Glasstatik-Beispiele mit FEM-System MEANS V8 – Teil 4c

Glaskonsole mit CAD-System AutoCAD 2008 erstellen

Beschreibung

Erzeugung eines Quaders

Flächen des Quaders erzeugen

Spiegelung

Netzdichte einstellen

Rippen-Point verschieben

Kanten für jede Fläche neu erzeugen

Fläche 5 vernetzen

Netz verschieben

Ursprung durchführen

DXF abspeichern

DXF-Netz in MEANS einladen

Elementnumerierung prüfen

Elementtyp SHEL4 auf SHEL8 konvertieren

Randbedingungen erzeugen

Eingabe der Belastung

Eingabe der Materialdaten

FEM-Analyse starten

Ergebnisauswertung

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Beispiel: Glaskonsole mit CAD-System AutoCAD 2008 erstellen

Absolute Spitzenklasse für dünne 3D-Schalennetze ist die Verwendung von AutoCAD 2008 oder dem 100% DWG-kompatiblen CAD-System AXCAD. Mit keinem anderen CAD-System kann man so schnell und einfach das 3D-Schalennetz für die Glaskonsole generieren.

Download AutoCAD 2008 – 30 Tage Version

Falls Sie dieses Beispiel nachvollziehen möchten empfehlen wir Ihnen den Download von AutoCAD 2008 als 30 Tage Version, damit entstand auch dieses Tutorial: http://www.brothersoft.com/autocad-51230.html oder die 30 Tage Demo-Version von AXCAD.

Erzeugung eines Quaders

Erstellen Sie zuerst mit dem Befehl „ai_box“ einen Quader mit den Abmessungen

150 mm x 100 mm x 100 mm

Hier die AutoCAD-Eingabe:

Flächen des Quaders erzeugen

Erzeugen Sie zuerst mit dem Befehl „Ursprung“ bzw. „Explode“ die Flächen des Quaders. Löschen Sie mit „Delete“ bzw. „Erase“ jetzt die linke Fläche, Vorderfläche und Oberfläche.

Spiegelung

Mit dem Befehl „Ändern“ und „Spiegeln“ bzw. „Modify“ und „Mirror“ selektieren Sie zuerst das gesamte Modell sowie die beiden unteren Knoten der rechten Fläche aus.

Netzdichte einstellen

Mit den Befehlen „Surftab1“ und „Surftab2“ müssen zuerst die lokalen Netzdichten in X- und Y-Richtung auf „12“ eingestellt werden.

Rippen-Point verschieben

Verschieben Sie nun den oberen Rippen-Punkt von Z= 100 auf Z=5 nach unten. Dazu einfach den Knoten anklicken und die neue Z-Koordinate eingeben.

Kanten für jede Fläche neu erzeugen

Für alle 5 Flächen müssen jetzt mit dem Befehl „3dpoly“ die Kanten einzeln erzeugt werden, damit Sie für den Netz-Befehl „Kantob“ bzw. „Edgesurf“ selektierbar sind.

Kanten für Fläche 5 erzeugen

Führen Sie für die Fläche 5 viermal den Befehl „3dpoly“ aus und klicken zuerst auf den Startpunkt und dannach auf den „Endpunkt“ der Kante.

Command: 3dpoly

Specify start point of polyline:

Specify endpoint of line or [Undo]:

Command:

3DPOLY

Specify start point of polyline:

Specify endpoint of line or [Undo]:

Command:

3DPOLY

Specify start point of polyline:

Specify endpoint of line or [Undo]:

Command:

3DPOLY

Specify start point of polyline:

Specify endpoint of line or [Undo]:

Fläche 5 vernetzen

Mit dem Befehl „Kantob“ bzw. „Edgesurf“ vernetzen Sie nun die Fläche 5, indem Sie alle 4 Kanten der Fläche nacheinander anklicken.

Command: edgesurf

Current wire frame density: SURFTAB1=12 SURFTAB2=12

Select object 1 for surface edge:

Select object 2 for surface edge:

Select object 3 for surface edge:

Select object 4 for surface edge:

Arbeitsgänge für Flächen 1 bis 4 wiederholen

Führen Sie die beiden letzten Arbeitsgänge auch für die Flächen 1 - 4 durch bis Sie die Glaskonsole komplett vernetzt haben.

Netz verschieben

Damit nur das neue Maschennetz als FEM-Netz erzeugt wird, wird folgender Trick angewandt: Versetzen Sie das neue Maschennetz auf eine andere Position und löschen das alte Kantenmodell von Seite 4. Dazu einfach die 5 Maschennetze anklicken und mit „Schieben“ bzw. „Move“ auf eine andere Position versetzen.

Ursprung durchführen

Zum Schluß der wichtigste Arbeitsgang für die Umwandlung des Maschennetzes in ein reguläres Rechteck-Netz mit dem Befehl „Ursprung“ bzw. „Explode“.

Nach diesem Befehl ist jedes Rechteck einzeln selektierbar und kann z.B. gelöscht oder kopiert werden ( um z.B. ein Loch zu erzeugen u.s.w.)

Command: _explode

Select objects: Specify opposite corner: 5 found

DXF abspeichern

Mit dem Befehl „DXFOUT“ können Sie das Schalennetz jetzt für MEANS zur FEM-Weiterverarbeitung in das Verzeichnis:

„C:\Programme\Gemeinsame Dateien\MEANS V8\DXF und unter dem Namen: „Schalennetz.dxf“ abspeichern.

Der größte Arbeitsaufwand der FEM-Analyse (etwa ca. 80%) – die Netz-Erstellung wurde jetzt vollständig mit AutoCAD durchgeführt.

DXF-Netz in MEANS einladen

Starten Sie das Desktop Icon von MEANS-SHELL oder wählen Sie in MEANS V8 „Neues Projekt“ und „2D/3D-Netzgenerierungen“ um den Schalen-Preprozessor zu starten.

Wählen Sie jetzt „Einladen“ oder das Icon . Wählen Sie das Register „DXF“ und und laden die DXF-Datei aus dem Verzeichnis

„C:\Programme\Gemeinsame Dateien\MEANS V8\DXF\Schalennetz.dxf ein.

Als Ergebnis erhält man ein FEM-Netz bestehend aus 769 Knotenpunkte und 720 SHEL4-Schalenelemente.

Elementnumerierung prüfen

Prüfen Sie zuerst mit der Netz-Iconleiste und dem Menü „Jacobi-Matrix“ die Elementnumerierungen:

und Prüfung nochmals wiederholen:

Elementtyp SHEL4 auf SHEL8 konvertieren

Es folgt mit der Iconleiste für Netzmanipulationen und dem Menü eine Elementkonvertierung von SHEL4 auf das genauere SHEL8-Schalenelement mit Mittelknoten.

Nach der Elementkonvertierung erhalten Sie ein FEM-Schalennetz bestehend aus

2257 Knotenpunkten und 720 SHEL8-Schalenelementen.

Randbedingungen erzeugen

Die Glaskonsole ist an 6 Knotenpunkten fest eingespannt. Wählen Sie in der Ansichtsleiste das Icon um die Iconleiste für Randbe-dingungen anzuzeigen.

In der RB-Leiste wählen Sie jetzt jeweils ein RB-Icon in X-, Y- und Z-Richtung um

die Verformungen in X-, Y- und Z-Richtung zu sperren.

Wählen Sie „Erzeugen“ und dannach „Markieren Sie einen Ausschnitt“ und klicken die vier Eckknoten 1, 470, 481, 25 sowie die Knotenpunkte 169 und 158 an der Rippe. Diese werden in der Selectbox angezeigt. Dort können die Rbs mit „Erzeugen“ endgültig erzeugt werden.

Eingabe der Belastung

Die Glaskonsole wird mit 1 Tonne belastet. Daraus entsteht eine Knotenpunkt-belastung von –10000 N.

Wählen Sie das Icon in der Ansichtsleiste um die Iconleiste für Belastungen anzuzeigen.

Wählen Sie das Icon und „Knotenlast“ und geben den Wert von –10000 in Z-Richtung ein. Wählen Sie „Markieren Sie einen Ausschnitt“ und klicken mit der Maus auf den Knotenpunkt 315. Dieser erscheint in der Selectbox, dort mit „Erzeugen“ die Belastung erzeugen.

Eingabe der Materialdaten

Wählen Sie “FEM-Projekt bearbeiten” und “Materialdaten” und geben folgende

Materialwerte für Glas ein:

Elementdicke H1 – H4 (für jeden der vier Eckknoten) = 5 mm

E-Modul = 70000 N/mm²

Poisson-Zahl = 0.25

FEM-Analyse starten

Das FEM-Modell ist jetzt vollständig und kann mit unter glaskonsole.fem im aktuellen Means-Struktur-Verzeichnis abgespeichert werden.

Das Modell ist jetzt komplett erstellt und kann mit dem Menü „FEM-Analyse“ und „FEM-Analye starten“ berechnet werden.

FE-Solver wählen

Für Platten und Schalenelementen muß der erste FE-Solver ausgewählt werden, da im Dr. Kühn-Solver leider keine Schalenelemente inplementiert sind.

Starten Sie mit Schritt 1 die FEM-Analyse und anschließend mit Schritt 2 die Auswertung.

Ergebnisauswertung

Wählen Sie das Icon um nach der FEM-Analyse die berechnete Verformungs- und Spannungsverteilung darzustellen.

Mit dem Menü „Farbstufen einstellen“ wählen Sie bitte „Regenbogen 32“ aus damit die Legende mit 32 Farben dargestellt wird.