Beispiel: Wie kann eine Auswertung nach FKM in Ansys vereinfacht werden?
In meinem letzten Beitrag habe ich erklärt, welche Vorteile es hat, Simulationen zu automatisieren. Nun möchte ich dies an einem praktischen Beispiel näher erläutern. Dabei verknüpfe ich die Spannungsberechnung in Ansys mit der FKM Auswertung in Excel. Die Auslastung, also das Ergebnis der FKM Bewertung, wird wieder in Ansys angezeigt.
Spannungsbewertung nach FKM
Für die Spannungsbewertung von metallischen Bauteilen wird häufig die FKM Richtlinie herangezogen. Diese Vorschrift ist zu komplex, um sie bei jeder Bewertung von Hand zu berechnen, weshalb ich sie in Excel umgesetzt habe.
In Abbildung 1 ist die Exceldatei zur Bewertung eines ungeschweißten Bauteils nach FKM-Richtlinie dargestellt, die große Unterschiede zu geschweißten Bauteilen aufweist.
Können Daten von Ansys an Excel übergeben werden?
Ansys hat die Programmiersprache Python integriert, um die Software an kunden- und produktspezifischen Bedürfnisse anzupassen. Dies nennt man Customization. Mit Python habe ich ein Script geschrieben, das für einen ausgewählten Spannungspunkt (Knoten) in der Berechnung die Spannungen an die Exceldatei zur Bewertung übergibt. Für die Bewertung nach FKM wird ein zweiter Ergebnispunkt unter der Oberfläche für den Spannungsgradienten benötigt. Dieser wird automatisch am ersten Punkt normal zur Oberfläche erzeugt und diese Spannungswerte in die entsprechenden Excelzellen übertragen. Das geht sehr schnell und vermeidet Übertragungsfehler. Der Aufruf des Scripts ist in Abbildung 2 dargestellt.
Wie kann die externe Bewertung im Berechnungsmodell dokumentiert werden?
Die Excel Bewertungsdatei wird im Ordner „user_files“ des Projekts gespeichert. Davon kann automatisch mit einem weiteren Python Script ein Bild erzeugt und in den Strukturbaum von Ansys eingebunden werden (siehe Abbildung 3). Damit ist der Nachweis mit der statischen und dynamischen Auslastung und den zugehörigen Spannungen im Berechnungsmodell eindeutig dokumentiert. Dieses Bild kann nun jederzeit für einen Bericht verwendet werden, der gegebenenfalls auch automatisiert erstellt werden könnte.
Zusammenfassung
Meine FKM-Bewertung ist nur ein Beispiel dafür, wie eine externe Bewertung mit einer FEM Simulation in Ansys effizient durchgeführt werden kann. Es zeigt eine Möglichkeit, einen sich wiederholender Ablauf über Programmgrenzen hinweg zu automatisieren. Prinzipiell sind solchen Personalisierungen kaum Grenzen gesetzt, sei es für Lasten und Randbedingungen, die von anderen Tools eingelesen werden oder innerhalb der FEM Software. Hier ist Ihre Kreativität gefragt.
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Elmar Weber
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