MVP II 09 Model Lie Rung Und Simulation Mit LS-DYNA

Simulationstechniken in der Umformtechnik I Methoden der virtuellen Produktion IIModellierung und Simulation mit LS-DYNAProf. Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya Dr.-Ing. habil. Sami Chatti Dipl.-Ing. Frank Steinbach M.Sc. O. Koray DemirWintersemester 2010/11WS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.0

Inhalt der VorlesungVL09 Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.1 Elementtypen 9.2 Materialmodelle 9.3 Anfangs- und Randbedingungen 9.4 Belastung 9.5 Kontakt 9.6 Umformsimulation mit LS-DYNA

WS 10/11

Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA

9.1


WS 10/11


9.2

ElementtypenVorgegeben: Die Geometrie des zu lsenden Problems Wie (mit welchen Elementen) soll ich die Geometrie in meiner Simulation darstellen?

Kontinuumselemente Ebener Spannungszustand Ebener Verformungszustand Axialsymmetrie 3D

Strukturelemente Massenelemente Kabelelemente Trusselemente Stabelemente Schalenelemente Membranelemente

Ein-dimensionalWS 10/11

Zwei-dimensional

Drei-dimensional9.3


Elementtypen3D Kontinuumselemente

*SECTION_SOLID

WS 10/11


9.4

Elementtypen3D Kontinuumselemente

WS 10/11


9.5

Elementtypen2D Kontinuumselemente3D-modell:

2D-modell:

tPlane-stress-Elemente, wenn t klein ist, Plane-strain-Elemente, wenn t gro ist

*SECTION_SHELL

Plane-strainWS 10/11

Plane-stress Tiefe zustzlich angegeben durch *SECTION_SHELL9.6


Elementtypen2D KontinuumselementeAxialsymmetrie: *SECTION_SHELL

WS 10/11


9.7

ElementtypenStrukturelementeSchalenelemente:Stempel Niederhalter

*CONTROL_CONTACT

Vernetzung

Blech MatrizeWS 10/11

Dicke muss zustzlich angegeben werden9.8


ElementtypenStrukturelementeSchalenelemente: Dicke zustzlich angegeben durch *SECTION_SHELL Translatorische und rotatorische Freiheitsgrade

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9.9

Elementtypen

WS 10/11


9.10

Elementtypen200 Radiale Spannung

Alle Werte in MPa

Axiale Spannung -185 125 Tangentiale Spannung

-210 -30WS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA

135

9.11

ElementtypenStrukturelementeKabelelement und Trusselement: *SECTION_DISCRETE Nur translatorische Freiheitsgrade

Stabelement: *SECTION_BEAM

Translatorische und rotatorische Freiheitsgrade

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9.12

ElementtypenStrukturelementeStabelemente Stabelemente

Truss-elemente

Kabelelemente

Truss-elementeWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.13

ElementtypenStrukturelementeMassenelemente *ELEMENT_MASS Massenelemente

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9.14


WS 10/11


9.15

MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen? - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n *MAT_RIGIDWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.16



MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen? - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n *MAT_ELASTICWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.19

MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen? - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n

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9.20

MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen?

s- Starre Objekte - Lineare Elastizitt E - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n *MAT_ELASTICWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.21

j


s- Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit - Initiale Anisotropie - Anisotropische VerfestigungE

j

*MAT_POWER_LAW_PLASTICITY *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITYWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.22


sFliekurve - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit jp - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul E Poissonszahl n *MAT_POWER_LAW_PLASTICITY *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITYWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.23


s

- Starre Objekte jp=0,00001s-1 - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt Fliekurven - Dehnratenabhngigkeit jp - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY *MAT_JOHNSON_COOKWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA

jp=100s-1 jp=10s-1 jp=1s-1

9.24


s

- Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt Fliekurven - Dehnratenabhngigkeit jp - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n *MAT_STRAIN_RATE_DEPENDENT_PLASTICITY *MAT_JOHNSON_COOKWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA

T=300C T=200C T=100C T=24C

9.25

MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen? - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul E*MAT_HILL_3R *MAT_BARLAT_YLD96WS 10/11

Poissonszahl n Anisotropiekennwerte nach dem ausgewhlten Modell (Hill, Barlat, )9.26


MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen? - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul E*MAT_PLASTIC_KINEMATICWS 10/11

Poissonszahl n Anisotropische Verfestigungsparameter9.27



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9.28

Anfangs- und RandbedingungenUm das Modell zu vereinfachen*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTIONMesslnge

Vorgeschriebene Bewegung Randbedingung: Waagerecht befestigte Knoten

Bolzen

Waagerecht befestigte KnotenWS 10/11

Vorderbolzen wird von einem Gewicht gezogen9.29


Anfangs- und RandbedingungenFr Symmetrie

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9.30

RandbedingungenAusgangsgeschwindigkeit*INITIAL_VELOCITY

WS 10/11


9.31


WS 10/11


9.32

BelastungBelastungen: Vorgegebene Bewegung Kraft (und Druck) Jede Belastung muss eine Funktion der Zeit sein Belastung

ZeitWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.33

BelastungStarre Parts: Bewegung*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID

Kraft (F = m * a)*LOAD_RIGID_BODY

Verformbare Objekte: Bewegung (Knoten, Parts)*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_SET

Kraft (Knoten, Parts)*LOAD_NODE_SET

Druck (Segmente)*LOAD_SEGMENTWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.34

BelastungStarrer Stempel Bewegung Starrer Niederhalter Kraft

Starre Matrize

Festgesetzt

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9.35

BelastungBewegung Stempel

Niederhalter

Kraft Matrize Randbedingung

WS 10/11


9.36

BelastungDruck

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9.37


WS 10/11


9.38

KontaktDer Penalty-AlgorithmusF=k*d

F

k = Kontaktsteifigkeit

d = Eindringen zw. Flchen

d

k

WS 10/11


9.39

KontaktVerschiedene Kontakttypen *CONTACT_NODES_TO_SURFACE Knoten der Slave-Seite werden berprft, ob sie in die Segmente der Master-Seite eindringen

*CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE Knoten der Slave-Seite werden berprft, ob sie in die Segmente der Master-Seite eindringen Knoten der Master-Seite werden berprft, ob sie in die Segmente der Slave-Seite eindringen

*CONTACT_AUTOMATIC_ Die beiden Seiten eines Shell-Elements werden betrachtet

*CONTACT_FORMING Geeigneter Kontakt-Algorithmus fr Blechumformsimulationen

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9.40


WS 10/11


9.41

Umformsimulation mit LS-DYNAZeitschritt Im Vergleich zur impliziten Methode ist die Berechnungszeit fr einen Schritt viel krzer bei der expliziten Methode. Dafr muss allerdings ein Problem in viel mehr Schritte unterteilt werden.Elementkantenlnge

te

Le Ce

Schallgeschwindigkeit in dem Material Fr ein Problem, das eine Sekunde dauert, werden 5.000.000 Berechnungsschritte gebraucht!9.42

Annahme

te,min

Le 1mm 0, 2s Ce 5000m/sUngefhr Fr Stahl

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Umformsimulation mit LS-DYNAZeitschritt Deswegen ist die explizite Methode geeignet fr Dynamische Probleme Probleme, in denen die Beanspruchungswellen untersucht werden sollen Schwierige Kontaktprobleme

und nicht geeignet fr Statische Probleme Quasistatische Probleme und dynamische Probleme, die zu lange dauern Wie simulieren wir denn die Umformprobleme explizit mit LS-Dyna?

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9.43

Umformsimulation mit LS-DYNAUmformgeschwindigkeit Wird knstlich stark erhht, um die Rechenzeit zu reduzieren Stempelgeschwindigkeit 5 m/s Blechumformung

0,5 sWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA

Zeit9.44

Umformsimulation mit LS-DYNANiederhalterkraft muss auch eine Funktion der Zeit sein Kraft Blechumformung 50 kN

0,5 sWS 10/11

Zeit9.45


Umformsimulation mit LS-DYNAOszillationen Sie knnen vorkommen, wenn die knstliche Umformgeschwindigkeit zu gro ist

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9.46

Umformsimulation mit LS-DYNAberprfung der kinetischen Energie Das Verhltnis Kinetische Energie/Umformenergie darf nicht zu gro sein

Energie

Umformenergie Kinetische Energie

Stempelweg

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9.47

Umformsimulation mit LS-DYNASensitivittsanalyse

Der gesuchte Parameter

Anzahl der Elemente, Stempelgeschwindigkeit,

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9.48

Umformsimulation mit LS-DYNAMaterialmodell Das Materialverhalten bei den realen Geschwindigkeiten wird dargestellt, obwohl die simulierte Geschwindigkeit knstlich erhht ist Dmpfung Kann benutzt werden, um unerwnschte Oszillationen zu vermeiden

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9.49

Umformsimulation mit LS-DYNAMass Scaling

Elastisches Werkzeug

Elementkantenlnge

te WS 10/11

Le Ce

Ce E

r

r

te9.50


Umformsimulation mit LS-DYNAAdaptive Remeshing

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9.51

Umformsimulation mit LS-DYNA

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9.52

Umformsimulation mit LS-DYNA

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9.53

LiteraturLSTC LSTC LSTC, DYNAmore Klein, B.: Nasdala, L.: keyword users manual (www.dynasupport.com/manuals) theory manual (www.dynasupport.com/manuals) Beispiele unter www.dynaexamples.com FEM. Grundlagen und Anwendungen der Finite-ElementeMethode. Vieweg-Verlag, 2007. ISBN 978-3-8348-0296-5. FEM-Formelsammlung Statik und Dynamik. Vieweg + Teubner, 2010. ISBN 978-3-8348-0980-3.

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9.54

LS-DYNA Keyword Format

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9.55

Documents

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