation↘ Basic Analysis Procedures Guide ↘ Selecting and Comp.

Bei der Verwendung der Selektionsbefehle ist oft die richtige Strategie entscheidend,um effektiv ans Ziel zu gelangen. Auch ist gut zu überlegen, ob die verwendete Syste-matik auch bei veränderter Geometrie funktioniert.

Beim Auflisten, Anzeigen und insbesondere beim Berechnenwerden nur die aktiven Teile des Modells berücksichtigt! Al-so stellen Sie sicher, dass genau der benötigte Teil aktiv ist!Oft hilft am Ende ein Xsel, all bzw. ein alls um dieentsprechenden Teile zu aktivieren.

Hinweis: Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, Teile des Modells in Gruppen zusammenzu fassen. Dieser Aspekt wird hier nicht behandelt.

Boolesche Operatoren: Wird die Methode des Solid Modeling verwendet, lassensich viele Geometrien einfacher mittels Boolescher Operatoren erzeugen, vgl. hierzuauch [4] Seite 294 ff. Gemeint ist hiermit das Verschneiden, Addieren, Subtrahieren,Überlappen, Zusammenfügen und Verschmelzen von Geometrieteilen. Im vorgestell-tem Beispiel werden die Flächen z.B. mit dem Befehl aadd addiert. Was würde pas-sieren, wenn der Befehl in Zeile 35 aadd, all durch aovlap, all (überlappen)

Page 27: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.5 2D-Struktur, Platte 21

ersetzt würde? Eine ausführliche Dokumentation findet sich unter:GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Help ↘ Help Topics ↘ ANSYS Release ... Documentation↘ APDL Model. and Mesh. Guide ↘ Solid Modeling↘ Sculpting Your Model with Boolean Operations

Ähnlich wie beim Selektieren ist auch bei der Verwendung der Booleschen Operatorendie richtige Strategie entscheidend. Weitere interessante Aspekte bei der Verwendungvon Booleschen Operatoren sind:

• Welche Geometrieteile erhalten und welche gelöscht werden.

• Ob an den Grenzen die Geometrie ’geteilt’ wird oder ob ’doppelte’ Geometrieerzeugt wird.

• Welche Nummerierung nach der Operation vorliegt.

Funktionen: Oft ist es notwendig, Werte während der Eingabe zu berechnen. Nebenden üblichen Operationen stehen hierzu vordefinierte Funktionen zur Verfügung. EineAuflistung dieser sogenannten ’Parametric Functions’ findet sich unter:GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Help ↘ Help Topics ↘ ANSYS Release ... Documentation↘ APDL Programmer’s Guide ↘ Using Parameters↘ Sub. of Numeric Para. Values ↘ Parametric Functions

Automatisches Vernetzen von Flächen: Das hier behandelte Beispiel ist speziellso ausgelegt, dass beim automatischem Vernetzen der Fläche ein eher unregelmäßigesNetz entsteht. Probleme dieser Art entstehen recht häufig, z.B. durch fehlerhaft erzeug-te Geometrien, schlecht ausgeführte Boolesche Operatoren andere ungenaue Daten, dieaus einem Zeichenprogramm übertragen wurden.Welche Systematik wird von ANSYS beim Vernetzen von Flächen verwendet?

• Alle an eine Fläche angrenzende Linien werden abhängig von der Länge in an-nähernd gleich lange Abschnitte unterteilt.

• Diese ’Vorvernetzung’ wird dann vom Rand in die Fläche ausgedehnt.

Das Unterteilen der Linien kann manuell mit den Befehlen esize und lesize vorge-nommen werden, wobei lesize auch die Möglichkeit bietet, die Anzahl festzulegen.Dies ist oft wichtig, wenn regelmäßige Netze gewünscht werden, aber unterschiedlichlange Seiten vorliegen. Eine Übersicht zum Vernetzen findet sich unter:GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Help Topics ↘ ANSYS Release ... Documentation↘ Modeling and Meshing Guide ↘ Generating the Mesh

Page 28: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

22 ANSYS-Classic

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Vernetzung von Flächen oder Volumen ist, obfree oder mapped meshing verwendet wird. Bei 2D-Strukturen versteht man hierunter:

• mapped meshing7 ⇔ ausschließlich vierkantige Elemente, d.h. regelmäßiges Netz

• free meshing8 ⇔ vierkantige Elemente, aber auch dreikantige Elemente sind zu-gelassen

In der Strukturmechanik werden i.d.R. Vierkantige Elemente bevorzugt. Das Vernetzenmit diesen ist jedoch erheblich aufwendiger. Eine Kontrolle, ob free oder mapped mes-hing verwendet wird, kann z.B. über mshape oder mshkey erfolgen. Um die Güteeines Netzes im erstem Schritt zu beurteilen gilt:

Einfache Kontrolle: Ein Netz ist gut, wenn es gut aussieht9

Auch hier noch einmal der Hinweis: Eine gute Strategie beim Vernetzen hilft enormweiter. Oft lassen sich mehrere kleinere Flächen besser und gleichmäßiger vernetzenals eine große Fläche.

Fehlerabschätzung: Um die Güte eines Netzes auch numerisch beurteilen zu könnenbietet ANSYS die Möglichkeit zur Fehlerabschätzung nach der Berechnung. Hierdurchlassen sich besonders ’schlechte’ Elemente finden und das Netz ggf. anpassen.GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ General Postproc ↘ Plot Results ↘ Contour Plot↘ Element Solu ↘ Error estimation

Auch die Warnungen bezüglich ’Shape testing’ dürfen kontrolliert werden, um danndas Netz entsprechend anzupassen.

Lokale, manuelle Netzverfeinerung: Das Anpassen eines Netzes kann z.B. über ei-ne lokale Netzverfeinerung erfolgen. Diese Möglichkeit ist z.B. in der ergänzten Eingabe-Datei in den Kommentarzeilen 45 bis 47 beschrieben. Diese Zeilen können eingelesenwerden.SYNTAXnrefine, von, bis, Schrittweite, Stärke, Tiefe,Nachbearbeiten, Netzart

7In 3D werden beim mapped meshing Quader erzeugt, vgl. hierzu auch Abschnitt 2.108In 3D werden ausschließlich Tetraeder verwendet, hier kann gut Element 187 verwendet werden, dies ist

ein Element mit Mittelknoten9Natürlich mit allen vorbehalten - aber zur ersten Kontrolle allemal gut geeignet...

Page 29: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.5 2D-Struktur, Platte 23

ANSYS-Eingabe zu 2D-Struktur, Platte

01 !-----------------------------------------------02 ! 2D-Struktur, Platte03 !-----------------------------------------------0405 /prep70607 !Material, Real Constants und Elementtyp08 mp,ex,1,0.3*10**809 mp,prxy,1,0.210 r,1,0.211 et,1,631213 !Keypoints14 k,11,0,315 k,12,4.5,316 k,13,4.5,617 k,14,0,61819 k,21,3.75,020 k,22,6.75,021 k,23,6.75,622 k,24,3.75,62324 k,31,1.691,3.21225 k,32,4.024,0.87926 k,33,4.873,1.727

27 k,34,2.539,4.0612829 !Flächen30 a,11,12,13,1431 a,21,22,23,2432 a,31,32,33,343334 ! Addieren der Flächen35 aadd,all3637 ! Vernetzen, hier ohne Vorgaben38 amesh,all3940 ! Auflager und Lasten41 lsel,s,loc,x,042 lsel,a,loc,x,6.7543 dl,all,,all44 lsel,all45 sfa,all,1,pres,54647 finish48 /solu4950 ! Lösen51 solve

Nachfolgend wird eine Möglichkeit aufgezeigt, das ’Loch zu stopfen’. Ferner wird ei-ne Elementgröße vorgegeben, so dass ein besseres Netz entsteht. Es wird beispielhaftaufgezeigt, wie eine lokale Netzverfeinerung durchgeführt werden kann.

ANSYS-Eingabe veränderte 2D-Struktur, Platte

01 !-----------------------------------------------02 ! 2D-Struktur, Platte, ergänzt03 ! Die zufällig entstandene Öffnung wird mit04 ! einer zusätzlichen Fläche abgedeckt. Es wird05 ! eine Netzweite vorgegeben.06 ! Zusätzlich besteht die Möglichkeit zur07 ! lokalen, manuellen Netzverfeinerung.08 !-----------------------------------------------0910 /prep71112 mp,ex,1,0.3*10**813 mp,prxy,1,0.214 r,1,0.215 et,1,631617 k,11,0,318 k,12,4.5,319 k,13,4.5,620 k,14,0,62122 k,21,3.75,023 k,22,6.75,024 k,23,6.75,625 k,24,3.75,62627 k,31,1.691,3.21228 k,32,4.024,0.879

29 k,33,4.873,1.72730 k,34,2.539,4.0613132 a,11,12,13,1433 a,21,22,23,2434 a,31,32,33,3435 !Fläche, die Öffnung abdekt36 a,31,32,233738 aadd,all3940 ! Vorgabe einer Netzgröße41 esize,0.242 amesh,all4344 ! Lokale manuelle Netzverfeinerung45 !nsel,s,loc,x,1.6,2.246 !nsel,r,loc,y,2.8,3.247 !nrefine,all,,,1,1,clean4849 lsel,s,loc,x,050 lsel,a,loc,x,6.7551 dl,all,,all52 lsel,all53 sfa,all,1,pres,55455 finish

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24 ANSYS-Classic

Übung 3.1 - Vernetzen von Scheibe mit runder Öffnung

Die in Abbildung 2.9 abgebildete Scheibe mit Öffnung soll zuerst erzeugt undim Anschluss vernetzt werden. Alle Abmessungen sind geeignet zu wählen. Soweit wie möglich, soll eine Eingabe-Datei geschrieben werden.

Abbildung 2.9: Scheibe mit runder Öffnung

Vorgehensweise

• Geometrieerzeugung:

– Erzeugen Sie die rechteckige Fläche mit dem Befehl rectng undden Kreis mit dem Befehl circle

– Verwenden Sie eine Boolesche Operation um die Linie von der Flä-che abzuziehen.

– Löschen Sie die Kreisfläche

• Vernetzen

– Überlegen Sie sich eine Strategie zur Vernetzung

– Falls gewünscht unterteilen Sie die Fläche mittels Boolescher Ope-ratoren in kleinere Segmente (Patches)

– Vernetzen Sie die Fläche bzw. die Teilflächen

N

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2.6 Plastisches Materialverhalten, Symmetriebedingungen 25

Übung 3.2 - Vernetzen einer Platte mit geradlinigem Ausschnitt

Die in Abbildung 2.10 abgebildete Platte soll erzeugt und vernetzt werden. DasNetz soll aus annähernd quadratischen Elementen ähnlicher Größe bestehen.Nachträglich soll das Netz an den einspringenden Ecken zweistufig verfeinertwerden.

Abbildung 2.10: Steffen’s Deckenplatte aus dem P1

Hinweise:

• Schreiben Sie so weit wie möglich eine Eingabe-Datei

• Überlegen Sie sich zuerst eine Strategie zum Vernetzen und erzeugenSie danach die benötigte Geometrie

• Kleinere Flächen mit einfacher Geometrie lassen sich oft besser vernet-zen als große Flächen mit komplizierter Geometrie.

N

2.6 Plastisches Materialverhalten,Symmetriebedingungen

Vorgestellt von: Daniel Albrecht

Mit freundlicher Lehrstuhl Mechanik StatikUnterstützung: Priv.-Doz. Dr.-Ing. Michael Brünig

Mit der in Abbildung 2.11 gezeigte Materialprobe wird ein weggesteuerter Zugversuchdurchgeführt. Hierbei wird der Bereich des elastischen Materialverhaltens verlassen, sodass bei der Berechnung plastische Verformungen zu berücksichtigen sind.

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26 ANSYS-Classic

uu

Abbildung 2.11: Probenstück

Mit der erzeugten Eingabe-Datei sollen später für verschiedene Größen Parameterstudi-en durchgeführt werden. Dies hat zur Folge, dass viele Berechnungen gemacht werdenmüssen. Um hierbei den Rechenaufwand zu minimieren, sollen alle möglichen Sym-metriebedingungen ausgenutzt werden. Abbildung 2.12 zeigt das in ANSYS erzeugteModel. Die Randbedingungen können der Eingabe-Datei entnommen werden.

b2

r1

b4

l1 l2 l3

l

b2

Abbildung 2.12: Modelliertes Probenstück unter Ausnutzung der Symmetrie

Beim Vernetzen soll insbesondere darauf geachtet werden, dass das verwendete Netznur vierknotige plane182-Elemente enthält. Hierbei muß berücksichtigt werden, dassder Radius r1 variiert werden soll. Als kleinster Wert soll mit b/4 gerechnet werden.Somit stehen die Materialkante und der Kreisausschnitt ⊥ zueinander. Um hier ein un-regelmäßiges Netz zu vermeiden, wurde die Fläche mit einem Spline geteilt.

ANSYS-Eingabe Plastisches Materialverhalten, Symmetriebedingungen

001 !-----------------------------------------------002 ! Plastisches Materialverhalten, Symmetrie003 !-----------------------------------------------004 ! Definierte Parameter005 ! Längen und Breiten006 lng = 60.00007 lng1 = 12.50008 lng2 = 12.50009 lng3 = 16.25010 brt = 10.00011 ra1 = 2.5012 ! Elementanzahl in versch. Abschnitten013 elemanzx =10014 elemanz1 =10015 elemanz2 =10016 elemanz3 =10017 elemanz4 =10018 elemanz5 =10019 ! Hilfsparameter Ausschnitt020 h = (ra1**2-(ra1-brt/4)**2)**0.5

021 ! Nichtlineare Analyse022 vsch = 1.0023 incre = 20024 ! Definierte Materialparameter025 EMd = 45000026 Querk = 0.25027 DIK = 1.00028029 !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++030 /prep7031032 ! Materialeigenschaften elastisch033 mp,ex,1,EMd034 mp,prxy,1,Querk035 r,1,DIK036 et,1,182037038 ! Materialeigenschaften plastisch039040 tb,nliso,1

Page 33: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.6 Plastisches Materialverhalten, Symmetriebedingungen 27

041 tbtemp,0042 tbdata,,347,300,125,28043044 ! Erzeugen der Grundflächen045 k,1,0,0046 k,2,0,lng1047 k,3,0,lng1+lng2048 k,4,0,lng1+lng2+lng3049 k,5,0,lng050 k,6,brt,lng051 k,7,brt,lng1+lng2+lng3052 k,8,brt/2,lng1+lng2053 k,9,brt/2,lng1054 k,10,brt/2,0055 k,11,brt/4+ra1,0 ! Kreismittelpunkt056 k,12,-1,2*h ! Hilfe Spline057058 l,1,2059 l,2,3060 l,3,4061 l,4,5062 l,5,6063 l,6,7064 spline,7,8,,,,,1,1,0,0,-1,0065 l,8,9066 l,9,10067 l,10,1068 l,2,9069 l,3,8070 l,4,7071072 lsel,s,loc,y,0,lng1073 al,all074 lsel,all075 lsel,s,loc,y,lng1,lng1+lng2076 al,all077 lsel,all078 lsel,s,loc,y,lng1+lng2,lng1+lng2+lng3079 al,all080 lsel,all081 lsel,s,loc,y,lng1+lng2+lng3,lng082 al,all083 lsel,all084085 ! Verengung086 circle,11,ra1087 asbl,all,all088 ksel,s,loc,x,0089 lslk,s,0090 asll,s,0091 asel,inve092 adele,all,,,1093 allsel,all,all094 kdele,11095096 ! Hilfsspline zur Vernetzung097 ksel,s,loc,x,brt/2098 ksel,r,loc,y,h099 *get,dummy,kp,0,num,max100 ksel,all101 spline,dummy,12,,,,,1,-1,0,-1,0,0102 ksel,s,kp,,dummy103 lslk,s,0104 asll,s,0105 asbl,all,all106 asel,all107 lsel,all108109 ! Vernetzung

110111 lsel,s,loc,y,0112 lsel,a,loc,y,lng1113 lsel,a,loc,y,lng1+lng2114 lsel,a,loc,y,lng1+lng2+lng3115 lsel,a,loc,y,lng116 lsel,a,loc,y,h,2*h117 lesize,all,,,elemanzx118 lsel,all119120 lsel,s,loc,y,0,2*h121 lsel,u,loc,y,0122 lsel,u,loc,y,h,2*h123 lesize,all,,,elemanz1124 lsel,all125126 lsel,s,loc,y,h,lng1127 lsel,u,loc,y,h,2*h128 lsel,u,loc,y,lng1129 lesize,all,,,elemanz2130 lsel,all131132 lsel,s,loc,y,lng1,lng1+lng2133 lsel,u,loc,y,lng1134 lsel,u,loc,y,lng1+lng2135 lesize,all,,,elemanz3136 lsel,all137138 lsel,s,loc,y,lng1+lng2,lng1+lng2+lng3139 lsel,u,loc,y,lng1+lng2140 lsel,u,loc,y,lng1+lng2+lng3141 lesize,all,,,elemanz4142 lsel,all143144 lsel,s,loc,y,lng1+lng2+lng3,lng145 lsel,u,loc,y,lng1+lng2+lng3146 lsel,u,loc,y,lng147 lesize,all,,,elemanz5148 lsel,all149150 amesh,all151152 finish153 /solu154155 antype,static156157 ! Nichtlineare Berechnung158 nlgeom,on159 nsubst,incre,incre,incre160 outres,all,all161162 ! Randbedingungen aus Symmetrie163 nsel,s,loc,y,0164 d,all,uy,0165 nsel,all166 nsel,s,loc,x,0167 d,all,ux,0168 nsel,all169170 ! Verschiebungsgesteuerte Berechnung171 nsel,s,loc,y,lng172 d,all,uy,vsch173 nsel,all174175 solve176177 /post1178 pldisp,1

Übung 9 - Zugversuch, Weggesteuert

Die in Abbildung 2.13 gezeigte Materialprobe soll für verschieden Winkel α be-rechnet werden. Hier ist nur eine Hälfte abgebildet. Der gekrümmte Rand wirddurch einen Spline geformt, wobei an der linken oberen Stelle kein Knick ent-stehen soll und der untere Winkel im Bereich 0 ≤ α ≤ 90◦ liegt.

Page 34: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

28 ANSYS-Classic

Aufgaben:

• Generieren Sie unter Berücksichtigung der Symmetriebedingungen einModel

• Vernetzen Sie das Model mit 4-knotigen Elementen analog zum Beispiel

• Berechnungen

– Linear elastische Berechnung

– Plastisch, ohne Wahl der Inkrementanzahl

– Plastisch mit Wahl der Inkrementanzahl (max. 100)

– Mit verschiedenen Elementanzahlen und Typen

Alle fehlenden Parameter können sinnvoll gewählt werden.

ll

l

l

αu = 0

u

Abbildung 2.13: Zu untersuchende Materialproben

N

2.7 Rahmen mit Streckenlast, Gelenk und verdrehtemAuflager

Der in Abbildung 2.14 gezeichnete Rahmen soll für verschiedene Abmessungen L1,L2, L3, Material- und Profileigenschaften, Belastungen sowie verschiedene Gelenkeuntersucht werden. Hierzu wird die Eingabe-Datei so aufbereitet, dass diese Parameteram Anfang verändert werden können.

Page 35: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.7 Rahmen mit Streckenlast, Gelenk und verdrehtem Auflager 29

Gelenk

L3

45◦

L2

L1

Abbildung 2.14: Rahmen mit Streckenlast, Gelenk und verdrehtem Auflager

Doppelknoten, Gelenke: An einer Stelle, an der mehrere Elemente einen Knotenteilen, sind alle Freiheitsgrade gekoppelt. Diese lassen sich nicht entkoppeln.Um ein Gelenk, d.h. entkoppelte Freiheitsgrade zu erzeugen, müssen an dieser Stellemehrere Knoten erzeugt werden. Hier sind dann alle Freiheitsgrade entkoppelt. In ei-nem zweitem Schritt können dann die gewünschten Freiheitsgrade gekoppelt werden10.Dies kann z.B. über den cp-Befehl erfolgen, vgl. Beispiel Zeilen 105 bis 120.

Variablendefinition: Soll eine Berechnung für verschieden Abmessungen, Materi-aleigenschaften, etc. durchgeführt werden, bietet es sich an, diese als Parameter amAnfang des Eingabe-Datei zu definieren. So muss die Größe nicht in der ganzen Dateigesucht und geändert werden. Beim Aufbau der Eingabe-Datei ist dann jedoch daraufzu achten, dass alles wie gewünscht funktioniert, wenn die entsprechenden Parameterverändert werden. Die Wertzuweisung kann auf zwei Arten erfolgen:SYNTAXVariablenname = Wert1,...,Wert10oder über*set, Variablenname, Wert1,...,Wert10

Definition von Koordinatensystemen: An vielen Stellen ist das Arbeiten wesent-lich leichter oder es ist zwingend notwendig, wenn neue Koordinatensysteme definiertwerden. Hierbei wird unterschieden zwischen Koordinatensystemen verschieden Typs:

• Globale und Lokale (global and local) KOS

• Anzeige (display) KOS

10Mit beam44-Elementen lassen sich auch Freiheitsgrade an bestimmten Knoten entkoppeln.

Page 36: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

30 ANSYS-Classic

• Knoten (nodal) KOS

• Element (element) KOS

• Ergebnis (result) KOS

Zur Definition neuer Koordinatensysteme stehen verschiedene Möglichkeiten zur Ver-fügung. Eine Übersicht findet sich unter:GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Help Topics ↘ ANSYS Release ... Documentation↘ Modeling and Meshing Guide ↘ Coordinate Systems↘ Global and Local Coordinate Systems

Hierbei ist ferner zu beachten, dass ANSYS bereits über verschiedene voreingestell-te Koordinatensysteme verfügt, die die Nummern 1 bis 10 belegen. In dem hier vor-gestelltem Beispiel, wird ein neues lokales Koordinatensystem erzeugt und aktiviert,dann wird das Knotenkoordinatensystem ebenfalls gedreht, die Auflagerbedingungenaufgebracht und das ’alte (lokale)’ Koordinatensystem aktiviert, vgl. Beispiel Zeilen85 bis 94. Dies ist hier zwingend notwendig, ohne dem lassen sich die gewünschtenAuflagerbedingungen nicht aufbringen.

Der *get-Befehl: Beim Solid-Modeling kommt es häufig zu Fragen wie: WelcheKnotennummer hat denn jetzt genau dieser Knoten?, Wie viele Knoten hat diese Linie?,Wie groß ist denn diese Fläche?, (...). Hierzu steht der sehr umfangreiche *get-Befehlzur Verfügung. In dem hier bearbeiteten Beispiel wurde die Streckenlast auf die Knotendirekt aufgebracht11. Um dies durchzuführen, wird die Knotenanzahl des horizontalenBalkens benötigt. In Zeile 128 wird hierzu der *get-Befehl verwendet.

Das If-then-else-Konstrukt: Um Fallunterscheidungen in einer Eingabe Datei vor-nehmen zu können wird das If-then-else-Konstrukt verwendet. Die Befehlsfolge lautetwie folgt:SYNTAX

*if, Wert1, Operator, Wert2, thenAnweisung

*elseif, Wert1, Operator, Wert2Anweisung... (Zusätzliche *elseif Fälle)

*elseAnweisung

*endif

Ein Beispiel für die Verwendung wird in den Zeilen 105 bis 122 gezeigt. Hier wird soentschieden, welches Gelenk verwendet wird.11Dies geschieht hier nicht ganz sauber, da die Randknoten eine zu hohe Last bekommen, aber zu Demons-

trationszwecken ausreichend.

Page 37: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.7 Rahmen mit Streckenlast, Gelenk und verdrehtem Auflager 31

Hinweis: Der *if-Befehl alleine, kann auch für andere Zwecke verwendet werden,vgl. hierzu ANSYS-Hilfe.

Abbruch von Schleifen Innerhalb der Schleife kann kein /eof verwendet werden.Ein vorzeitiges Abbrechen der Schleife kann durch nachfolgenden Befehl (Sprungan-weisung) erreicht werden.SYNTAX

*if, Wert1, Operator, Wert2, exit

Hinweis: Sind keine regelmäßigen Abstände gegeben, kann u.U. ein Kombination mitdem in Abschnitt 2.7 vorgestelltem If-Then-Else-Konstrukt verwendet werden,wobei der Laufparameter als Kriterium für die If-Then-Else-Beziehung genutztwird.

ANSYS-Eingabe Rahmen mit Streckenlast, Gelenk und verdrehtem Auflager

001 !-----------------------------------------------002 ! Rahmen mit Streckenlast, Gelenk & verdr. Aufl.003 !-----------------------------------------------004005 !:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::006 ! Eingabeteil007 !:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::008009 ! Materialeigenschaften010 EModul = 2.1*10**8 ![kN/m^2]011 Querk = 0.3 ![-]012013 ! Profileigenschaften014 Flae = 5*10**(-3) ![m^2]015 FM2G = 40*10**(-6) ![m^4]016 Hoe = 0.2 ![m]017018 ! Abmessungen des Rahmens019 *set,l1,4 ![m]020 *set,l2,8 ![m]021 *set,l3,6 ![m]022023 ! Elementgröße024 *set,elegr,0.5 ![m]025026 ! Streckenlast027 *set,Last,5 ![kN/m]028029 ! Steuerparameter Auflager030 SteuPara = 5031 ! SteuPara = 1 => Momentengelenk032 ! SteuPara = 2 => Querkraftgelenk033 ! SteuPara = 3 => Normalkraftgelenk034 ! case default => Kein Gelenk035036 !:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::037 ! Ohne weitere Eingabe038 !:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::039040 /prep7041042 ! Keypoints (zwei KP’s am Gelenk!)043 k,1,0,0044 k,2,0,l1045 k,12,0,l1046 k,3,l2,l1047 k,4,l2,(l1-l3)048049 ! Hilfs-Keypoints zur Def. KOOS050 k,10000,l2,(l1-l3)051 k,10001,l2+1,(l1-l3)+1052 k,10002,l2-1,(l1-l3)+1053

054 ! Linien055 l,1,2056 l,12,3057 l,3,4058059 ! Elementtyp060 et,1,3 ! Beam3061 keyopt,1,6,1062 keyopt,1,9,0063064 ! Materialeigenschaften065 mp,ex,1,EModul066 mp,prxy,1,Querk067068 ! Profileigenschaften069 r,1,Flae,FM2G,Hoe,0070071 ! Elementgröße072 esize,elegr073 lmesh,all074075 ! Auflager ’links’076 nsel,s,loc,x,0077 nsel,r,loc,y,0078 d,all,all079 nsel,all080081 ! Auflager ’rechts’082 nsel,s,loc,x,l2083 nsel,r,loc,y,(l1-l3)084085 ! Definition KOOS für Auflager ’rechts’086 cskp,11,CART,10000,10001,10002087 csys,11088 nrotat,all089090 d,all,uy091 d,all,rotz092093 ! Zurück auf ursprüngliches KOOS094 csys,0095096 ! Löschen der KP-KOOS097 kdele,10000,10002098099 nsel,all100101 ! Gelenk, verbinden der Knotenfreiheitsgrade102 nsel,s,loc,x,0103 nsel,r,loc,y,l1104105 *if,SteuPara,EQ,1,THEN106 cp,next,ux,all

Page 38: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

32 ANSYS-Classic

107 cp,next,uy,all108109 *elseif,SteuPara,EQ,2110 cp,next,uy,all111 cp,next,rotz,all112113 *elseif,SteuPara,EQ,3114 cp,next,ux,all115 cp,next,rotz,all116117 *else118 cp,next,ux,all119 cp,next,uy,all120 cp,next,rotz,all121122 *endif123

124 nsel,all125126 ! Belastung, Hier auf Knoten aufgebracht127 nsel,s,loc,y,l1128 *get,knanz,node,0,count129 !Achtung mit dem Doppelknoten130 f,all,fy,-(Last*l2)/(knanz-1)131 nsel,all132133 finish134 /solu135136 ! Lösen137 solve138139 ! Ausgabe kann analog zu Bsp. 1 erfolgen

Übung 4 - Balken mit verdrehtem Gelenk und zwei Lasten

Der in Abbildung 2.15 gezeigte Balken soll für verschiedene Winkelabmessun-gen α und β untersucht werden. Ferner soll die Möglichkeit bestehen, wahlwei-se die Belastungen P̄ , M̄ oder ’beide’ aufzubringen.

βα

Abbildung 2.15: Balken mit verdrehtem Gelenk und zwei Lasten

• Schreiben Sie eine Eingabe-Datei, bei der in einem erstem Teil die ver-änderlichen Größen eingegeben werden können, so dass in dem nach-folgendem Teil keine Veränderungen mehr notwendig sind.

• Die Steuerung der Lasten soll über ein *if-Konstrukt gesteuert werden.

• Prüfen Sie Ihre Ergebnisse auf Plausibilität anhand der grafischen Ober-fläche.

Hinweise:

• Wählen Sie sinnvolle Abmessungen sowie Profil- und Materialeigenschaf-ten.

• Es sollen beam3-Elemente verwendet werden

N

Page 39: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.8 Knicken und Beulen – Buckling Analysis 33

2.8 Knicken und Beulen – Buckling AnalysisDas in Abbildung 2.16 abgebildete System soll auf Knicken untersucht werden. Hierbeisollen die Steifigkeiten der horizontalen Balken im Bereich:

10−4 · I1 ≤ I2 ≤ 104 · I1

in 10’er Potenzen variiert werden; dies erfolgt durch eine Schleife. Die Ergebnisse wer-den auf verschiedene Arten gespeichert. Es wird ein quadratischer Querschnitt verwen-det.

I2

l2

l1

I2

I1

Abbildung 2.16: Modellbeispiel Buckling Analysis

Verschiedene Berechnungsarten: Zu Begin einer Berechnung muss festgelegt wer-den, welche Art der Analyse durchgeführt werden soll12. Eine Übersicht der verschie-denen Berechnungsarten findet sich z.B. unter:SYNTAXhelp, antype

Wobei der Befehl antype selbst die Berechnungsart festlegt. In dem vorgestelltemBeispiel wird im erstem Schritt eine ’normale’ lineare Berechnung durchgeführt, an-schließend werden die Spannungen übernommen und eine Knicklastberechnung13 durch-geführt.

12Bis jetzt ist dies nicht aufgetaucht, da der ’Default-Wert’ = 1, d.h. Static ist13Die Übersetzung für Knicken und Beulen ins Englische ist Buckling

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34 ANSYS-Classic

Der /clear-Befehl Wird eine Parameterstudie durchgeführt, sind bei jedem durch-laufen der Schleife die Daten zu löschen. Dies erfolgt durch den /clear-Befehl. Ach-tung: Hierbei werden alle nicht anderweitig gespeicherten Daten gelöscht. Ein Zwi-schenspeichern der Parameter kann z.B. durch die in Zeilen 35 bis 40 beschriebeneBefehlsfolge erzielt werden.

ANSYS-Eingabe Buckling Analysis, Speichern Ergebnisse, Schleifen

001 !-----------------------------------------------002 ! Buckling Anal., Speichern Ergeb., Schleifen003 !-----------------------------------------------004005 ! Materialeigenschaften006 EModul = 2.1*10**8 ![kN/m^2]007 Querk = 0.3 ![-]008009 ! Profileigenschaften, hier quadr. Querschnitt010 Hoe = 0.1 ![m]011012 ! Elementgröße013 *set,elegr,0.5 ![m]014015 ! Tabelle definieren016 *dim,Tabelle,array,3,9017018 ! Laufparamenter für die Berechnungsnummer019 BerNr = -1020021 ! Öffnen einer Text Datei zum Speichern Ergebn.022 *cfopen,Ergebnisse,txt023024 !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++025026 !:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::027 ! Schleifen-Anfang028 *do,verha,1,9029 !:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::030031032 ! Erhöhen der Berechnungsnummer033 BerNr = BerNr + 1034035 ! Zwischenspeichern036 *if,verha,gt,1,then037 parsav,all,speich038 /clear039 parres,new,speich040 *endif041042 /prep7043 et,1,3044 mp,ex,1,EModul045 mp,prxy,1,Querk046047 ! Basisprofil, #1048 r,1,Hoe*Hoe,1/12*Hoe*Hoe*Hoe*Hoe,Hoe,0049050 ! Seitliches Profil051 Hoe2 = (12*(1/12*(Hoe**4))*

!Fortsetzung! (10**(-5+verha)))**0.25052 r,2,Hoe2*Hoe2,1/12*Hoe2*Hoe2*Hoe2*Hoe2,Hoe2,0053054 ! Geometrie055 k,1,3,0056 k,2,0,0057 k,3,0,4058 k,4,3,4059060 l,1,2061 l,2,3062 l,3,4063064 ! Vernetzen065 lsel,s,loc,x,0066 real,1067 esize,elegr068 lmesh,all

069 lsel,all070 lsel,s,loc,y,0071 lsel,a,loc,y,4072 real,2073 esize,elegr074 lmesh,all075 lsel,all076077 finish078 /solu079080 ! Statische Analyse081 antype,static082 pstres,on083084 ! Auflager und ’1’-Last085 nsel,s,loc,x,3086 d,all,rotz087 d,all,ux088 nsel,all089090 nsel,s,loc,x,0091 nsel,r,loc,y,0092 d,all,uy093 nsel,all094095 nsel,s,loc,x,0096 nsel,r,loc,y,4097 f,all,fy,-1098 nsel,all099100 solve101102 finish103 /solu104105 ! Knickanalyse106 antype,buckling,new107 bucopt,lanb,1108109 solve110111 finish112 /solu113 expass,on114 mxpand,1115116 solve117118 finish119 /post1120 !Einlesen 1. Beulform (könnte entfallen...)121 set,first122123 ! Benennen der Knicklast124 *get,knickl,active,,set,freq125126 ! Speichern Tabelle, in Ansys definiert127 Tabelle(1,verha)=BerNr128 Tabelle(2,verha)=10**(-5+verha)129 Tabelle(3,verha)=knickl130131 ! Speichern in Text Datei132 *vwrite,BerNr,10**(-5+verha),knickl133 (f4.0,1x,e10.3,1x,e10.3)134 ! ohne Leerzeichen am Zeilenanfang (!)135136 ! Speichern der Knickfigur137 pldisp,1

Page 41: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.8 Knicken und Beulen – Buckling Analysis 35

138139 /SHOW,PSCR140 PSCR,HIRES,0141 /DEVICE,VECTOR,0142 /GFILE,800,143144 PSCR,PAPER,A,LAND145 PSCR,COLOR,2146 PSCR,TIFF,0147 PSCR,LWID,3148149 /CMAP,_TEMPCMAP_,CMP,,SAVE150 /RGB,INDEX,100,100,100,0151 /RGB,INDEX,0,0,0,15152 /REPLOT153 /CMAP,_TEMPCMAP_,CMP

154 /DELETE,_TEMPCMAP_,CMP155 /SHOW,CLOSE156 /DEVICE,VECTOR,0157158 finish159160 !:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::161 ! Schleifen-Ende162 *enddo163 !:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::164165 ! Schließen der Textdatei166 *cfclos167168 finish

Speichern in Tabellen: ANSYS bietet die Möglichkeit bis zu dreidimensionale14

Tabellen zu definieren. Dies erfolgt durch den *dim-Befehl. In dem behandeltem Bei-spiel gehören somit die Zeilen 16 und 127 bis 129 ’zusammen’. Die Tabelle kann späterwie folgt ausgegeben werden:GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ List ↘ Other ↘ Named Parameter...

Speichern in Text-Dateien: Eine weitere Möglichkeit die Ergebnisse zu sichern be-steht darin, diese in eine externe Datei zu schreiben, z.B. eine Text-Datei. Die Datenkönnen dann später von anderen Programmen eingelesen und weiter bearbeitet werden.Standardmäßig wird diese Datei in das Arbeitsverzeichnis geschrieben. Im Beispiel ge-schieht dies durch folgende Zeilen:SYNTAX

*cfopen,Ergebnisse,txt

*vwrite,Wert1,Wert2,Wert3(f4.0,1x,e10.3,1x,e10.3)

*cfclos

Zuerst wird die Datei Ergebnisse.txt geöffnet, dann werden pro Schleifendurch-lauf drei Parameter pro Zeile in dem angegebenem Format geschrieben und nach Be-enden der Schleife wird die Datei geschlossen. Die Formatangabe ist ’very similar’ zuFORTRAN; in der folgenden Tabelle hierzu einige Erläuterungen, vgl. aber auch [2].

Format Erläuterung Beispiel

fw.d Gleitkomma, w Spalten, d Nachkommastellen f8.3 → -234.678ew.d Exponential, w Spalten, d Nachkommastellen e8.3 → -.345e-8wx w Freispalten

Hierbei sind die speziellen Formatangaben des *write-Befehls zu beachten. Die Spal-tenanzahl gibt die Gesamtstellen an, d.h. incl. Vorzeichen, Punkt und zusätzlichen Zei-

14In erweiterter Syntax bis fünfdimensional

Page 42: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

36 ANSYS-Classic

chen. Wird der in dem entsprechendem Format darstellbare Zahlenbereich15 verlassen,wird z.B. ******** ausgegeben.

Speichern der grafischen Ergebnisse: Die am Bildschirm darstellbaren Ergebnisselassen sich auch in einer Datei ausgeben. Standardmäßig wird diese Datei ebenfalls indas Arbeitsverzeichnis mit dem Namen fileXXX.Dateityp geschrieben. Die Zei-len 136 bis 156 wurden über die grafische Oberfläche erzeugt und dann aus dem SessionEditor kopiert. Die laufende Nummer startet hierbei mit dem Wert 0, daher hat hier dieerste Rechnung auch den Wert 0.

Übung 5 - Buckling Analysis, Platte mit Ringbalken

Mit der in Abbildung 2.17 gezeigten quadratischen Platte mit Ringbalken solleine Beulanalyse durchgeführt werden. Hierbei soll die Steifigkeit des Ringbal-kens über eine Schleife variiert werden. Gehen Sie hierbei wie folgt vor:

z

y

x

Abbildung 2.17: Buckling Analysis bei Platte mit Ringbalken

• Schreiben Sie zuerst eine Eingabe-Datei ohne Schleife.

• Erstellen Sie die quadratische Platte in der x,z-Ebene und vernetzen Siediese mit shell63-Elementen.

• Vernetzen Sie jetzt die Linien mit beam4-Elementen und kontrollieren Sieob diese die gleichen Knoten haben (z.B. über den elist-Befehl).

15Der von ANSYS darstellbare Zahlenbereich beträgt 1.0e-60 bis 1.0e60, Maschinenabhängig?

Page 43: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.9 Stahlbau, Verzweigungslast und Traglast 37

• Bringen Sie die Auflagerbedingungen wie folgt auf:

– Unterer Rand: uy = uz = 0

– Restliche Ränder: uy = 0

– Zusätzlich ein Knoten mit ux = 0

• Bringen Sie die 1̄-Last auf und führen Sie eine statische Strukturanalysesowie eine Beulanalyse durch.

• Schreiben Sie eine ’Äußere’-Schleife dazu, die die Steifigkeit des Ring-balkens variiert.

Hinweise:

• Wählen Sie sinnvolle Abmessungen sowie Profil- und Materialeigenschaf-ten.

• Zusätzlich können die Ergebnisse noch in eine Text-Datei geschriebenwerden. Wie lassen sich die Beulformen grafisch speichern?

• Mit /esha kann auch grafisch die Elementdicke dargestellt werden.

N

2.9 Stahlbau, Verzweigungslast und Traglast

Vorgestellt von: Eva Preckwinkel

Mit freundlicher Lehrstuhl StahlbauUnterstützung:

Für das in Abbildung 2.18 gezeigte Stahlblech soll eine Beulberechnung (Verzwei-gungslast und Traglast) durchgeführt werden. Die Platte ist quadratisch und wird zu-sätzlich senkrecht zur gezeigten Ebene an allen Rändern gehalten.

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38 ANSYS-Classic

l

l

Abbildung 2.18: Platte zur Traglastberechnung

Hierfür wird folgendes Modell gebildet:

Material: Es wird vereinfacht ein bilineares Materialverhalten für den Stahl ange-setzt. Bei der Beschreibung des Materials (BKIN - bilinear kinematisch) sind dafürfolgende Angaben notwendig:

• Fließgrenze

• Steigung nach Erreichen der Fließgrenze

Horizontaler Ast

ε

fy

σ

E

Abbildung 2.19: Materialgesetz

Geometrie: Da es sich um eine rechteckige Form handelt, wird eine direkte gene-rierung der Elemente durchgeführt. Hierbei wird ein rechteckiges Element erzeugt undmehrfach kopiert.Hinweis: Die Knoten wurden hier vor dem Erzeugen und Kopieren der Elemente er-zeugt, vgl. egen-Befehl.

Page 45: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.9 Stahlbau, Verzweigungslast und Traglast 39

Zu den Auflagern: Besondere Aufmerksamkeit ist den Randbedingungen/Auflagernzu widmen. Sie müssen so angeordnet sein, dass sich die Beulform frei einstellen kann.

Berechnung der Verzweigungslast: Es sind 3 Berechnungsschritte notwendig:

1. statische Anlyse

2. Beulberechnung

3. Expandieren der Ergebnisse

Traglastberechnung: Bei der Traglastberechnung wird eine Vorverformung aufge-bracht und dann die Last in mehreren Schritten aufgebracht. In jedem Schritt werden soviele Berechnungen durchgeführt, bis Gleichgewicht vorliegt (iterativ). Dabei wird derEinfluss der Verformungen in die Berechnung einbezogen.Die Ergebnisse der Berechnungen können im Diagramm über die Zeit (aufgebrachteLast) dargestellt werden. Um eine möglichst ungünstige Vorverformung aufzubringen,wird die in der vorangestellten Verzweigungslastanalyse ermittelte Verformung als Vor-verformung aufgebracht.

ANSYS-Eingabe Verzeigungs- und Traglast

001 !-----------------------------------------------002 ! Stahlbau, Verzweigungslast und Traglast003 !-----------------------------------------------004005 finish006 /clear,start007 /filename,beulen008009 ! Konstanten010 ! Materialkonstanten011 Emodul=210000012 Qdehn=0.3013 fy_k=235014 ! Abmessungen der Scheibe015 Breite=100016 Hoehe=100017 Dicke=1018 ! Elementgröße019 Ele_Gr=10020 ! Elementanzahl021 Ele_b=NINT(Breite/Ele_Gr)022 Ele_h=NINT(Hoehe/Ele_Gr)023 !Elementabmessungen024 Ell_b=Breite/Ele_b025 Ell_h=Breite/Ele_h026027 N_pl=fy_k*Breite*Dicke028029 /prep7030031 ! Knoten definieren - direkte Generierung032 n,1,0,0,0033 n,1+Ele_b,0,0,Breite034 fill,1,1+Ele_b035 Ngen,Ele_h+1,Ele_b+1,all,,,,Ell_h036 ! Elemente generieren037 ! Elementtyp038 et,1,shell181039 ! Real Constants040 r,1,Dicke041 ! Material042 mp,ex,1,emodul

043 mp,prxy,1,qdehn044 ! bilineares Materialverhalten045 tb,bkin,1,046 tbdata,1,fy_k,0047 tbplot,bkin,1048049 e,1,2,Ele_b+3,Ele_b+2050 egen,ele_b,1,all051 egen,ele_h,ele_b+1,all052053 /Solu054055 ! Auflager aufbringen056 ! unterer Rand057 nsel,s,loc,y,0058 d,all,uy,0,,,,ux059 nsel,all060061 nsel,s,loc,y,Hoehe062 d,all,ux,0063 nsel,all064065 ! seitliche Ränder066 nsel,s,loc,z,0067 d,all,ux,0068 nsel,all069070 nsel,s,loc,z,Breite071 d,all,ux,0072 nsel,all073074 d,1,uz,0075076 ! Belastung aufbringen (1-Last)077 ! Umrechnung der 1-Last auf die Knoten078 klast=1/Breite*Ell_b079080 ! Last auf mittlere Knoten aufbringen081 nsel,s,loc,y,Hoehe082 nsel,u,loc,z,0083 nsel,u,loc,z,Breite084 f,all,fy,-klast

Page 46: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

40 ANSYS-Classic

085086 ! Last auf Eckknoten aufbringen087 nsel,inve088 nsel,r,loc,y,Hoehe089 f,all,fy,-klast/2090 nsel,all091092 ! 1. Lösung: statische Berechnung093 Antype,static094 pstres,on095096 solve097 finish098099 ! 2. Lösung: Beulberechnung100101 /Solu102 antype,buckle103 bucopt,subsp,1,0,0104105 solve106 finish107108 ! 3. Expandieren der Lösung109110 /solu111 expass,on112 mxpand,1,,,yes113 solve114 finish115116 ! Ergebnisse der Beulberechnung117118 /post1119120 ! Auslesen des Beulwertes der 1. Eigenform121 set,first122 *get,N_ki,active,,set,freq123124 ! Ermitteln des Knotens mit der125 ! maximalen Verformung ux126 nsort,u,x,0,1,,0127 *get,u_max,sort,0,max128 *get,n_max,sort,0,imax129130 save131 finish132133 ! Traglastberechnung134135 /prep7136

137 ! Vorverformung L/250 aufbringen138 upgeom,Breite/250/u_max,,,beulen,rst139140 ! Überprüfen der aufgebrachten Vorverformung141 nsel,s,node,,n_max142 nlist143 nsel,all144145 /solu146147 Antype,static148 nlgeom,on149150 ! Bogenlängengenverfahren151 arclen,on,2,1/2000152 nsubst,20153154 ! Abbruchkriterium155 arctrm,l156 outres,all,all157158 ! Skalieren der 1-Last auf N_pl159 fscale,N_pl160161 solve162 finish163164 ! Last-Verschiebungs Diagramm165166 /post26167168 ! Verschiebung des Punktes n_max in169 ! Variable 2 einlesen170 nsol,2,n_max,u,x171172) ! Gesamtlast in Variable 3 einlesen (Time x N_pl)173 prod,3,1,,,Belastung,,,N_pl174175 ! Darstellung im Diagramm176 xvar,2177 plvar,3178179 ! Bezeichnung der Achsen180 /axlab,y,Kraft181 /axlab,x,Verschiebung182 /replot183184 ! Abminderungsfaktor kappa berechnen185 *get,kappa,vari,1,extrem,tmax186187 finish

Übung 11 - Knicken mit beam188-Elementen

Eine am Fuß gelenkig gelagerte und am Kopf seitlich gehaltene Stütze soll aufKnicken untersucht werden. Die Sütze ist zentrisch durch Normalkräfte belastetund besteht aus einem I-Profil aus Stahl.Aufgaben: Erzeugen Sie die Geometrie der Stütze mit beam188-Elementen.Für diese Elemente können verschiedene Querschnitte ausgewählt werden.(Kommando: SECTYPE oder im Preprocessor/Sections/Beams...)Bringen Sie die Auflager an. Beachten Sie dabei, dass es sich um ein 3D Pro-blem handelt.Belasten Sie die Stütze mit einer 1̄-Last und führen Sie die Verzeigungslastana-lyse durch.Führen Sie eine Traglastberechnung mit sinnvoller Vorverformung und Belas-tung durch.

N

Page 47: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.10 Wärmeleitung, ein 3D-Beispiel 41

2.10 Wärmeleitung, ein 3D-Beispiel

Für die in Abbildung 2.20 gezeigte ’Balkonplatte’ soll unter den gegebenen Randbe-dingungen der Temperaturverlauf gefunden werden.Dies Beispiel ist [4] entnommen; Die Eingabe-Datei wurde selbst erzeugt.

Konstante Wärme Konvektion Sonneneinstrahlung

Abbildung 2.20: Wärmeleitung an 3D-Beispiel

3D-Vernetzen: Das Vernetzen mit Volumenelementen ist wesentlich aufwendiger alsdas Vernetzen flächiger Strukturen, insbesondere, wenn ein regelmäßiges Netz erzeugtwerden soll.Hier wurde die Strategie benutzt, zuerst die Stirnfläche regelmäßig zu vernetzen unddann dieses Netz zu extrudieren.

ANSYS-Eingabe 3D-Struktur, Wärmeleitung

01 !-----------------------------------------------02 ! 3D-Struktur ’Balkon’, Wärmeleitung03 !-----------------------------------------------0405 /prep70607 ! Erzeugen der Grundflächen08 rectng,-1,0,1,209 pcirc,0,1.810 asba,1,2,,delete,delete1112 ! Vernetzen der Fläche, Hilfselemente13 et,1,5514 lesize,all,,,515 mshkey,116 amesh,all171819 ! Materialeigenschaft, Wärmeleitfähigkeit20 et,2,7021 mp,kxx,2,2022 type,223 mat,22425 ! Extrudieren des Flächennetzes zum Volumennetz26 esize,0,8,27 vext,all,,,0,0,2,2829 ! Entfernen der Flächenelemente

30 aclear,all3132 finish33 /solu3435 ! Randbedingungen36 ! 1. Hauswand, 20◦37 nsel,s,loc,x,-138 d,all,,20,,,,temp,39 nsel,all4041 ! 2. Wärmestromdichte, 200 [W/qm]42 nsel,s,loc,y,243 sf,all,hflux,20044 nsel,all4546 ! 3. Konvektion, restliche Flächen, 10 [W/(qm*K)]47 csys,148 asel,s,loc,x,1.849 nsla,s,150 csys,051 nsel,a,loc,x,052 nsel,a,loc,z,053 nsel,a,loc,z,254 sf,all,conv,10,05556 allsel,all5758 solve

Page 48: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

42 ANSYS-Classic

Übung 6 - 3D-Strukturanalyse

Der in Abbildung 2.21 gezeigte Rahmen soll mit einem Volumenmodell abge-bildet und berechnet werden. Hinweise:

Abbildung 2.21: Zu berechnender 3D-Rahmen

• Schreiben Sie eine Eingabe Datei, die für verschiedene Abmessungendes Rahmens funktioniert. Der ganze Rahmen besteht aus einem qua-dratischem Querschnitt, so dass als Geometrieparameter die Profilkan-tenlänge, die Höhe und die Breite des Rahmens vorhanden sind.

• Erzeugen Sie ein regelmäßiges Netz aus 8-knotigen solid45-Elementen.Verwenden Sie die gleiche Strategie wie beim vorherigem Beispiel.

• Die Stützen sollen eingespannt sein und die obere Fläche wird durch einekonstante Gleichflächenlast belastet.

• Vergleichen Sie die Spannungen in Feldmitte mit einer Berechnung mitschubstarren Balkenelementen.

N

2.11 Betonbau, Eine erste AnnäherungDieses Beispiel ist in Anlehnung an [4] entstanden. Hierbei wurde zusätzlich Beweh-rung simuliert. Dies geschieht hier wie in Beispiel VM146 des Verification Manualsvorgeschlagen mit link8-Elementen. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Beweh-rung direkt mit solid65-Elementen zu beschreiben. Diese Möglichkeit soll in derÜbung erarbeitet werden.Der in Abbildung 2.22 gezeigte Balken aus Beton soll mit nichtlinearem Materialver-halten berechnet werden. Die Länge beträgt 4, 0[m], die Höhe 40, 0[cm] und die Tiefe

Page 49: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.11 Betonbau, Eine erste Annäherung 43

15, 0[cm]. Hier wird die Symmetrie zur yz-Ebene ausgenutzt und nur der ’halbe’ Bal-ken modelliert. Alle weiteren Angaben können der Eingabe-Datei entnommen werden.

VerschiebungVorgegebene

uy = 0

uy = 0

x

z

y

Abbildung 2.22: Zu berechnender Betonbalken

Zusätzlich wurde hier ein ’Schalter’ gesetzt, der die Möglichkeit bietet, mit oder ohneBewehrung zu rechnen. Dieser wurde mit einer *if-Umgebung implementiert.

ANSYS-Eingabe Betonbau, Balken mit Volumenelementen, Bewehrung

001 !-----------------------------------------------002 ! Betonbau, ein erstes Beispiel003 !-----------------------------------------------004005 finish006 /clear,start007 /filename,beton008009 HOEH = 0.4010 BREI = 0.15011 LAEN = 4.0012 AUSL = 0.001013014 EANX = 10015 EANY = 5016 EANZ = 1017018 ! Schalter für Bewehrung 1 = EIN, d.h. Bewehrung019 ! andere Wert -> AUS020 SCHA = 1021 STFL = 0.0001 ! [m^2] pro Seite022023 /prep7024025 et,1,solid65026 mp,ex,1,70000.e6 ! [N/m^2]027028 *if,SCHA,eq,1,then029 et,2,link8030 mp,ex,2,210000.e6031 r,2,STFL032 *endif033034 ! Nichtlineares Materialverhalten035 tb,concr,1036 ! vgl. hierzu SOLID65 Hilfe, Tab. 65.1037 tbdata,1,0.1038 tbdata,2,0.1039 tbdata,3,3.e6040 tbdata,4,20.e6041 tbdata,5,25.e6042 tbdata,6,30.e6043 tbdata,7,20.e6044 tbdata,8,20.e6045046 ! Erzeugen des Volumens047 block, 0, LAEN/2, 0, HOEH, 0, BREI048

049 ! Vorvernetzen der Linien050 lsel,s,loc,z,0051 lsel,a,loc,z,BREI052 lsel,u,loc,x,0053 lsel,u,loc,x,LAEN/2054 lesize,all,,,EANX055 lsel,all056057 lsel,s,loc,z,0058 lsel,a,loc,z,BREI059 lsel,u,loc,y,0060 lsel,u,loc,y,HOEH061 lesize,all,,,EANY062 lsel,all063064 lsel,s,loc,x,0065 lsel,a,loc,x,LAEN/2066 lsel,u,loc,z,0067 lsel,u,loc,z,BREI068 lesize,all,,,EANZ069 lsel,all070071 ! Vernetzen des Volumens072 vmesh,all073074 ! Einfügen der Bewehrung075 *if,SCHA,eq,1,then076 type,2077 mat,2078 real,2079080 *do,I,1,EANX,1081 nsel,s,loc,y,0082 nsel,r,loc,z,0083 nsel,r,loc,x,(I-1)*LAEN/2/EANX,I*LAEN/2/EANX084 *get,KNO1,node,0,num,min085 *get,KNO2,node,0,num,max086 e,KNO1,KNO2087 nsel,all088089 nsel,s,loc,y,0090 nsel,r,loc,z,BREI091 nsel,r,loc,x,(I-1)*LAEN/2/EANX,I*LAEN/2/EANX092 *get,KNO1,node,0,num,min093 *get,KNO2,node,0,num,max094 e,KNO1,KNO2095 nsel,all096 *enddo

Page 50: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

44 ANSYS-Classic

097 *endif098 alls099100 finish101 /solu102103 ! Auflager104 nsel,s,loc,x,0105 d,all,uy106 nsel,all107108 nsel,s,loc,x,LAEN/2109 d,all,ux110 nsel,all111112 d,node(0,0,0),uz113 ! war mir nicht bekannt, daß dies so funk.114 ! aber u.U. sehr praktisch!

115 alls116117 ! Weggesteuerte Last118 nsel,s,loc,x,LAEN/2119 d,all,uy,-AUSL120 alls121122 ! Einstellungen Nichtlineare Analyse123 cnvtol,f,500,0.1124125 solve126 /post1127128 ! Darstellen des Rißmusters129 /dev,vect,on130 /type,,0131 plcr,0,0

Übung 12 - Bewehrung direkt mit solid65-Elementen

Der in Abschnitt 2.11 betrachtete Balken soll erneut berechnet werden. Hierbeisoll die Bewehrung direkt über die solid65-Elemente als Real-Constant-Setumgesetzt werden. Vorabüberlegungen:

• Ist es weiter sinnvoll ein Volumen zu generieren?

• Kann diese Aufgabe nicht einfacher mit einer direkten Generierung derElemente bearbeitet werden?

N

2.12 Dynamische Berechnungen

Bei vielen Strukturen ist eine dynamische, d.h. zeitabhängige, Untersuchung notwen-dig. Zu den schwingungsanfälligen Bauwerken gehören z.b. Türme, Brücken, Hoch-häuser, Fahrzeuge sowie sich bewegende Maschinenteile.In den nachfolgenden Beispielen werden nur einige Anhaltspunkte zur praktischenDurchführung dieser Analysen gegeben. Dieses ersetzt nicht die Notwendigkeit sichmit diesen Themen grundsätzlich auseinander zu setzen. Zur Dynamik werden regelmä-ßig Wahlpflichtscheine angeboten. Eine erste Darstellung der theoretischen Grundlagensowie die praktische Umsetzung in ANSYS findet sich in [7].

Grundbegriffe In der nachfolgenden Zeichnung und den anschließenden Formelnwerden einige wenige Grundbegriffe aufgezeigt. Die Zeit, in der sich ein Vorgang wie-derholt, wird als Schwingungsdauer oder Periodendauer T in [s] bezeichnet. Und dieAmplitude A ist die Bezeichnung für die maximale Auslenkung einer Schwingung ausder Mittellage.

Page 51: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.12 Dynamische Berechnungen 45

A

u

T

t

Abbildung 2.23: Periodendauer einer Schwingung

Frequenz f :

f =1T

in[1s

]= [Hz]

Kreisfrequenz ω:

ω =2 · πT

Konsistente Einheitensysteme Wie bereits in Kapitel 2.1 erwähnt, ist ein konsisten-tes Einheitensystem zu wählen. Einige Beispiele hierzu finden sich in [4] Anhang C,Seite 818. Da bei dynamischen Analysen eine Zeitabhängigkeit vorliegt, werden in dernachfolgenden Tabelle zwei Beispiele für konsistente Einheitensysteme aufgeführt.

Länge Masse Zeit Kraft Arbeit Dichte Wasser[mm] [t] [s] [N ] [mJ ] 1.0e-9[mm] [kg] [ms] [kN ] [kN ·mm] 1.0e-6

Außerdem gilt:

1[N ] =1[kg] · 1[m]

1[s2]

1[J ] = 1[N ] · 1[m]

Modellbeispiel: Der in Abbildung 2.24 gezeigte ’Flügel’ soll untersucht werden. DieStärke der Schale variiert sinusförmig von 2.0[mm] an den Rändern zu 22.0[mm] in derMitte. An der Stelle z = 0 ist der Flügel vollständig eingespannt. Der Radius beträgtr = 1000[mm], der Winkel α = 45[◦] und die Länge l = 2000[mm]. Hier werden inder Höhe veränderliche shell63-Elemente verwendet. Alle weiteren Geometrie- undMaterialinformationen können der Eingabedatei entnommen werden.

Page 52: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

46 ANSYS-Classic

α

z

Abbildung 2.24: Flügel mit veränderlicher Dicke

2.12.1 ModalanalyseBei der Modalanalyse werden die Eigenfrequenzen und die Eigenschwingformen (Mo-den) bestimmt. Dieses sind oft entscheidende Parameter beim Entwurf von Strukturenoder Bauteilen. Die Modalanalyse wird auch als ’Vorlauf’ für die in 2.12.2 und 2.12.3vorgestellte harmonische und transiente Analyse benötigt.GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Help Topics ↘ ANSYS Release ... Documentation↘ Structural Analysis Guide ↘ Modal Analysis

Die Modalanalyse wird in ANSYS wie folgt aufgerufen:SYNTAXantype, modal oder antype,2

Die Modalanalyse wird in ANSYS immer linear durchgeführt. Alle nichtlinearen Ei-genschaften (auch wenn diese definiert sind) werden nicht berücksichtigt. Bei der Durch-führung können verschiedene Berechnungsverfahren gewählt werden. Hierzu sei aufdie entsprechende Literatur verwiesen.

ANSYS-Eingabe Modalanalyse

01 !-----------------------------------------------02 ! Flügelprofil, Modalanalyse03 !-----------------------------------------------0405 /prep70607 ! Benötigte Parameter08 MYPI = 2*asin(1)09 MYRA = 1000.010 MYDI = 20.011 MYBA = 2.01213 ! Elementtyp, Materialeigenschaften14 et,1,6315 mp,ex,1,210000 ! [N/mm^2]16 mp,prxy,1,0.3 ! [-]17 mp,dens,1,8.1e-9 ! [t/mm^3]1819 ! Erzeugen der nodes20 *do,I,-5,5,121 n,I+6,MYRA*cos(MYPI/4/10*I),Fort. MYRA*sin(MYPI/4/10*I),022 n,I+17,MYRA*cos(MYPI/4/10*I),Fort. MYRA*sin(MYPI/4/10*I),10023 *enddo24

25 ! Erzeugen der Real-Const.-Set; Elemente26 *do,J,1,10,127 r,J,MYBA+MYDI*sin((J-1)*MYPI/10),Fort. MYBA+MYDI*sin(J*MYPI/10),Fort. MYBA+MYDI*sin(J*MYPI/10),Fort. MYBA+MYDI*sin((J-1)*MYPI/10)28 real,J29 e,J,J+1,J+12,J+1130 *enddo3132 ! Kopieren der Elemente33 egen,20,11,all,,,,,,,,,,100,3435 finish36 /solu3738 ! Festlegen des Analysetyps, Anzahl Eigenformen39 antype,modal40 modopt,lanb,541 mxpa,54243 ! Auflager44 nsel,s,loc,z,045 d,all,all46 alls47 solve49

Page 53: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.12 Dynamische Berechnungen 47

2.12.2 Frequenzganganalyse (Harmonic Analysis)Die Idee der Frequenzganganalyse ist, dass eine Struktur durch eine harmonische, d.h.sinusförmige, Kraft belastet wird und dann die Reaktion der Struktur darauf untersuchtwird. Liegt die Frequenz der anregenden Schwingung im Bereich der Eigenfrequenz,ist mit einer Bewegung der Struktur zu rechnen. Das Aufschwingen ist bis zu einemgewissem Grad unproblematisch, soll aber oftmals vermieden werden (vgl. Schwingeneiner Brücke).SYNTAXantype, harmic oder antype,3

In dem vorgestelltem Beispiel soll der Bereich von 0 bis 50[Hz] in 100 Schritten un-tersucht werden. Dies deckt den Bereich der ersten und zweiten Eigenfrequenz ab. Dieanregende Kraft wird mittig am freien Ende aufgebracht und die Reaktion wird an ver-schiedenen Knoten in der Mitte und am Rand untersucht16.Weiter Hilfe findet sich unter:GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Help Topics ↘ ANSYS Release ... Documentation↘ Structural Analysis Guide ↘ Harmonic Response Analysis

ANSYS-Eingabe Frequenzganganalyse

01 !-----------------------------------------------02 ! Flügelprofil, Frequenzganganalyse03 !-----------------------------------------------0405 /prep70607 ! Benötigte Parameter08 MYPI = 2*asin(1)09 MYRA = 1000.010 MYDI = 20.011 MYBA = 2.01213 ! Elementtyp, Materialeigenschaften14 et,1,6315 mp,ex,1,210000 ! [N/mm^2]16 mp,prxy,1,0.3 ! [-]17 mp,dens,1,8.1e-9 ! [t/mm^3]1819 ! Erzeugen der nodes20 *do,I,-5,5,121 n,I+6,MYRA*cos(MYPI/4/10*I),Forts. MYRA*sin(MYPI/4/10*I),022 n,I+17,MYRA*cos(MYPI/4/10*I),Forts. MYRA*sin(MYPI/4/10*I),10023 *enddo2425 ! Erzeugen der Real-Const.-Set; Elemente26 *do,J,1,10,127 r,J,MYBA+MYDI*sin((J-1)*MYPI/10),Forts. MYBA+MYDI*sin(J*MYPI/10),Forts. MYBA+MYDI*sin(J*MYPI/10),Forts. MYBA+MYDI*sin((J-1)*MYPI/10)28 real,J29 e,J,J+1,J+12,J+1130 *enddo3132 ! Kopieren der Elemente

33 egen,20,11,all,,,,,,,,,,100,3435 finish36 /solu3738 ! Festlegen des Analysetyps, Anzahl Eigenformen39 antype,harmic4041 ! Auflager und Last42 nsel,s,loc,z,043 d,all,all44 alls45 nsel,s,loc,z,200046 nsel,r,loc,x,MYRA47 nsel,r,loc,y,048 f,all,fx,-149 alls5051 ! Festlegen des Frequenzbereichs, Schritte52 harfrq,0,50,53 nsubst,100,54 kbc,15556 solve57 finish58 /post265960 ! Bestimmen der x-Verschiebung61 nsol,2,226,u,x,ver_1_162 nsol,3,171,u,x,ver_1_263 nsol,4,116,u,x,ver_1_364 nsol,5,231,u,x,ver_2_165 nsol,6,176,u,x,ver_2_266 nsol,7,121,u,x,ver_2_36768 ! Ausgabe im Diagramm69 plvar,2,3,4,5,6,7

16Warum wird in dem Ergebnisdiagramm nicht die zweite Eigenfrequenz dargestellt?

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48 ANSYS-Classic

2.12.3 Transiente AnalyseBei der transienten Analyse wird eine zeitlich veränderliche, nicht periodische Last aufdie Struktur aufgebracht. Dies kann z.B. den Aufprall eines Gegenstandes17 simulieren.Der Unterschied zwischen den Belastungsarten ist in Abbildung 2.25 gezeigt. Bei derBerechnung wir dann die Reaktion der Struktur nach der Einwirkung bestimmt.SYNTAXantype, trans oder antype,4

Weitere Hilfe und Beispiele finden sich unter:

F

t

F

t

Harmonischer Verlauf Nicht periodischer Verlauf

→ Frequenzganganalyse → Transiente Analyse

Abbildung 2.25: Belastungsarten

GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Help Topics ↘ ANSYS Release ... Documentation↘ Structural Analysis Guide ↘ Transient Dynamic Analysis

ANSYS-Eingabe Transiente Analyse

01 !-----------------------------------------------02 ! Flügelprofil, Transiente Analyse03 !-----------------------------------------------0405 ! Festlegen Name der Ergebnisdatei06 /filname,transient,00708 /prep70910 ! Benötigte Parameter11 MYPI = 2*asin(1)12 MYRA = 1000.013 MYDI = 20.014 MYBA = 2.01516 ! Elementtyp, Materialeigenschaften17 et,1,6318 mp,ex,1,210000 ! [N/mm^2]19 mp,prxy,1,0.3 ! [-]20 mp,dens,1,8.1e-9 ! [t/mm^3]2122 ! Erzeugen der nodes23 *do,I,-5,5,124 n,I+6,MYRA*cos(MYPI/4/10*I),Forts. MYRA*sin(MYPI/4/10*I),025 n,I+17,MYRA*cos(MYPI/4/10*I),Forts. MYRA*sin(MYPI/4/10*I),100

26 *enddo2728 ! Erzeugen der Real-Const.-Set; Elemente29 *do,J,1,10,130 r,J,MYBA+MYDI*sin((J-1)*MYPI/10),Forts. MYBA+MYDI*sin(J*MYPI/10),Forts. MYBA+MYDI*sin(J*MYPI/10),Forts. MYBA+MYDI*sin((J-1)*MYPI/10)31 real,J32 e,J,J+1,J+12,J+1133 *enddo3435 ! Kopieren der Elemente36 egen,20,11,all,,,,,,,,,,100,3738 finish39 /solu4041 ! Festlegen des Analysetyps42 antype,trans43 trnopt,reduc44 deltim,.0054546 ! Festlegen von Hauptfreiheitsgraden47 ! Reduzierte Analyse48 m,226,ux49 m,171,ux

17Mein Physiklehrer Erwin hätte von einer Katze gesprochen...

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2.12 Dynamische Berechnungen 49

50 m,116,ux51 m,177,ux52 total,50,15354 ! Festlegen, der zu speichernden Lösungsdaten55 outres,all,all5657 ! Auflager und Last (zu verschiedenen Zeiten58 nsel,s,loc,z,059 d,all,all60 alls6162 f,177,fx,063 lswrite6465 time,0.0166 kbc,167 f,177,fx,-100068 lswrite6970 time,0.0271 kbc,172 fdele,all,all

73 lswrite7475 time,0.576 kbc,177 lswrite7879 ! Lösen der verschiedenen Lastschritte80 lssolve,1,4,18182 finish83 /post268485 ! wo die Lösungsdaten gespeichert sind86 file,’transient’,’rdsp’,’.’8788 ! Bestimmen der x-Verschiebung89 nsol,2,226,u,x,ver_1_190 nsol,3,171,u,x,ver_1_291 nsol,4,116,u,x,ver_1_39293 ! Ausgabe im Diagramm94 plvar,2,3,4

Übung 8 - Modalanalyse, Profil Außensonneschutz der Arbeitsräume im GB II

Die Befestigung des Außensonnenschutzes im Bereich der Studentischen Ar-beitplätze im GB II fängt bei starkem Wind an zu schwingen. Die geschätzteAmplitude beträgt 1[cm]. In Abbildung 2.26 ist der Querschnitt des Profils, in-kl. der Aufhängungen, die nur in einer Richtung am Gebäude angebracht sind,gezeigt. Die Blechdicke des Aluminiumpressprofils beträgt ca. 1[mm].

4

4

70

140

130

20

4 412

20

20

4

4[mm]

[cm]

Befestigung am GB IIProfilquerschnitt

Abbildung 2.26: Profil und Befestigung der Aussenschattierung am GB II

Wählen Sie eine geeignete Modellbildung und führen Sie eine Modalanalysedurch. Hätte die auftretende Schwingung bei Berücksichtigung der DIN 1055

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50 ANSYS-Classic

und einer geeigneten Analyse vermieden werden können?

N

2.13 OptimierungMit Hilfe der nachfolgenden zwei Beispiele wird ein erster Einstieg in die mathema-tische Optimierung (engl. Design Optimization) mit ANSYS gegeben. Das Optimie-rungsproblem wird durch folgende Punkte charakterisiert:

• Eine Zielfunktion (engl. objective function) die minimiert werden soll. Hierzuwerden ’objective Variables’ mit dem Kommando opvar,name,obj,(...)definiert. In dem Beispiel unter 2.13.2 ist dies das Volumen welches minimiertwerden soll.

• Um die Zielfunktion zu erreichen, werden div. Parameter (z.B. geometrische Ab-messungen während des Optimierungsprozesses variable gehalten. Man sprichtvon Designvariabeln. Die Definition erfolgt über opvar,name,dv,(...).In Bsp. 2.13.2 sind dies die Höhe und Breite des Balkens.

• Neben der Zielfunktion werden Restriktionen benötigt, die den Raum der Mög-lichkeiten einschränken. Die Nebenbedingungen können sich zum einen auf diegeometrischen Größen oder auch auf mechanische Parameter (Spannungen) be-ziehen. Die Implementation geschieht ducht so genannte State-Variablen. InBsp. 2.13.2 ist dies die maximale Spannung. Definiert werden diese über dasKommando opvar,name,sv,(...).

Optimierungsmethode: Zur Optimierung stehen in ANSYS einige verschieden Ver-fahren zur Verfügung. Nachfolgend werden zwei kurz vorgestellt:

• Gradientenverfahren (eng. First Order Solution Method): Hierbei wird der Gra-dient jeder Designvariablen über den Differenzenquotienten gebildet. In Richtungdes Gradienten wird das Minimum der Zielfunktion gesucht, steilster Abstieg. Daman so in eine bestimmte Richtung sucht, nennt sich das Verfahren auch Line-Search.

• Subproblem Approximation: Hier werden aus zufälligen Kombinationen derDesignvariablen Werte der Zielfunktion gesucht. Mit diesen Werten der Zielfunk-tion wird dann eine quadratische Funktion gebildet, dessen Minimum bestimmtwird. Dieses Minimum wird dann als weitere Stützstelle verwendet.

Ablauf der Berechnung: Zuerst wird ein Macro-File erzeugt, der entsprechend para-metrisiert ist. Dieser Macro-File wird dann in der eigentliche Optimierungsberechnungaufgerufen. Dies vorgehen ist in den Eingabe-Dateien gekennzeichnet.

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2.13 Optimierung 51

2.13.1 Optimierung der Beullast, Bsp. Platte mit SteifeDie in Abbildung 2.27 gezeigte Platte soll auf Beulen untersucht werden. Hierbei istdie optimale Stellung der Steife gesucht, so dass sich:

• entweder eine möglichst geringe Beullast

• oder eine möglichst große Beullast einstellt.

Die Platte ist in z-Richtung an allen Rändern und an der Steife gehalten. Ansonstenam unterem Rand in y-Richtung und ein Knoten in x-Richtung. Alle weiteren Angabenkönnen direkt der Eingabe-Datei entnommen werden.

Steife

x

2 · l

l

y

Abbildung 2.27: Optimierung beim Plattenbeulen - Steife

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52 ANSYS-Classic

ANSYS-Eingabe Optimierung Beullast Platte mit Steife

001 !-----------------------------------------------002 ! Optimierung, Plattenbeulen003 !-----------------------------------------------004005 !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++006 ! Aufzeichnen des Macro-files007 *create,OPTIMIERUNG2008009 /prep7010 ! Geometrie festlegen011 BREI = 400012 ANHO = 350013 ANHOMIN = 100014 ANHOMAX = 700015 DICK = 2.5016 KRAF = 1.0017018 !Netzweite019 ELGR = BREI/20020021 ! Elementtyp und Materialeigenschaften022 et,1,shell63023 mp,ex,1,210000024 mp,prxy,1,0.3025 r,1,DICK026027 ! Geometrierzeugung028 k,1,0,0,029 k,2,BREI,0030 k,3,BREI,ANHO031 k,4,0,ANHO032 k,5,BREI,2*BREI033 k,6,0,2*BREI034035 a,1,2,3,4036 a,4,3,5,6037 aglue,all038 lesize,all,ELGR039 amesh,all040041 finish042 /solu043 antype,0044 pstres,on045 ! Auflager und Last046 nsel,s,loc,y,0047 d,all,uy,0048 nsel,r,loc,x,0049 d,all,ux,0050 nsel,all051 nsll,s,1052 d,all,uz,0053 nsel,all054055 nsel,s,loc,y,2*BREI056 *get,KOAN,node,0,count057 KRKN = KRAF/(KOAN-1)058 nsel,u,loc,x,0059 nsel,u,loc,x,BREI060 f,all,fy,-KRKN061 nsel,all

062 nsel,s,loc,x,0063 nsel,r,loc,y,2*BREI064 f,all,fy,-KRKN/2065 nsel,all066 nsel,s,loc,x,BREI067 nsel,r,loc,y,2*BREI068 f,all,fy,-KRKN/2069 nsel,all070071 solve072 finish073 /solu074075 ! Knickanalyse076 antype,buckling,new077 bucopt,lanb,1078 solve079 finish080 /solu081 expass,on082 mxpand,1083 solve084 finish085 /post1086 set,first087 ! Benennen der Knicklast088 *get,KNLA,active,,set,freq089 KWKNLA = 1/KNLA090 ! Beenden Aufzeichnung Macro-file091 *end092093 ! Ausführen des Macro-files, ’normale’-Analyse094 *use,OPTIMIERUNG2095 finish096097 !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++098 ! Optimierung099 /opt100101 ! Festlegen des Macro-files für Optimierung102 opanl,OPTIMIERUNG2103104 ! Definition der Optimierungsvariablen105 opvar,ANHO,dv,ANHOMIN,ANHOMAX,0.001106 ! Größte Beullast107 ! opvar,KWKNLA,obj,,,0.00000001108 ! Kleinste Beullast109 opvar,KNLA,obj,,,1110111 ! Festlegen des Optimierungstyps112 optype,firs113 opfrst,30,100,0.2,114 opexe115116 ! Grafische Ausgabe der Höhe und Breite117 plvaropt,ANHO118 /axlab,x,Interationsschritt119 /axlab,y,Steifenhoehe [mm]120 /replot121 !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

2.13.2 Optimierung des Volumens, Bsp Balken mit EinzellastDas Volumen des in Abbildung 2.28 dargestellten Einfeldträgers soll minimiert werden.Hierbei darf eine maximale Spannung von 210[N/mm2] nicht überschritten werden.Die Höhe und Breite des Trägers dürfen im Bereich 10 ≤ h(b) ≤ 50[mm] variieren.Alle weiteren Informationen können der Eingabe-Datei entnommen werden.

Page 59: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

2.13 Optimierung 53

h

b

l

α · l

Abbildung 2.28: Zu optimierender Einfeldträger

ANSYS-Eingabe Optimierung Einfeldträger

01 !-----------------------------------------------02 ! Optimierung, Balken03 !-----------------------------------------------0405 !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++06 ! Aufzeichnen des Macro-files07 *create,OPTIMIERUNG10809 /prep710 HOEH = 2011 BREI = 2012 LAEN = 100013 LAST = 0.75 ! in [%] vom Aufl.14 GRLA = 2000 ! Größe der Last1516 k,1,0,017 k,2,LAEN,018 k,3,LAST*LAEN1920 l,1,321 l,3,22223 et,1,beam324 r,1,HOEH*BREI,1/12*BREI*HOEH**3,HOEH,,,,25 mp,ex,1,21000026 mp,prxy,1,0.32728 esize,LAEN/10 ! ~10 Elemente29 lmesh,all3031 finish32 /solu3334 antype,035 dk,1,ux,036 dk,1,uy,037 dk,2,uy,038 fk,3,fy,-GRLA3940 solve41 finish42 /post14344 ! Volumen45 etable,ElmVol,volu

46 ssum47 *get,GesVol,ssum,,item,ElmVol4849 ! Bestimmen der maximalen Spannung50 etable,smax_i,nmisc,151 esort,etab,smax_i,0,1,,52 *get,SMAXI,sort,,max5354 etable,smax_j,nmisc,355 esort,etab,smax_j,0,1,,56 *get,SMAXJ,sort,,max5758 *set,SMAX,SMAXI>SMAXJ5960 ! Beenden Aufzeichnung Macro-file61 *end6263 ! Ausführen des Macro-files, ’normale’-Analyse64 *use,OPTIMIERUNG165 finish6667 !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++68 ! Optimierung69 /opt7071 ! Festlegen des Macro-files für Optimierung72 opanl,OPTIMIERUNG17374 ! Definition der Optimierungsvariablen75 opvar,HOEH,dv,10,50,0.00176 opvar,BREI,dv,10,50,0.00177 opvar,SMAX,sv,205,210,0.00178 opvar,GesVol,obj,,,2007980 ! Festlegen des Optimierungstyps81 optype,firs82 opfrst,30,100,0.2,83 opexe8485 ! Grafische Ausgabe der Höhe und Breite86 plvaropt,HOEH,BREI87 /axlab,x,Interationsschritt88 /axlab,y,Hoehe,Breite [mm]89 /replot90 !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Übung 10 - Optimierung Kragarm

Der in Abbildung 2.29 gezeigte Kragarm soll hinsichtlich des Volumens mi-nimiert werden. Dies Beispiel ist in Anlehnung an [5] entstanden; vgl. auch

Page 60: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

54 ANSYS-Classic

Verification Manual, Bsp. VM155. Ferner sind folgende Randbedingun-gen einzuhalten:

• Es sollen keine Spannungen größer als 160[N/mm2] auftreten

• Die Durchbiegung soll an keiner Stelle mehr als 10[mm] betragen

Als Material kann ein üblicher Stahl gewählt werden. Die Gesamtlänge beträgtl = 1000[mm] und die Dicke beträgt b = 25[mm], beides ist konstant. Die obereBegrenzung ist als Polygonzug aus drei gleichlangen Teilstücken anzunähern.Gehen Sie hierbei wie folgt vor:

b

hi

l

Abbildung 2.29: Zu optimierender Kragarm

• Führen Sie eine Überschlagsrechnung durch und wählen Sie die Abmes-sungen und Belastungen sinnvoll

• Nutzen Sie die Symmetrie aus

• Verwenden Sie für die Berechnung plane42-Elemente

N

Page 61: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

3 Workbench

Das nachfolgende Kapitel zur WORKBENCH ist zu diesem Workshop neu entstanden.Hierzu hat eine erste Einarbeitung unsererseits stattgefunden. Somit ist dies Kapitel inzweierlei Hinsicht als ’α-Version’ zu sehen. Über Hinweise auf Fehler und Verbesse-rungsvorschläge würden wir uns sehr freuen.Trotz dieser ersten Hürde ist es uns wichtig WORKBENCH vorzustellen. Hier bietensich zum einem gute Möglichkeiten an andere Programme (Zeichenprogramme, anderePre- und Postprozessoren, andere FEM-Berechnungsprogramme) anzubinden und zumanderem ist die Bedienung über die grafische Oberfläche wesentlich komfortablerer alsin ANSYS CLASSIC.

3.1 Allgemeine Informationen zu WORKBENCH

WORKBENCH ist ein Programm, welches aus verschiedenen Modulen besteht, die ineinem Projekt zusammengefasst werden. Dies wird direkt beim Starten deutlich; hierwerden direkt alle installierten Module angezeigt.

Datenstruktur: Diese Module spiegeln sich ebenfalls in der Datenbasis eines jedenProjektes wieder. Hier wird die Datenstruktur beispielhaft für die im Workshop verwen-deten Module ’DesignModeler’ und ’Simulation’ vorgestellt.

• Name.wbdb, enthält die übergreifenden Daten

• Name.dsdb, enthält die FE-Daten aus dem Modul ’Simulation’

• Name.agdb, enthält die Geometriedaten aus den DesignModeler

Somit sind die in einem Projekt zusammengefassten Dateien nicht unabhängig, sondernin der Datei Name.wbdb miteinander verknüpft. So können z.B. definierte Parameterübergeben werden und eine geänderte Geometrie kann im Modul ’Simulation’ ebenfallsübernommen werden.Hinweis: anders als in ANSYS CLASSIC sind bei Verwendung der deutschsprachigenOberfläche von WORKBENCH Kommata zur Trennung von Vor- und Nachkommastel-len zu verwenden.

Page 62: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

56 Workbench

3.1.1 DesignModeler

Der DesignModeler ist das Geometrie-Modul von WORKBENCH. Hier können neueGeometrien neu erstellt und bearbeitet werden. In dieser Funktion wird der DesignMo-deler in den Abschnitten 3.2 und 3.3 verwendet. Hier wird auch die prinzipielle Arbeits-weise von Zeichenprogrammen wie z.B. CATIA deutlich.Vorrangig ist der DesignModeler jedoch dafür ausgelegt verschiedene Dateiformate ausZeichenprogrammen importieren zu können und diese so für die FEM-Analyse zugäng-lich zu machen. Eine Auflistung der möglichen Formate findet sich unter:GRAFISCHE OBERFLÄCHEZu ergänzen

Hinweis: Das Weiterverarbeiten von Daten, die aus NEMETSCHEK ALLPLAN stammenist eher schwierig, da sich hier nur dxf- bzw. dwg-Dateien exportieren lassen und diesevon WORKBENCH nicht unterstützt werden. Vgl. hierzu auch:GRAFISCHE OBERFLÄCHE↘ Hilfe ↘ Inhalt↘ Release ... Documentation for ANSYS WORKBENCH↘ Simulation Help ↘ CAD Systems

Der DesignModeler arbeitet im wesentlichen in zwei unterschiedlichen Modi:

Skizzier-Modus: Im Skizzier-Modus wird i.d.R. zuerst eine Skizze von Teilen desModells erstellt. Hierbei spielen die genauen Abmessungen vorerst keine Rolle. Diesewerden in einem weiterem Schritt angebracht. Die Vermaßung ist ’abhängig’, d.h. wirdbei vollständiger Vermaßung eine Länge o.ä. geändert, ändern sich alle verbundenenMaße mit. Die Darstellung der Vermaßung ändert sich, je nachdem ob sie unvollständig,vollständig oder überdefiniert ist.

Modellier-Modus: Im Modellier-Modus werden dann durch ’Operationen’ aus denSkizzen Teile, d.h. Flächen oder Volumen. Hierzu stehen verschiedene Operationen zurVerfügung. Die Eingabe wird hier i.d.R. mit Erstellen abgeschlossen.

3.1.2 Simulation

Im Modul Simulation werden die Geometriedaten aus dem Modul DesignModeler wei-ter verwendet. Hier werden die Randbedingungen aufgebracht und Vernetzt. Die vorbe-reiteten Daten werden dann an den Solver ANSYS CLASSIC übergeben. Dort erfolgtdann das Lösen. Das Postprocessing erfolgt dann wieder im Modul Simulation. DieDatenübergabe erfolgt voll automatisch. Schematisch ist dies in Abbildung 3.1 gezeigt.Dadurch, dass ANSYS CLASSIC als Solver verwendet wird, ist das Einbinden vonAPDL-Kommandos an verschiedenen Stellen möglich. Auch lässt sich eine Eingabe-

Page 63: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

3.2 Ein Einstieg – Flächen 57

Modul Simulation

DatenübergabeANSYS CLASSIC

Solver

Preprocessing

Modul Simulation

Postprocessing

Abbildung 3.1: Datenübergabe

Datei für ANSYS CLASSIC des gesamten FEM-Modells erzeugen, die dann eingelesenwerden kann.

3.2 Ein Einstieg – FlächenNachfolgend wird ein erstes Beispiel zur Verwendung von WORKBENCH vorgestellt.Die Geometrie wird hierbei mit den DesignModeler erstellt, die Berechnung und Er-gebnisdarstellung erfolgen anschießend mit dem Modul ’Simulation’.

b1

l1 l2

h1

l1

l3

Abbildung 3.2: Klemme

Die Abmessungen der Klemme können der nachfolgenden Tabelle entnommen wer-den. Der Einfachheit halber soll eine Bohrung als eingespannt betrachtet werden unddie zweite Bohrung wird mit einer Kraft P̄ in Blechebene und Klemmenlängsrichtungbelastet.

Page 64: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

58 Workbench

Abmessungen in [mm] und [N ]:

l1 = 20 b1 = 20 Durchmesser Bohrung = 3l2 = 32 h1 = 15 Materialstärke = 1,5l3 = 9 P̄ = 100 Biegeradius = 2

Da die gesamte Eingabe über die grafische Oberfläche erfolgt, werden hier stichpunkt-artig die einzelnen Schritte aufgelistet. Die nachfolgende Übung ist so ausgelegt, dasssie in ähnlicher Weise bearbeitet werden kann. Daher wird angeraten, diese Unterlagenmit eigenen Anmerkungen zu ergänzen:

#ANSYS WORKBENCH starten

# Neues Projekt � Projekt wird geöffnet

# Neue Geometrie � DesignModeler wird gestartet, [mm] als Maßeinheit wäh-len

# Skizzieren wählen und Darstellung der xy-Ebene anzeigen lassen; durch aus-wählen der Z-Achse am Koordinatenkreuz.

↘ Weiter im Skizzier-Modus

• Einstellungen

– Raster, Fangen auswählen (Das Raster wird hier nicht angezeigt, da sobesser sichtbar ist, was passiert.

• Zeichnen

– Linie, Umriss des Hakens zeichnen, einfach nur die Linien ohne Ausrun-dungen

• Modifizieren

– Verrundung Zuerst Radius auf 2[mm] setzen, dann durch auswählen vonjeweils zwei Kanten Ausrundungen einfügen

• Abmessungen

– Horizontal, durch auswählen von jeweils zwei Punkten horizontale Ab-messungen angeben

∗ In Abmessungen x kann jeweils der Abstand eingegeben werden

– Analog Vertikal vermaßen

↘ In den Modellier-Modus wechseln und Isometrie-Ansicht wählen; durch auswählendes Punktes am Koordinatenkreuz.

• Extrudieren

Page 65: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

3.2 Ein Einstieg – Flächen 59

– Details von Extrudieren 1 20[mm] eingeben

• Erstellen auswählen

• Vor Verlassen des Modellier-Modus, eine der beiden Flächen, in der eine Öffnungentstehen muss auswählen; diese erscheint dann andersfarbig.

↘ In den Skizzier-Modus wechseln und die xz-Ebene anzeigen lassen; durch auswäh-len der y-Achse im Koordinatenkreuz.

• Zeichen

– Kreis in etwa an die benötigte Stelle zeichen

• Abmessungen

– Durchmesser zu 3[mm] eingeben

– Horizontal und Vertikal jeweils entsprechende Maße eingeben

↘ Wieder zurück in den Modellier-Modus wechseln und Isometrie-Ansicht wählen;durch Auswählen des Punktes am Koordinatenkreuz.

• Extrudieren

– In Details von Extrudieren 2

∗ Tiefe z.B. zu 2[mm] wählen∗ Operation: Material wegschneiden

• Erstellen

• zweite Fläche auswählen und hier analog die zweite Öffnung einfügen

# Mit Datei↘ Speichern Unter als Name.agdb sichern

# DesignModeler schließen.

# Auf der Projekt-Seite Neue Simulation wählen. � Eine neue Simulation wirdgestartet.

Jetzt wird im Modul ’Simulation gearbeitet.

# Zuerst Maßeinheiten kontrollieren; im Menü Maßeinheiten auswählen, hierMetrisch(mm, kg, N, ◦C, mV, mA) wählen.

# Im Strukturbaum Schalenkörper auswählen

• Im Details von Schalenkörper

– Materialdicke zu 1, 5[mm] wählen

Page 66: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

60 Workbench

# Im Strukturbaum Randbedingungen auswählen und auf Kantenauswahl umstel-len.

• Strukturmechanisch↘ Fixirte Lagerung

• Bohrung auswählen

• In Details von fixierte Lagerung, anwenden auswählen

• Strukturmechanisch↘ Kraft

• Bohrung auswählen

• In Details von Kraft

– Anwenden auswählen

– Größe 100[N ] eingeben

– Richtung in der Isometrie-Ansicht entsprechende Kante auswählen, mitAnwenden bestätigen

# Im Strukturbaum Netzmit der rechten Maustaste auswählen↘ Netz Vorschauwählen. � zeigt eine Netzvorschau mit Dicke an.

# Im Strukturbaum Lösung auswählen

• Spannung↘ Equivalent (von Mises), ect.

• Verschiebung↘ Gesamt

# Lösung auswählen � Lösung wird berechnet

# Im Strukturbaum unter Lösung entsprechend auswählen↘ Ergebnisse werden ent-sprechend angezeigt.

# falls gewünscht speichern.

Übung WB 1 - Winkel

Der in Abbildung 3.3 Dargestellte Winkel soll mit dem DesignModeler gezeich-net und dann berechnet werden. Diese Übung entspricht einem Beispiel aus[1]. Bei der Bearbeitung der Übung kann analog zu Abschnitt 3.2 vorgegangenwerden.Die Abmessungen des Winkels können der nachfolgenden Tabelle entnommenwerden. Es soll simuliert werden, dass der Winkel an den kleineren Öffnun-gen mit Schrauben an einer Wand befestigt ist, Die Kraft P̄ greift am Rand dergrößeren Öffnung an. Aufgrund der zu erwartenden Verformungsfigur, wird dieuntere Kante der Rückseite zur Wand hin als unverschieblich angenommen,d.h. ux = 0.

Page 67: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

3.3 Volumenmodell; Z-Profil, Modellieren und Berechnen 61

l2

t3

b2

t1

l1

b1

t2 t2

Abbildung 3.3: Zu modellierender und berechnender Winkel

Abmessungen in [mm] und [N ]:

t1 = 80 b1 = 82 Größere Öffnung = 40t2 = 20 b2 = 42 Kleinere Öffnung = 9t3 = 40 l1 = 96 Biegeradius = 15P̄ = 100 l2 = 40 Materialstärke = 4

N

3.3 Volumenmodell; Z-Profil, Modellieren undBerechnen

Das in Abbildung 3.4 gezeigte Z-Profil soll mit WORKBENCH berechnet werden. Hier-zu wird die Geometrie wieder mit Hilfe des Moduls ’Design Modeler’ erstellt und an-schließend im Modul ’Simulation’ für die FE-Analyse vorbereitet und berechnet.Die Abmessungen des Z-60-Profils können DIN 1027 entnommen werden. Die Boh-rung hat einen Durchmesser von 10[mm] und ist beidseitig mit einer Fase von 1[mm]versehen. Der Abstand von den Kanten beträgt 20[mm]. Das Profils hat eine Längevon 600[mm] und die angreifende Kraft eine Größe von 500[N ]. Diese soll auf dieInnenseite der Bohrung aufgebracht werden.Stichpunktartige, kompakte Zusammenstellung der Schritte:

#ANSYS WORKBENCH starten

# Neues Projekt � Projekt wird geöffnet

Page 68: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

62 Workbench

Profilquerschnitt

Schnitt durch die Bohrung

Abbildung 3.4: Zu modellierendes und berechnendes Z-Profil

# Neue Geometrie � DesignModeler wird gestartet, [mm] als Maßeinheit wäh-len

# Skizzieren wählen und Darstellung der xy-Ebene anzeigen lassen

↘ Weiter im Skizzier-Modus

• Einstellungen

– Raster, Anzeigen und Fangen auswählen

– Abstand zweier Hauptrasterlinien, z.B. 5[mm]

• Zeichnen

– Linie, Umriss des Z-Profils zeichnen, zuerst ohne Ausrundungen

• Einstellungen

– Raster, Raster und Fangen ausblenden (dann ist das Profil besser sichtbar)

• Modifizieren

– Verrundung Durch auswählen von jeweils zwei Kanten und Eingabe desRadiuses Walzradien einfügen

• Abmessungen

– Horizontal, durch auswählen von jeweils zwei Punkten horizontale Ab-messungen angeben

Page 69: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

3.3 Volumenmodell; Z-Profil, Modellieren und Berechnen 63

∗ In Abmessungen 1 kann jeweils der Abstand eingegeben werden

– Analog Vertikal vermaßen

↘ In den Modellier-Modus wechseln und Isometrie-Ansicht wählen

• Extrudieren

– Details von Extrudieren 1 600[mm] eingeben

• Erstellen auswählen

• Vor Verlassen des Modellier-Modus, ’obere’ Fläche auswählen

↘ Zurück in den Skizzier-Modus und die xz-Ebene darstellen lassen

• Zeichen

– Kreis in etwa an die benötigte Stelle zeichen

• Abmessungen

– Durchmesser zu 10[mm] eingeben

– Horizontal und Vertikal jeweils 20[mm] vermaßen

↘ Wieder in den Modellier-Modus wechseln

• Extrudieren

– Kreis auswählen

– In Details von Extrudieren 2

∗ Tiefe z.B. zu 20[mm] wählen∗ Operation: Material wegschneiden

• Erstellen

• Fase auswählen

– Entsprechende Kante auswählen

– In Details von Fase 1 entsprechend 1[mm] eingeben

– Mit Erstellen abschließen

– Für die zweite Kante wiederhohlen

# Mit Datei↘ Speichern Unter als Name.agdb sichern

Hinweis: Die erzeugte Geometrie kann jetzt auch z.B. im iges-Format exportiert wer-den. Dazu: ↘ Datei↘ Export... wählen. Diese iges-Datei kann jetzt in AN-SYS CLASSIC importiert werden.

Page 70: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

64 Workbench

# DesignModeler schließen.

# Auf der Projekt-Seite Neue Simulation wählen. � Eine neue Simulation wirdgestartet.

# Im Strukturbaum Randbedingungen auswählen

• Strukurmechanisch und als Unterpunkt Fixirte Lagerung auswählen

• Rückseite auswählen und mit Anwenden bestätigen

• Weiter Strukturmechanisch und als Unterpunkt Kraft auswählen

• Innere Bohrungsfläche auswählen und mit Anwenden bestätigen

• Größe zu 500[N ] wählen

# Lösung auswählen � Lösung wird berechnet

# Im Strukturbaum Lösung auswählen. Hier können die entsprechenden Ergebnisseangezeigt werden.

Hinweis: Wird im Strukturbaum Lösung aktiviert, kann unter Extras ↘ ANSYS-Eingabedatei schreiben... das erzeugte FE-Modell als ANSYS CLASSICEingabe-Datei ausgegeben werden. Hierbei wird vor dem erstem solve-Befehl ein/eof eingefügt.

Übung WB 2 - Gekrümmtes I-Profil

Der in Abbildung 3.5 gezeigte I-Träger soll im DesignModeler gezeichnet unddann mit dem Modul ’Simulation’ berechnet werden.Hierbei handelt es sich um ein IPE 80 Profil mit den Abmessungen h = 80[mm],b = 46[mm], t = 5, 2[mm], s = 3, 8[mm] und r = 5[mm]. Der Winkel α soll 90[◦]betragen bei einem Biegerollendurchmesser von 4[m]. Die Kraft kann verein-facht auf die Stirnfläche aufgebracht werden.

N

3.4 Externe Geometriedaten, MittelflächengenerierungOft ergibt sich die Situation, dass die Geometriedaten im Zeichenprogramm als Volu-menkörper, d.h. 3D vorhanden sind Für eine Berechnung reicht jedoch eine flächige,d.h. 2D Berechnung völlig aus. Um dies zu ermöglichen steht in WORKBENCH dieMöglichkeit der Mittelflächengenerierung zur Verfügung.Beispielhaft wird dies an dem im Abschnitt 3.3 vorgestellten Z-Profil erläutert. So be-steht die Möglichkeit, die Ergebnisse zu vergleichen. In Abbildung 3.6 ist dies skizziert.

Page 71: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

3.4 Externe Geometriedaten, Mittelflächengenerierung 65

s

α

P̄r

t

b

h

Abbildung 3.5: Übung 2: Gekrümter I-Träger

Mittelflächen-generierung

Reduzierte FlächenVolumenkörper

Abbildung 3.6: Mittelflächengenerierung beim Z-Profil

Stichpunktartige, kompakte Zusammenstellung der Schritte:

#ANSYS WORKBENCH starten

# Neues Projekt � Projekt wird geöffnet

# Neue Geometrie � DesignModeler wird gestartet, [mm] als Maßeinheit wäh-len

# Unter Datei ↘ Externe Geometriedatei importieren... die ent-sprechende Name.igs-Datei auswählen � die Datei wird geladen.

# Mit Erstellen abschließen � die Geometrie wird geladen.

# Unter Extras die Option Mittelfläche auswählen.

• In Details von Mittelflächex

– Auswahlmethode↘ Automatisch

– Unterer Grenzwert auf 4[mm] stellen

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66 Workbench

– Oberer Grenzwert auf 7[mm] stellen

– Flächenpaare jetzt suchen auf ja stellen

– Mit Erstellen abschließen

# Unter Extras die Option Flächenverlängerung auswählen.

• In Details für Flächenverlängerungx

– Verlängerung↘ Bis Oberfläche auswählen

– Kanten aktivieren ↘ Kante auswählen und mit Anwenden bestätigen

– Zielfläche aktivieren↘ Fläche auswählen, mit Anwenden bestätigen

– Mit Erstellen abschließen

# Gleichen Vorgang für die anderen Flächen wiederholen. � Vollständiges Profil

# Unter Extras die Option Flächenverbindungen auswählen.

• In Details von Flächenverbindungx

– Unter Zielkörper zwei Flächen auswählen (Mit Strg-Taste Mehrfacha-suwahl)

– Mit Anwenden bestätigen

– Und mit Erstellen abschließen

# Gleichen Vorgang für die anderen Flächen wiederholen. � alle Kanten verbunden

# Mit Ansicht # Kantenverbindungen anzeigen werden entsprechendenVerbindungen sichtbar gemacht.

# Mit Datei↘ Speichern unter... sichern und DesignModeler schießen.

Jetzt kann die Geometrie im Modul ’Simulation’ weiter berechnet werden. Das Vor-gehen ist in Abschnitt 3.2 vorgestellt. Sollten Probleme mit den Flächenverbindungenauftreten unter:

# Strukturbaum↘ Geometrie aktivieren und unter

# Geometrie↘ Aus Datei... neu einlesen.

Übung WB 3 - ’Etwas kompliziertere Geometrien

Die in Abbildung 3.7 gezeigte Rohrverbindung und die in Abbildung 3.8 gezeigteAufhängung werden als ’Geometrie’-Datei zur Verfügung gestellt. Die Rohrver-bindung entspricht einem Beispiel aus dem ANSYS-Demoroom. Hier wird eineFluid-Simulation damit durchgeführt. Die Aufhängung wurde einem Beispiel derPennState entnommen.

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3.4 Externe Geometriedaten, Mittelflächengenerierung 67

Abbildung 3.7: Übung 3: Gegebene 3D-Geometrie-Datei

Abbildung 3.8: Übung 3: Gegebene 2D-Geometrie-Datei

Die Geometrien eignen sich dazu, verschiedene Funktionen auszuprobieren:

• Mittelflächengenerierung, reduzieren des Modells

• Strukturmechanische Berechnung dann wahlweise am 2D oder 3D Modell

• Thermische Berechnung

Beachten Sie, dass verschiedene Parts (Geometrieteile) auch ausgeblendetwerden können, und so die Struktur teilweise untersucht werden kann.

N

Page 74: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –
Page 75: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

Literaturverzeichnis[1] FRÖHLICH, P. FEM – Anwendungspraxis. Vierweg, 2005.

[2] GEHRKE, W. Fortran 95, Nachschlagewerk zur Fortran-Norm ISO/IEC 1539-1:1977. Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen (RRZN), 1997.

[3] GROTH. FEM für Praktiker – Band 3: Temperaturfelder. Expert Verlag, 1998.

[4] MÜLLER. FEM für Praktiker – Band 1: Grundlagen. Expert Verlag, 2002.

[5] PRASAD. Optimal structural design with plate finite elements. Journal of the Struc-tural Division (1979), 2367 bis 2382.

[6] SCHÄTZING. FEM für Praktiker – Band 4: Elektrotechnik. Expert Verlag, 2003.

[7] STELZMANN. FEM für Praktiker – Band 2: Strukturdynamik. Expert Verlag, 2002.

[8] TAYLOR, R. L. FEAP - A Finite Element Analysis Program; Version 7.5, ExampleManual. Department of Civil an Environmental Engineering, University of Cali-fornia at Berkeley, 2005.

69

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Page 77: Einführung Ansys c Lassic & Workbench –

Index

ANSYS Product Launcher, 6*do-Befehl, 16*get-Befehl, 30

Aktive Modellteile, 20APDL, 7automatisches Vernetzen, 21

Befehlseingabe, 7Berechnungsarten, 33Beton, 42Beulen, 33Bewehrung, 42Bilineares Materialgesetz, 38Boolesche Operatoren, 20Buckling, 33

CAD-Dateien, 56Constraint Equations, 15

Datenbasis, 7Datenstruktur WB, 55Default-Werte, 8Design Optimization, 50DesignModeler, 56Designvariable, 50Directory, 6Direkte Generierung, 11Doppelknoten, 29Dynamik Grundbegriffe, 44Dynamische Berechnungen, 44

Einheiten, 8, 45Element Library, 12Elemente, 12Elementtyp, 15

Fehlerabschätzung, 22Flächenkörper, WB, 57Flächenverbindung, 64Flächenverlängerung, 64free meshing, 22Frequenzganganalyse, 47Funktionen, 21

Gelenke, 29Geometriegrößen, 18Gradientenverfahren, 50Groß- und Kleinschreibung, 7

Harmonic Analysis, 47Hilfe Funktion, 9

If-then-Else-Konstrukt, 30Internet Links, 1

Jobname, 6

Knicken, 33Kommentarzeilen, 8Kompatibilität, 7Konsistente Einheitensysteme, 45Koordinatensysteme, 29

Löschen der Database, 34List-Befehle, 13

Macro-File, 50mapped meshing, 22Mittelflächengenerierung, 64Modalanalyse, 46Modellier-Modus, 56

Netzverfeinerung, 22

71

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72 Index

Nichtlineare Berechnung, 25

Objective Function, 50Objective Variables, 50Optimierung, 50Output-Fenster, 6

Passive Modellteile, 20Patch-Test, 11Plastisches Materialverhalten, 25Plot-Befehle, 13Postprocessing, 5Potenzen, 8Preprocessing, 5Punkt und Komma, 8Punkt und Komma, WB, 55

Real Constant, 13Riss, 42

Schalter, 43Schleifen, 16Schleifen, Abbruch, 31Session Editor, 9Simulation, 56Skizzier-Modus, 56Slektionsbefehle, 20Solid Modeling, 11Solution, 5Speichern, 6Speichern externer Dateien, 35Speicherverwaltung, 6State-Variable, 50Symmetriebedingungen, 25

Tabellen, 35Title, 6Traglast, 37Transiente Analyse, 48Tutorials, 1, 2

Undo-Button, 6

Variablen, 29

Verification Manual, 2Vernetzen, 21Verzweigungslast, 37Volumenkörper, WB, 61

Zielfunktion, 50