Software: FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Materialgrenzen

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Ergebnisse an Materialgrenzen

Grenzflächen zwischen verschiedenen Materialien (repräsentiert durch unterschiedliche Properties) bereiten erfahrungsgemäß in Hinblick auf sinnvolle Berechnungsergebnisse mit die größten Probleme. Dies soll am Beispiel der Grenzfläche zwischen Bolzen und Platte erläutert werden.

Hinweis: Kontinuierliche Farbverläufe sehen zwar sehr hübsch aus, erschweren bzw. verhindern aber bei der Auswertung das Erkennen von Details in den Feldverläufen. Falls noch nicht geschehen, sollte man den Contour Type umschalten auf Level Colors (View Options <F6> ).

Die "Sprünge" im Spannungsverlauf resultieren aus den unterschiedlichen E-Modulen von Bolzen- und Plattenmaterial (ca. Faktor 2):

• Die Knoten der Grenzschicht gehören gleichzeitig zu Elementen mit unterschiedlichen Eigenschaften.
• Die Positionen (Verschiebungen) dieser Knoten werden als Ergebnisgrößen des Solvers immer "richtig" berechnet.
• Aber den Knoten der Grenzschichten lässt sich keine eindeutige Spannung zuordnen (Spannungssprung im Knoten!).
• Der MEANS-Solver übergibt für alle Elemente zugeordnet die richtigen Knotenwerte, so kann jeder Knoten auch mehrere Spannungswerte besitzen (je nachdem, zu wie vielen Elementen er gehört!).

Die Ursache für den Spannungssprung an Materialgrenzen wollen wir im Folgenden an zwei Extrem-Fällen näher betrachten:

Zug-Belastung der Grenzfläche

Wir verwenden ein 1 mm dickes Blech der Größe 10x20 mm². Dieses wird (wie unser Übungsbeispiel) in Längsrichtung mit einer Zugkraft von 1000 N belastet und ist auf einer Seite fest eingespannt.

In der Belastungsrichtung setzt sich das Blech aus zwei gleich großen Hälften zusammen (Stahl C35 und Ti6246):

• Die Hauptbelastung wirkt praktisch senkrecht zur Grenzfläche.
• Eingespannt ist das Ti6246-Material.
• Die Zugkraft greift an der Stahl-Hälfte an.

Schub-Belastung der Grenzfläche

===>>> Hier geht es bald weiter!!!

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