Übung: Modalanalyse

Die Funktionen in ANSYS sollen anhand einer realen Problemstellung vertieft werden. Das Ziel ist es, die Eigenfrequenzen einer Transformatordurchführung mit Hilfe einer Modalanalyse zu bestimmen. Öffne ANSYS Workbench und erstelle eine Modalanalyse im Projektschema. Importiere die Datei “transformer_bushing.stp” als Geometrie. Diese soll zusätzlich in ANSYS DesignModeler bearbeitet werden, sodass das Modell in der richtigen Einbaulage positioniert wird. Im Strukturbaum kannst du erkennen, dass die Baugruppe aus insgesamt 8 Bauteilen bzw. Körpern besteht. Aktuell befinden sich diese in der horizontalen Lage. Das gesamt Modell soll um 90° gedreht werden.

Bestätige die Rotation mit F5 oder “Erstellen” und schließe den DesignModeler.

Als nächsten Schritt soll eine Materialbibliothek erstellt werden, da die angenommenen Materialien im Unternehmen häufiger verwendet werden. 1. Materialbibliothek anlegen; 2. Materialien hinzufügen und benennen; 3. Kennwerte hinzufügen und (nach Vorgabe) definieren; 4. Materialien dem Projekt zuordnen; 5. Materialbibliothek speichern unter “transformator_materials”.

Öffne nun ANSYS Mechanical und ordne die Materialien gemäß der Tabelle zu. Nehme anschließend folgende Einstellungen für die Vernetzung der einzelnen Komponenten vor. Mach dich dabei mit dem Aufbau der Baugruppe vertraut.

Als Randbedingung wird lediglich eine fixierte Lagerung an der unteren Fläche des unteren Flanschs angegeben.

In den Analyseeinstellungen kann angegeben werden, wie viele Eigenmoden berechnet werden soll. Standardmäßig sind 6 eingestellt, die in diesem Fall ausreichend sind. Löse das Modell. Nach ein paar Sekunden sollten die Eigenfrequenzen unter dem Modellzweig “Lösung” in den tabellarischen Daten abgelesen werden können. Markiere die Ergebnisse in der Tabelle und generiere die Ergebnisse mit rechter Maustaste, sodass die Eigenformen angezeigt werden. Rufe die Ergebnisse ab und notiere die Eigenfrequenzen.

Prüfe die Kontakte und passe die Kontaktflächen falls notwendig an oder lösche den Kontakt ggf. ganz, falls keine Verbindung zwischen den Komponenten besteht. Die Kontaktart soll nicht verändert werden. Nach Anpassung der Kontakte solltest du folgende Ergebnisse erhalten:

Vergleiche mit den vorherigen Ergebnissen. Demzufolge ist es wichtig festzuhalten, dass die automatische Kontakterzeugung geprüft werden muss und die Materialdaten entscheidend für das Ergebnis sind, da keine äußeren Kräfte auf das System wirken. Die Berechnung hängt vor allem von der Steifigkeit und der Trägheit des Systems ab.

Als zusätzliche Aufgabe kannst du die Vernetzungsqualität anpassen und dabei einen geeigneten Kompromiss zwischen Rechenzeit und Genauigkeit finden.