Inhalt: • Kontaktmodellierung Kontaktformulierungen in ANSYS • Vorgehensweise bei der MKS-Modellierung • Anwendungsbeispiele (Heckmäher, 4-Kreisel Schwader, Scheibenegge am 4-Poster) Fazit: Mit Hilfe der Kontaktmodellierung kann die Modellkomplexität erheblich gemindert werden – Genauere Ergebnisse aufgrund der HEX-Modellierung – Höhere Performance beim Postprocessing im MKS-Programm – Weniger Vernetzungsprobleme Bei der Pure Penalty Formulierung ergeben sich für die Starrkörperfrequenzen Werte ≠ 0, wenn Spalte bzw. Durchdringungen zwischen den Kontaktflächen gegeben sind – Abhilfe mittels MPC-Kontakt bzw. Kontaktelemente auf Zielfläche verschieben

1. Einfluss der KontaktmodellierungEinfluss der Kontaktmodellierung
auf MKSauf MKS--SimulationenSimulationen
Dipl.Dipl.--Ing. Wolfgang SchimplIng. Wolfgang Schimpl
wolfgang.schimpl@poettinger.atwolfgang.schimpl@poettinger.at
Dr. Manfred HoferDr. Manfred Hofer
manfred.hofer@poettinger.atmanfred.hofer@poettinger.at

2. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 2
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Vortragsinhalt
INHALT
• Vorstellung Fa. Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise bei der MKS-Modellierung
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung

3. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 3
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Das Unternehmen PÖTTINGER
• Österreichs größter Landmaschinenhersteller
• 1.144 Mitarbeiter konzernweit
• 182 Mio. € Umsatz (Wirtschaftsjahr 2009 / 10)

4. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 4
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Produktpalette
Grünland Bodenbearbeitung

5. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 5
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Simulation bei Pöttinger
• Mitarbeiter
– 4 „hauptberufliche“ BerechnungsingenieurInnen
– 10 Konstrukteure mit Berechnungstätigkeit
• „Teiledurchsatz“
– Wirtschaftsjahr 2009/10: >1200
• Methoden:
– Gesamte Simulationskette von der Lastdatenermittlung bis zur
Optimierung ist vorhanden
Ermittlung
der
Lastdaten
Mehrkörper-
Simulation,
Tragwerke
Finite-Elemente
Berechnung
Lebensdauer-
Simulation
Optimierung
Entwicklungsprozess

6. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 6
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
TIZ (Technologie- und Innovationszentrum)
• TIZ: Kompetenzzentrum für mechanische Prüfungen
– Wird zu 70% von Pöttinger ausgelastet
– 30% externe Prüfungen
– Für Simulation optimale Validierungsmöglichkeit aufgrund
unterschiedlicher Prüfmöglichkeiten
MAST
Bauteile-
Prüffeld
4-Poster
Antriebstests

7. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 7
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
KontaktmodellierungKontaktmodellierung

8. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 8
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Kontakte
• Zweck von Kontakten in der MKS-Modellierung
– „Zusammenbau“ von mehreren Einzelteilen zu einem modal
reduziertem Körper
– Durch Kontakte vereinfachte Vernetzung mit besserer Mesh-
Qualität (Hex-Netze)
• Kontaktformulierungen in ANSYS
– Penalty-Methode
 Schnellste Methode
 Alle Löser sind anwendbar
  Standardkontakt in Workbench
– Lagrange
– Augmented Lagrange
– MPC
 Alle Löser sind anwendbar
 Keine Kontaktsteifigkeit nötig
 Für die meisten Anwendungen der optimale Kontakt
 ABER: Wird derzeit im MKS-Programm RecurDyn nicht unterstützt

9. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 9
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Probleme bei der Modalanalyse von Baugruppen
mit Spalten
• Die Geometrie besteht aus zwei Körpern, die einen Spalt
aufweisen.

10. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 10
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Probleme mit Spalten (II)
• Bei einer Modalanalyse ohne Randbedingungen sollen die
erste sechs Eigenfrequenzen Null sein (Starrkörper-
bewegungen).
• Mit den Default-Einstellungen für Kontakte ergeben sich aber
für die ersten sechs Moden falsche Ergebnisse.

11. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 11
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Probleme mit Spalten (III)
• Durch das „Zusammenziehen“ des Kontaktes kann dieses
Problem gelöst werden.

12. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 12
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
ohne Makro
mit Makro
Probleme mit Spalten (IV)
• Durch „cncheck,adjust“ werden die Knoten der
Kontaktelemente auf die Zielfläche verschoben. Die
Auswirkung kann mit dem „Contact Tool“ unter „Connections“
geprüft werden.

13. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 13
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Probleme mit Spalten (V)
• Das Ergebnis kann auch in einem Element Plot ausgewertet
werden, welches mit dem Makro unter „Solution“ ausgegeben
wird.

14. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 14
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Probleme mit Spalten (VI)
• Die Ergebnisse aus der Modalanalyse nach dem Adjustment
sind dann richtig.
• Ein korrektes Ergebnis liefern auch MPC-Kontakte.
Ergebnisse mit Pure Penalty
und cncheck,adjust Ergebnisse mit MPC

15. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 15
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
VorgehensweiseVorgehensweise
bei der MKSbei der MKS--ModellierungModellierung

16. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 16
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Vorgehensweise bei der MKS-Modellierung
• Zusammenspielen
Baugruppen
• FE-gerechte
Aufbereitung
• Kontakt-Erstellung
• Vernetzung
• Definition Interface-
Nodes
• Export CDB
• Skriptbasierte
Generierung der
modalreduzierten
Körper
• In ANSYS 10.0
nötig!!
• Austausch der
starren durch
flexible Körper

17. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 17
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
CAD-Modell (I)
kontaktbasierte
Modellierung
1-Körper-Modell
(kontaktlos)

18. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 18
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
FE – Basismodell (I)
kontaktbasierte
Modellierung
1-Körper-Modell
(kontaktlos)
Kontakt-Erstellung

19. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 19
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
FE – Basismodell (II)
kontaktbasierte
Modellierung
1-Körper-Modell
(kontaktlos)
Vernetzung

20. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 20
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
FE – Basismodell (III)
Definition
Interface-
Nodes

21. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 21
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
MKS-Modellaufbau
Skriptbasierte
Modalreduktion
Modellaufbau

22. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 22
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
AnwendungsbeispieleAnwendungsbeispiele

23. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 23
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Anwendungsbeispiel: Heckmäher
• Belastungsermittlung beim
Wechsel von Arbeit- in
Transportposition

24. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 24
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Anwendungsbeispiel: Heckmäher
kontaktbasierte
Modellierung
1-Körper-Modell
(kontaktlos)

25. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 25
INHALT
• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Ergebnis Modalreduktion: Anbaubock
„Eigenfrequenzen“
Pure Penalty MPC Vereinigt
In RecurDyn nicht unterstützt

26. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 26
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• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Anwendungsbeispiel: Heckmäher am MAST

27. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 27
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• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Anwendungsbeispiel: 4-Kreisel Schwader

28. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 28
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• Vorstellung Fa.
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• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Anwendungsbeispiel: 4-Kreisel Schwader
kontaktbasierte
Modellierung
1-Körper-Modell
(kontaktlos)

29. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 29
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• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Anwendungsbeispiel: Scheibenegge am 4-Poster

30. W. Schimpl / M. Hofer 07.04.2011 Seite 30
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• Vorstellung Fa.
Pöttinger
• Kontaktmodellierung
• Vorgehensweise
MKS-Simulation
• Anwendungsbeispiele
• Zusammenfassung
Zusammenfassung
• Mit Hilfe der Kontaktmodellierung kann die Modellkomplexität
erheblich gemindert werden
– Genauere Ergebnisse aufgrund der HEX-Modellierung
– Höhere Performance beim Postprocessing im MKS-Programm
 Kleinere rfi-Files (flexible Körper in der MKS)
 Weniger Elemente für die Darstellung
– Weniger Vernetzungsprobleme
• Bei der Pure Penalty Formulierung ergeben sich für die
Starrkörperfrequenzen Werte ≠ 0, wenn Spalte bzw.
Durchdringungen zwischen den Kontaktflächen gegeben sind
– Abhilfe mittels MPC-Kontakt bzw. Kontaktelemente auf Zielfläche
verschieben

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