Software: FEM - Tutorial - 2D-Komponente - Belastung - Vergleichsspannung
Für das Bauteil wird der dreidimensionale Spannungszustand berechnet. Der Spannungszustand an einer beliebigen Position ist definiert durch:
- drei Normalspannungen (Spannung XX, Spannung YY und Spannung ZZ) sowie
- drei Schubspannungen (Spannung XY, Spannung YZ und Spannung XZ)
Daraus abgeleitet ergeben sich die drei Hauptspannungen, von denen nur zwei praktisch relevant sind:
- 1. Hauptspannung: repräsentiert die Druckspannung in jedem Punkt
- 3. Hauptspannung repräsentiert die Zugspannung in jedem Punkt
Mittels sogenannter Vergleichsspannungshypothesen werden die Schubspannungen des mehrachsigen Spannungszustandes in äquivalente Normalspannungen umgerechnet, weil die Werkstoffkennwerte nur für den einachsigen Spannungszustand gelten. Dafür gibt es je nach Belastungsfall und Werkstoffeigenschaften unterschiedliche Hypothesen:
- Die Gestaltänderungshypothese (GEH) berechnet die Von-Mises-Spannung, welche für zähe, verformbare Werkstoffe (wie Aluminium, Bronze, Stahl) bei statischer oder wechselnder Belastung als Vergleichsspannungsgröße verwendbar ist. Nur diese Hypothese ist im Fusion 365 implementiert.
- Der Vergleich dieser "Von-Mises-Spannung" mit der Streckgrenze ist eine gängige Methode, um einen Sicherheitsfaktor zu berechnen und das Versagen von verformbaren Materialien vorherzusagen. In der vorliegenden Implementierung basiert die Berechnung auf der Bruchhypothese der maximalen Vergleichsspannung für dehnbare Materialien (von-Mises-Hencky-Theorie).
Nach der Simulation haben wir bereits die berechnete mechanische Mises-Vergleichsspannung farblich codiert auf der Oberfläche des Bauteils als "Kontur-Darstellung" angezeigt. Die Farbskala ist dabei automatisch zwischen dem Minimal- und Maximal-Wert der Spannung linear skaliert.
Hinweis:
Die Grenzen der Farbleiste schränken wir auf einen sinnvollen Bereich ein. Die automatische Skalierung "verbrauchte" bereits ca. die Hälfte des Farbspektrums für den engen Bereich am Lochrand:
- Ergebniswerkzeuge > Legende Min/Max blendet oberhalb der Legende Eingabefelder für die Werte der Legenden-Grenzwerte ein. Standardmäßig sind diese mit den aktuellen Extremwerten der dargestellten Größe belegt, auf welche jederzeit ein "Zurücksetzen" erfolgen kann. Im Beispiel genügt eine ungefähre Halbierung des Maximalwertes:
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