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Die Vernetzung gilt seit jeher als die zeitaufwändigste Aufgabe in der Vorverarbeitungsphase der Simulation, was auch stimmt. Allerdings wird die komplexe Geometrie als einziger Grund für die lange Dauer der Vernetzung angesehen. Noch schwieriger wird die Aufgabe bei expliziten Modellen, bei denen die hexaedrische Vernetzung Priorität hat, um einen Elementkollaps und die Stabilität des Modells während der Lösung zu vermeiden.
Auch bei einfachen Geometrien kann die Vernetzungsaufgabe komplex sein. Ein solches Szenario ist eine hybride Vernetzung, an der mehrere Elementtopologien beteiligt sind. Gängige Beispiele sind Wabenstrukturen und zivile Strukturen mit Bewehrung. In solchen Situationen kann es sehr schwierig sein, die Knotenverbindungen zwischen Elementen verschiedener Topologien manuell herzustellen.
Dieses Problem kann von Abaqus CAE gelöst werden, da es eine automatisierte hybride Vernetzungsfunktion bietet. Bei dieser Technik muss der Benutzer vor der Vernetzung Skins und Stringer definieren. Diese Skins und Stringer unterstützen die Erzeugung von Schalen- und Balkenelementen, die an den Knotenpunkten mit den zugrunde liegenden Kontinuums-Volumenelementen verschmolzen werden. Das Ergebnis ist ein einziges hybrides Netz, das aus einer dreidimensionalen Matrix von Kontinuums-Volumenelementen, zweidimensionalen Schalen für die Haut und eindimensionalen Balken für die Verstärkungen besteht.
In diesem Blog zeigen wir Ihnen den schrittweisen Prozess einer solchen Hybridvernetzung in Abaqus CAE
Wir nehmen das Beispiel einer 3D-Blockmatrix in Grün, die oben und unten zwei Skins in Weiß und vier Stringer an den vertikalen Kanten in Rot hat.
SCHRITT 1: Definieren Sie den 3D-Block und geben Sie ihm einen Namen. Definieren Sie die einzelnen Materialeigenschaften für die Matrix, die Haut und den Stringer. Dies ist die herkömmliche Methode der Materialdefinition.
SCHRITT 2: Rufen Sie das Eigenschaftsmodul in CAE auf. Verwenden Sie die Werkzeuge wie gezeigt, um eine Haut mit zwei Flächenstützen und einen Stringer mit vier Kantenstützen zu definieren. Sobald Sie dies getan haben, sollten sie im Verlaufsbaum erscheinen.
SCHRITT 3: Definieren Sie einen Volumenschnitt für die 3D-Matrix, einen Schalenschnitt für die Haut und einen Balkenschnitt für die Stringer. Weisen Sie diese Schnitte den jeweiligen Geometrien mit Hilfe von drei Schnittzuweisungen zu. Verwenden Sie die Parameter für die Dicke und den Balkenquerschnitt wie gewünscht. Für das vorliegende Problem habe ich eine Schale mit einer Dicke von 2 mm und einem Versatz in die entsprechende Richtung sowie einen kreisförmigen Balken mit einem Radius von 1 mm verwendet.
SCHRITT 4: Dies ist eine wichtige Information, die man leicht übersehen kann. Definieren Sie den Trägerausrichtungsvektor für die Stringer wie unten gezeigt. Diese Funktion befindet sich im Eigenschaftsmodul. CAE fordert den Benutzer auf, den Vektor „n1“ zu definieren, der nicht mit der Richtung des Trägers übereinstimmen sollte. Der Vektor „n1“ wird auf eine Ebene projiziert, die senkrecht zu den Trägern steht, und wird als die Richtung des maximalen Hauptmoments des Querschnittsprofils angenommen.. In diesem Problem ist das globale Z die Richtung der Stringer. Da der Querschnitt kreisförmig ist, können entweder das globale X oder das globale Y als geeignete Definitionen für n1 genommen werden. Bei Querschnitten wie dem C-Kanal, dem I-Kanal oder dem L-Kanal sollte der n1-Vektor jedoch richtig definiert werden, um den Kanal korrekt im Raum auszurichten.
SCHRITT5: Rendern Sie die Geometrie, um sicherzustellen, dass die Haut und der Stringer richtig definiert sind. Gehen Sie zu den Optionen für die Teildarstellung im Pull-Down-Menü „Ansicht“ und aktivieren Sie die Optionen für die Idealisierung, wie gezeigt.
Wenn alles korrekt ist, sollte das Modell wie unten dargestellt werden:
SCHRITT 6: Das Modell ist jetzt bereit für die Vernetzung. Es ist ein wenig Arbeit vor der Vernetzung, aber jetzt muss sich der Benutzer nicht mehr um die Vernetzung der Haut und der Stringer sowie um die Knotenkonnektivität kümmern. Vernetzen Sie einfach die 3D-Matrix wie gewohnt. Die entsprechenden Netze für die Haut und den Stringer werden automatisch definiert und mit der 3D-Blockmatrix verbunden.
SCHRITT 7: Führen Sie eine Abfrage der Elemente durch, um alle Elementtopologien zu sehen. Für dieses Modell sehen die Elementdetails wie folgt aus. Das Modell ist nun bereit für die weiteren Schritte der Simulation.
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