Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - MP - Streckenlast

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Streckenlast am Lochrand

Nach Möglichkeit sollte man Lasten geometrischen Objekte zuweisen (z.B. Kanten oder Flächen), damit automatisch die Aufteilung der Last auf die zugehörigen Knoten erfolgen kann:

• Die Netzentfaltung ist insbesondere durch das weitestgehende Fehlen von Geometrie gekennzeichnet.
• In FEM-Programmen wird die Möglichkeit bereitgestellt, nachträglich ein Geometrieobjekt (z.B. die Linie einer Körperkante) mit den zugehörigen Knoten des entfalteten Netzes zu verknüpfen (Siehe: Beispiel mit FEMAP-Programm).
• Leider wurde im verwendeten Simulation Mechanical bisher keine Möglichkeit gefunden, nachträglich Linie bzw. Kreisbogen mit den zugehörigen Knoten zu verknüpfen.
• Kantenkräfte können augenscheinlich nur auf Bauteile angewendet werden, die aus CAD-Volumenkörpermodellen oder der 2D-Netzerzeugung stammen (Siehe: Onlinehilfe (Kräfte)) und nicht strukturiert vernetzt sind.

Wir definieren deshalb behelfsweise die Streckenlast als Einzelkräfte auf die gleichmäßig entlang der Lochkante angeordneten Knoten:

• Da unter Ausnutzung der Symmetrie nur 1/4 des Bauteils als Netzmodell definiert wurde, benötigen wir für eine Streckenlast=100 N auch nur 25 N entlang des Kreis-Segments.
• Diese 25 N verteilen wir gleichmäßig auf alle Knoten, indem wir die Randknoten nur mit der halben Knotenkraft im Vergleich zu den inneren Knoten belasten:

• In der folgenden Darstellung wurde die Stahlscheibe ohne Ergebnisse und ohne Netz, sowie mit erhöhter Transparenz gezeichnet.
• Die Qualität der Simulationsergebnisse ist erstaunlich gut. Durch Aktivieren der XY-Spiegelebene werden die tatsächlich berechneten Ergebnisse der oberen Pufferhälfte zur Erhöhung der Anschaulichkeit auch als Ergebnisse der unteren Hälfte dargestellt.
• Die erhöhte Belastung an den Kanten der Gummihülse kommt im Modell deutlich zum Vorschein:
  

Hinweis
Eine einfache Methode zur Erhöhung der Netzqualität ist die Einbeziehung von Mittenknoten in den Elementen:

• Leider gilt diese Aussage nicht für beliebige Fine-Element-Modelle.
• In unserem Fall wurden sowohl die Abhängigkeiten als auch die Lasten bestimmten Knoten des Netzes zugewiesen.
• Bei solch einer "nodalen" Zuweisung erfolgt keine automatische Verteilung der Abhängigkeiten und Kräfte auf die zusätzlich generierten Mittenknoten der Elemente.
• Der Fehler infolge der fehlenden Belastung der Mittenknoten entlang der Lochkante ist vernachlässigbar!
• Kritisch ist jedoch, dass die Mittenknoten entlang der Symmetrie-Ebenen frei beweglich bleiben. Das widerspiegelt sich unmittelbar in den simulierten Ergebnissen der Mises-Spannung:
  

Wichtig: Falls die Mittenknoten der Elemente zu Testzwecken aktiviert wurden, sollte man diesen Schritt schnellstens korrigieren!

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