[German Workshop] Schritt-für-Schritt Anleitung: Session 1


#1

Aufgabe

Unser Ziel ist es die Verformung einer Quadrocopter-Armes für verschiedene Auftriebskräfte zu untersuchen. Hierzu werden wir ein Rechengitter (Netz) für den Arm erstellen und dessen strukturelles Verhalten für verschiedene Kräfte untersuchen (0.75N, 1.5N, 2.25N, 3N)

Euer Hausaufgaben-Projekt sollte zur Abgabe ein Netz und vier Simulationsläufe beinhalten. Du kannst deine Hausaufgabe über dieses Formular einreichen. Die Abgabefrist für die erste Hausaufgabe ist am 28.04.2016 um 16:00 Uhr, also zu Beginn des nächsten Webinars.

Schritt-für-Schritt Anleitung

Meshing (Vernetzung)

Als erstes musst du die Geometrie in deinen SimScale Workspace importieren. Hierfür musst du nur auf diesen Link klicken und die Vorlage inkl. CAD-Modell wird zu deinem Workspace hinzugefügt. Bitte beachte, dass diese Vorgang einige Minuten in Anspruch nehmen kann.

Du wirst benachichtigt sobald der Importvorgang abgeschlossen ist und das Projekt wird automatisch zu deinem Dashboard hinzugefügt.

Klicke auf das Meshes item im Projektbaum. Dies wird ein zusätzliches Fenster in der Mitte des Bildschirms öffnen.

Als erstes musst du im Base Dropdown-Menü festlegen welche Geometrie du vernetzen willst. Wähle "Drone_Arm und klicke auf den Save button.

Klicke nun auf den Add mesh operation Button um die im vorherigen Schritt ausgewählte Geometrie zu vernetzen.
Dies wird ein neues Fenster öffnen wo die Vernetzungsoperation spezifiziert werden kann um das Netz zu erzeugen.

Bitte wähle Tetrahedralization with refinementsaus der Liste und änder die folgenden Parameter:

  • Name: Mesh_Arm
  • Maximum mesh edge length: 0.001
  • Minimal mesh edge length: 0.0006
  • NETGEN3D fineness parameter: 2 - Coarse
  • Number of processors 4

Damit haben wir ein Intervall für die Elementgröße definiert, welche absolut austreichend sind in Bereichen des Bauteiles indenen wir keine hohen Spannungen erwarten. An dieser Stelle solltest du berücksichtigen, dass die Genaugikeit der Berechnungn abhängig ist von der Auflösung der Netzes. Daher müssen wir das Netz dort verfeinern wo hohe Spannungen und Verformungne erwartet werden.

Wir werden nun lokale Netzverfeinung auf der Flächen erstellen bei denen wir hohe Spannungen und Verformungne erwarten.

Klicke auf das Mesh Refinements Element welches dem *Project Tree auf der linken Seite hinzugefügt worde ist. Dies wird ein neues Menü in der Mitte öffnen wo alle Verfeinungstypen (auf engl. Refinements) zu finden sind.

Klicke auf den Add mesh refinement* Button. Dieser wird ein neues Sub-Element zu dem *Project-Tree hinzufügen. Hier kannst du nun die Art der Verfeinerung spezifizieren.

  • Name: High Stress Zone Refinement
  • Maximum mesh edge length: 0.0003
  • Minimal mesh edge length: 0.0001
  • NETGEN3D fineness parameter: 3 - Moderate

Abschließend müssen die vorherigen Einstellungen noch auf Flächen angewandt werden. Wähle diese aus der Liste aus.

Es ist auch möglich und empfohlen die Auswahl der Flächen grafisch durchzuführen. Hierzu musst du nur die Flächen in dem 3D Model Window auf der rechten Seite markieren. Dazu klickst du mit der linken Maustase auf die Fläche. Um deine Auswahl hinzuzufügen klickst du einfach auf den entsprechenden *Add selection from Viewer Button in der Mitte des Fensters.



Nun ist unser Netz bereit für die Berechnung. Klicke hierzu auf die erstellte Netzoperation und klicke dann auf den Start button.

Simulation Setup

Nachdem unser Netz fertiggestellt wurde können wir nun die eigentliche Simulation aufsetzen. Klicke hierzu auf den Simulation Designer Tab in dem oberen Hauptmenü.

Klicke nun auf den Create new Simulation button.

Dies wird ein zusätzliches Menü in der Mitte des Fensters erscheinen lassen. Hier kannst du auswählen welche Art von Simulation du durchführen möchtest. In unserem Fall werden wir eine Static analysis - advanced Simulation mit Non-linear Option durchführen.

Als nächstes musst du auswählen welches Netz für die Simulation verwendet werden soll. Klicke hierzu auf das Domain Element im Project Tree und wähle dort Mesh_1 (aus dem neu erscheinend Menü in der Mitte) aus. Vergiss nicht deine Einstellungen zu speichern.

Jetzt kannst du festlegen welche Materialeigenschaften bei der Simulation angenommen werden sollen. (Hinweis: Bei mehreren Bauteilen ist es natürlich auch möglich diese Eigeschaften für jeden Körper einzeln zu definieren)

Wir werden nun das Materialverhalten eines ABS Thermoplasten manuell definieren. Klicke hierzu auf das Materials Element im Project-Tree. Dies wird ein neues Menü in der Mitte des Fensteröffnen. Dort kann ein neues Material (durch Klicken des entsprechenden Add material buttons) hinzugefügt werden.

  • Name: ABS Thermoplastic
  • Young’s Modul: 1800000000
  • Poisson’s ratio: 0.35
  • Densiy: 1040

Ordne nun das Material dem Arm der Drone zu (volumeOnGeoVolumes_0)

Nun können wir beginnen die Randbedingungen (engl. Boundary Conditions) zu erstellen. Klicke hierzu auf das Boundary Conditions Element im Project Tree

Generell gibt es zwei Arten von Randbedingungen für statische Festigkeitssimulationen

  • Contraint (Zwang) Randbedingungen werden genutzt um die Freiheitsgrade des Modells zu begrenzen
  • Load (Last) Randbedingungen werden verwendet um externe Kräfte oder Momente abzubilden

There are two kinds of boundary conditions for static structural simulations.

Als erstes werden wie eine Contraint Randbedingungen erstellen um den Arm zu fixieren. Klicke hierzu auf den Add Constraint boundary conditon Button.

  • Name: Fix
  • Type: Fixed Value
  • x displacement: prescribed wit a value of 0
  • y displacement: prescribed wit a value of 0
  • z displacement: prescribed wit a value of 0

Bitte wende diese Ranbedingung auf die untere und obere Fläche der Befestigung des Armes an. (faceGroupOnGeoFace_96, faceGroupOnGeoFace_119)

Wir befinden uns nun auf der Zielgeraden. Wir werden nun die Auftriebskraft durch den Propeller als externe Kraft abbilden. Erstelle hierzu eine neue load boundary condition

Erstelle eine neue Randbedingungen durch das Klicken des Buttons:

  • Name: Lift
  • Type: Force
  • fy = 3

Wende diese Randbedingung abschließend auf die obere Fläche der Motorbefestigung an.

In diesem Tutorial möchten wir die Verformung des Armes für unterschiedliche Auftriebskräfte untersuchen. Du musst den Wert für fy daher anpassen und verschiedene Simulation aufsetzen.

Numerics (welches das nächste Element im Project-Tree ist) kann übersprungen werden. Die Voreinstellungen sind ausreichend!

Klicke nun auf das Simulation Control Element im *Projet Tree um die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Simulation einzustellen. Bitte passe folgende Voreinstellungen an:

  • Timestep definition: Auto
  • Simulation interval: 1
  • Initial time step lengths: 1
  • Number of computing cores: 4 (that will accelerate the computing process)

Bitte beachte das statisch linear Simulationen nicht interativ berechnet werden. Die Simulationszeit entspricht hier daher eine Art von ‘Pseudo-Zeit’ welche zum Beispiel für dynamische Lasten verwendet werden kann-

Klicke auf das Result Control Element im *Project Tree welches ein neues Fesnter öffnen wird:

Nun werden wir zusätzliche Solution Fields hinzufügen um weitere physikalische Quantitäten berechnen lassen zu könnnen. Klicke hierzu auf das Solution Fields Element und dann auf den Add Solution field itemButton.

Wähle das Ergebnisfeld, dass Du hinzufügen willst, aus dem Drop-Down-Menü aus:

  • Name: vonMises stress
  • Type: stress
  • Stress type: vonMises stress

Klicke jetzt auf das Simulation Run Element im *Project tree und klicke anschließend auf den Create new run Button in dem mittleren Menü. Dadurch wird eine Momentaufnahme der Simulationseinstellung erstellt.

Um die Simulation zu starten musst du diese im Project Tree anklicken. Anschließend öffnet sich ein neues Menü in der Mitte des Fensters. Klicke jetzt auf den Start Button.

Once your simulation is finished, please click on the Post-Processor button in the main ribbon

Post Processing

Bitte wechsel zum Post-Processor.

Klicke auf das Solution Field Element im Baummenü um auf die 3D Ergebnisse zuzugreifen.

Jetzt können wir die 3D-Visualisierung der Simulationsergebnisse vornehmen

Als erstes müssen wir das Endergebniss laden., Öffne hierfür den letzten Zeitschritt (time=1) welche die benötigen Informationen enthält.

Jetzt können wir die Ergebnissfelder visualisieren. Das Select Field Drop-Down-Menü ermöglicht es die darzustelllende Größe (z. B. Spannung oder Dehnung) einzustellen.


Bitte klicke auf das zugehörige Element (2) im Baummenü um die Legende einblenden zu lassen (1)

Wir können auch Filter auf die Ergenisse anwenden um weitere Einblicke zu erhalten:

Als erstes werden wir die Verformung des Arms mit Hilfe des WrapbyVector untersuchen:
Klicke hierzu auf den Add filter Button.

Jetzt kannst du den WrapbyVector-Filter auswählen

Im *Property panel kannst du sogar einen Skalierungsfaktor einstellen (1). Nun siehst du wie der Arm qualitativ verformt wird.

Das Eyes Symbol (2) ermöglicht es die Filter ein- bzw. auszublenden. Bitte blende den WrapbyVector-Filter aus.

Abschließend wollen wir einen Blick in das Bauteil hinein werfen. Erstelle hierzu bitte einen Slice Filter.


Hier kannst du eine Schnittebene durch Ursprung und Normale beschreiben.

  • Origin (-0.01, 0, 0)
  • Normal (-1 0 1)

Abschließend musst du alle anderen Filter ausblenden.

u


#2

#3

#4

Wo finde ich das CAD-Teil bzw. das Ausgangsprojekt zum Kopieren?


#5

Hallo,

hierfür musst du nur auf diesen Link klicken und das Projekt inkl. Modell wird importiert. Ansonsten ist der Prozess auch im obiegen Tutorial ausführlich erklärt :slight_smile:

Gruß,

Milad


#6

Hallo,

kleine Unstimmigkeit:
Netzname “Mesh_Coarse” steht im Text, Netzname “Mesh_Arm” im Screenshot (IMG_4.png).

Nettes Tutorial!


#7

Hallo,

vielen Dank! Ich hab es direkt korrigiert.

Gruß,

Milad


#8

Hallo,

erstmal vielen Dank für das Seminar und das dazugehörige Tutorial.
Im Text zur Erstellung der Simulation müsste es heißen: “Static analysis - advanced” unter anderem, weil man in einer “Static analysis” nicht mit Kraft- sondern nur mit Druckangaben arbeiten kann. Die Auswahl in IMG_12.png ist aber korrekt :slight_smile:
Im Text zu dem Boundery Conditions hat sich noch eine englischsprachige Zeile eingeschlichen :wink:

Post-Processor:
Sollen zu allen vier Simulationen die entsprechend Ansichten im Punkt “Solution fields” erzeugt werden? Sollen diese Ansichten dann über “Save State” gespeichert werden?

Gruß :slight_smile:


#9

Hallo Milad,
vielen Dank für das tolle Webinar. Das macht richtig Spaß.
Eine Frage zu den Hausaufgaben: Du schreibst:
“Wer alle drei Hausaufgaben bearbeitet und rechtzeitig einreicht”
Wann ist denn “rechtzeitig”?
Viele Grüße!
Martin


#10

Hallo @twagner,

danke für den Hinweis bezüglich der Static analysis - advanced Auswahl. Ich kann Milads Post leider nicht ändern. @mmafi1 kannst du den Text hier noch anpassen?

Grundsätzlich reicht es wenn wir den Projektlink bekommen. Es erleichtert es aber sehr für uns, wenn Ihr die Screenshots hinzufügt. Vielen Dank auch auf für den Hinweis!

Viele Grüße

Alex


#11

Hallo Martin,

die Abgabefrist für die erste Hausaufgabe ist am 28.04.2016 um 16:00 Uhr, also zu Beginn des nächsten Webinars nächsten Donnerstag. Du findest den Hinweis im Abgabeformular unter diesem Link: https://marketing.simscale.com/acton/form/14483/0054:d-0001/0/-/-/-/-/index.htm?_ga=1.253481295.777352194.1460981308.

Wir werden das in der Anleitung auch noch einmal hinzufügen.

Viele Grüße

Alex


#12

Danke, jetzt habe ich es. Ich muss zuerst eingeloggt sein. Wenn ich dem Link folge, aber noch nicht eingeloggt bin, wird der Login abgefragt. Nach erfolgreichem Login wird aufs Dashboard weitergeleitet, wo das Projekt dann aber (noch) nicht importiert ist. Erneute Eingabe des Links importiert dann das Projekt.
[Firefox bzw. Firefox für die Anleitung, Chrome als Webapp-Maschine]


#14

Warum wird der Slice hierarchisch dem WarpByVector untergeordnet?

Das wird eigentlich erst richtig interessant, wenn dem ungewarpten Mesh (Run 1) kein Feld mehr zuweist (grau) und den Slice aus dem Mesch rausgucken lässt (Run 1 und den Slice anzeigen). Oder einen zweiten Slice an derselben Position aus dem Mesh rauschneiden, ebenfalls kein Feld zuweisen (grau), beide Slices anzeigen und die Verformung wird sehr deutlich dargestellt.


#15

An der Stelle Mesh-Refinement kann ich zwar die Faces selektieren. Beim Speichern merkt sich das Tool jedoch keine der Selektionen. Der Unterpunkt Refinement beleibt dann als unbearbeitet als orangener Kreis markiert (gut wäre hier ein grüner Kreis).
Was mache ich falsch?


#16

Nach der Auswahl der Flächen im Viewer musst du noch “Add selection from viewer” anklicken, damit die Auswahl in der Liste übernommen wird. Anschlie-end noch speichern(save)

Gruß


#17

Bei der Simulationsauswertung bleibt mein SliceFilter-Schnitt durch das Modell weiß. Wie kann ich ihn einfärben?


#18

Hallo @bgks,

der Baum auf der linken Seite im Post-Processor unterstützt mehrere Hierarchien. Wichtig dabei ist, dass das Basis-Element ausgewählt (blau gehighlighted, nach Klicken) ist. Wenn man also den Slice-Filter auf dem ersten Element, dem Result, aufbauen möchte, muss man zuerst auf dieses klicken (z.B. Run 1) und dann “Add Filter wählen”. Per default bekommt dann der neu kreierte Filter Focus. Wenn man also nicht bewusst ein anderes Element auswählt nach dem Anlegen eines Filters wird der nächste Filter basierend auf diesem eine Ebene tiefer angelegt. Ich habe mal einen Screenshot gemacht, der Slice-Filter basierend auf dem Run und dem Warp-Filter enthält.

Viele Grüße

Alex


#19

Hallo @deimosmuc,

Bei allen Aktionen auf einem Element im Strukturbaum (z.B. einem Filter) ist es wichtig, dass dieses zu diesem Zeitpunkt ausgewählt (blau gehighlightet ist). Im Screenshot sieht man, dass für den einen Filter kein Feld ausgewählt wurde, für den anderen jedoch der “von-Mises Stress”. Das kann man aber nur sehen und ändern, wenn der jeweilige Filter gerade Focus hat.

Viele Grüße

Alex


#20

Wie benenne ich Simulation-Runs um?
Wie benenne ich Saved States im Post-Processor um?


#21

Beim Bearbeiten sind mir zwei Dinge aufgefallen, bei denen ich entweder Bedienelemente übersehen habe oder einen Vorschlag zur vereinfachten Menüführung habe.

Zum einen hatte ich zunächst einen Fehler bei der Auswahl der fixierten Flächen gemacht und musste, um ihn auszubessern, die fertigen Simulationsläufe löschen und neu erstellen. Hier wäre es einfacher gewesen, die in den einzelnen Simulationsläufen einsehbaren Simulationseinstellungen direkt zu verändern. Ist das möglich?

Des Weiteren, gibt es die Möglichkeit in einem Schritt alle Simulationsläufe zu erstellen, in einem nächsten Schritt zu markieren und alle gleichzeitig zu starten? Nachdem ich die Simulationsläufe erstellt hatte, musste ich jeden einzeln starten, was ich für umständlich halte.

Ansonsten halte ich die Bedienung für sehr intuitiv.

Nachtrag: Gibt es eine Möglichkeit die für einen Simulationslaufen erstellten Lösungsfelder auf andere Simulationsläufe anzuwenden anstatt diese nochmals händisch zu erstellen?