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Leistungsbeurteilung von FEM Software durch NAFEMS ......Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD...

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Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg Leistungsbeurteilung von FEM Software durch NAFEMS-Benchmarks Stefan Hautsch, M.Sc. Maximilian Braun, M.Sc. 17. BAYREUTHER 3D-KONSTRUKTEURSTAG Bayreuth, 16. September 2015
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  • Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CADProf. Dr.-Ing. Frank Rieg

    Leistungsbeurteilung von FEM Software durch NAFEMS-Benchmarks

    Stefan Hautsch, M.Sc.

    Maximilian Braun, M.Sc.

    17. BAYREUTHER 3D-KONSTRUKTEURSTAG

    Bayreuth, 16. September 2015

  • Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CADProf. Dr.-Ing. Frank Rieg Stefan Hautsch, M.Sc., Maximilian Braun, M.Sc.

    17. Bayreuther Konstrukteurstag, 16. September 2015, Bayreuth

    Einleitung und Motivation

    Durchführung von NAFEMS Benchmarks mit der freien FEM-Software Z88Aurora

    2

  • Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CADProf. Dr.-Ing. Frank Rieg Stefan Hautsch, M.Sc., Maximilian Braun, M.Sc.

    17. Bayreuther Konstrukteurstag, 16. September 2015, Bayreuth

    Einleitung und Motivation

    Durchführung von NAFEMS Benchmarks mit der freien FEM-Software Z88Aurora

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    Beurteilung der FE-Ergebnisqualität

    durch NAFEMS Benchmarks

  • Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CADProf. Dr.-Ing. Frank Rieg Stefan Hautsch, M.Sc., Maximilian Braun, M.Sc.

    17. Bayreuther Konstrukteurstag, 16. September 2015, Bayreuth

    Benchmarktests – Linear statische Analyse „LE1“ [3]

    Durchführung von NAFEMS Benchmarks mit der freien FEM-Software Z88Aurora

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    • σyy=92,7 N/mm² in Punkt DZielwert:

    • elliptische Membran (ABCD)

    • Material: E295 (E-Modul=210000 N/mm², ν=0,3)Geometrie:

    • Auf BC Druck nach außen (10 N/mm²)

    • Kante AB ux=0

    • Kante CD uy=0Randbedingung:

    • Z88-Elemente: Scheibe Nr. 7, Scheibe Nr. 11

    • Mesh1=Coarse (3x2 Elemente), Mesh2=Fine (4x6 Elemente), Mesh3=16x24 Elemente

    Netz:

    -12%

    -10%

    -8%

    -6%

    -4%

    -2%

    0%

    2%

    4%

    Element7 / Mesh

    1

    Element7 / Mesh

    2

    Element7 / Mesh

    3

    Element11 /

    Mesh 1

    Element11 /

    Mesh 2

    Ab

    weic

    hu

    ng

    zu

    m Z

    ielw

    ert

    Benchmark-Modell „LE1“ Z88-Modell „LE1“

  • Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CADProf. Dr.-Ing. Frank Rieg Stefan Hautsch, M.Sc., Maximilian Braun, M.Sc.

    17. Bayreuther Konstrukteurstag, 16. September 2015, Bayreuth

    Benchmarktests – Thermische Analyse „Test 9 (i)“ [5]

    Durchführung von NAFEMS Benchmarks mit der freien FEM-Software Z88Aurora

    5

    • T=260,5 °C in Punkt PZielwert:

    • Quader (l=0,6 m x h=0,4 m)

    • Dichte ρ=7850 kg/m³

    • Wärmeleitfähigkeit K=52 W/(m°C)Geometrie:

    • Bei Kante x=0, T=1000°C, sonst T=0°C Randbedingung:

    • Z88-Elemente: Hexaeder Nr. 1, Hexaeder Nr. 10

    • Mesh1=Coarse (2x2 Elemente), Mesh2=Fine (4x4 Elemente)

    Netz:

    -40%

    -30%

    -20%

    -10%

    0%

    10%

    20%

    30%

    40%

    Element 1/ Mesh 1

    Element 1/ Mesh 2

    Element10 / Mesh

    1

    Element10 / Mesh

    2

    Ab

    weic

    hu

    ng

    zu

    m Z

    ielw

    ert

    Benchmark-Modell „Test 9 (i)“ Z88-Modell „Test 9 (i)“

  • Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CADProf. Dr.-Ing. Frank Rieg Stefan Hautsch, M.Sc., Maximilian Braun, M.Sc.

    17. Bayreuther Konstrukteurstag, 16. September 2015, Bayreuth

    Benchmarktests – Eigenschwingungen „FV52“ [3]

    Durchführung von NAFEMS Benchmarks mit der freien FEM-Software Z88Aurora

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    • Mode 4: 45.897 Hz

    • Mode 7: 167,890 Hz

    • Mode 8: 193,590 HzZielwert:

    • Platte (l=10,0 m x l=10,0 m x d=1,0 m)

    • Dichte ρ=8000 kg/m³

    • Material: E-Modul=200000 N/mm², ν=0,3)Geometrie:

    • uz=0 an allen Kanten bei z=-0,5 mRandbedingung:

    • Z88-Elemente: Hexaeder Nr. 1, Hexaeder Nr. 10

    • Mesh1=Coarse (4x4x1 Elemente), Mesh2=Fine (8x8x3 Elemente)

    Netz:

    40,70%

    9,60%

    14,70%

    4,70%

    0,20% 0,10%0%

    5%

    10%

    15%

    20%

    25%

    30%

    35%

    40%

    45%

    Ab

    weic

    hu

    ng

    zu

    m Z

    ielw

    ert

    Benchmark-Modell „FV52“

    Z88-Modell „FV52“

  • Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CADProf. Dr.-Ing. Frank Rieg Stefan Hautsch, M.Sc., Maximilian Braun, M.Sc.

    17. Bayreuther Konstrukteurstag, 16. September 2015, Bayreuth

    Benchmarktests – Nichtlineare Analyse „Test NL 3.4“ [6]

    Durchführung von NAFEMS Benchmarks mit der freien FEM-Software Z88Aurora

    7

    •Tabellierte Werte der Verschiebung in y-Richtung in Abhängigkeit des LastanteilsZielwerte:

    •Balken (Länge 3,2 m, d=t=0,1 m)

    •E-Modul (E-Modul 210000 N/mm², ν=0,3)Geometrie:

    •Festeinspannung bei x=0

    •Kraft P=1708980 N bei x=3,2 m Randbedingung:

    Benchmark-Modell „ Test NL 3.4“

    Z88-Modell „ Test NL 3.4“

  • Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CADProf. Dr.-Ing. Frank Rieg Stefan Hautsch, M.Sc., Maximilian Braun, M.Sc.

    17. Bayreuther Konstrukteurstag, 16. September 2015, Bayreuth

    Benchmarktests – Vergleich Z88Aurora mit kommerzieller Software [8]

    Durchführung von NAFEMS Benchmarks mit der freien FEM-Software Z88Aurora

    8

  • Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CADProf. Dr.-Ing. Frank Rieg Stefan Hautsch, M.Sc., Maximilian Braun, M.Sc.

    17. Bayreuther Konstrukteurstag, 16. September 2015, Bayreuth

    Benchmarktests – Vergleich Z88Aurora mit kommerzieller Software [8]

    Durchführung von NAFEMS Benchmarks mit der freien FEM-Software Z88Aurora

    9

    Z88Aurora liefert sowohl bei den

    Benchmarkergebnissen als auch im

    Vergleich zur kommerziellen

    Software sehr gute Ergebnisse

  • Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CADProf. Dr.-Ing. Frank Rieg Stefan Hautsch, M.Sc., Maximilian Braun, M.Sc.

    17. Bayreuther Konstrukteurstag, 16. September 2015, Bayreuth

    Benchmarktests – Literaturangaben

    Durchführung von NAFEMS Benchmarks mit der freien FEM-Software Z88Aurora

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    [1] Rieg, F.; et al.: „Finite-Elemente-Analyse für Ingenieure“, 5., überarbeitete

    df Auflage. München: Carl Hanser Verlag, 2014

    [2] NAFEMS Ltd.: „NAFEMS History“, Internetseite: f fff

    ddddddddwww.nafems.org/about/about_nafems/history/, Zugriff am 20. Juli 2015

    [3] NAFEMS Ltd.: „The Standard NAFEMS Benchmarks“, Rev. 3. Glasgow,

    ddddddd1990

    [4] NAFEMS Ltd.: „NAFEMS Background to Benchmarks”. Glasgow, 1993

    [5] NAFEMS Ltd.: „Benchmark Tests For Thermal Analysis”. Glasgow, 1986

    [6] NAFEMS Ltd.: „Finite Element Benchmarks For 2D Beams And

    ddddddddAxisymmetric Shells Involving Geometric Non-Linearity”. Glasgow, 1989

    [7] Rieg, Frank; et al.: „Z88 Aurora V3 Theoriehandbuch”. Bayreuth, 2014

    [8] Dassault Systèmes S.A.: „Abaqus Guide v 6.13 - Benchmarks Guide”,

    dddddddd2014


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