Heute beginnen wir unsere Serie von Beiträgen über die Finite-Elemente-Analyse von Strukturen. Im Internet findet man unzählige Einträge über diese Methode, sowohl in Bezug auf die theoretische Definition als auch auf die Anwendung mit kommerzieller Software wie Nastran, Abaqus, Ansys, … Die Anzahl der bibliografischen Referenzen im Zusammenhang mit der Finite-Elemente-Methode ist ebenfalls sehr groß, die Anzahl der Referenzen zur praktischen Anwendung der Methode ist jedoch sehr gering.
Mit diesen Einträgen beabsichtigen wir, alle Informationen zu veröffentlichen, die bei der Anwendung der Finite-Elemente-Methode für reale industrielle Anwendungen nützlich sein können und die auf unserer mehr als 15-jährigen Erfahrung mit der Methode sowie auf Normen oder Empfehlungen beruhen, die in verschiedenen Industriezweigen (vor allem in der Luftfahrt- und Automobilindustrie) angewendet werden. Es sollte auch darauf hingewiesen werden, dass die Veröffentlichungen nicht einer chronologischen Reihenfolge folgen, die der Definition eines Finite-Elemente-Modells oder -Kurses entspricht, sondern nach dem Zufallsprinzip präsentiert werden.
Typische Elementtypen bei der Anwendung der Finite-Elemente-Methode für lineare und nichtlineare Analysen
Dieser erste Beitrag konzentriert sich auf die Auswahl gängiger Elementtypen bei der Definition von Finite-Elemente-Modellen für lineare (statische und dynamische) und nichtlineare (Material-, Kontakt- und große Verschiebungen) Analysen für MSC-Codes. Nastran und Abaqus Standard:
MSC. Nastran
Lineare statische und dynamische Analysen (SOL 101, 103, 111, 112, 146)
- Balkenmodelle: CROD (Zug-Druck), CBAR oder CBEAM (Biegung, quasi-konstanter Querschnitt)
- Modellplatten: CQUAD4. CTRIA3-Elemente nur lokal, wenn das Netz keine CQUAD4 oder Übergänge zulässt.
- Modellierung der Scherung in der Ebene: CQUAD4 / MAT2 (nur G33-Term enthalten) in MID1, mit CROD-Rahmen.
- Verhalten an der Membran: CQUAD4, nur ein MID1 auf der MAT-Karte
- Membrane+Flexion Verhalten: CQUAD4 + PSHELL vollständig.
- Solid-3D-Modell:
- CHEXA8 (mindestens 4 Elemente in Dickenrichtung)
- CTET10 für sehr komplexe Geometrie (keine Projektion von Zwischenknoten auf den Rand der Geometrie).
Pandeo-Herrscher (SOL 105)
- Balkenmodelle: CROD (Zug-Druck), CBEAM oder CBAR (Biegung, quasi-konstanter Querschnitt), ohne Versatz
- Plattenmodelle: CQUAD4, ohne Versatz.
- Solid-3D-Modell:
- CHEXA8, CHEXA20
- CTET10 für sehr komplexe Geometrie (keine Projektion von Zwischenknoten auf den Rand der Geometrie).
Abaqus Standard
Lineare statische und dynamische Analyse
- Balken: Element B32
- Platten: Element S4
- Feststoffe:
- Element C3D8 (mind. 4 Elemente in Dickenrichtung)
- C3D8I-Element, wenn das Netz sehr regelmäßig ist (keine Verzerrung)
- Element C3D10 (für komplizierte Geometrien und ohne Projektion von Zwischenknoten auf den Rand der Geometrie)
Knicken/Stabilität
- Platten: Element S4
- Feststoffe:
- Element C3D8 (mind. 4 Elemente in Dickenrichtung)
- C3D8I-Element, wenn das Netz sehr regelmäßig ist (keine Verzerrung)
- Element C3D10 (für komplizierte Geometrien und ohne Projektion von Zwischenknoten auf den Rand der Geometrie)
Strukturen biegen
- Tafeln:
- Element S4, für Biegung aus der Ebene
- Element S8, für die Biegung in der Plattenebene (Vermeidung der Sperrwirkung beim Scheren)
- Feststoffe
- C3D8I-Element, wenn das Netz sehr regelmäßig ist (keine Verzerrung);
- Element C3D20
- Element C3D10 (für komplizierte Geometrien und ohne Projektion von Zwischenknoten auf den Rand der Geometrie)
Biegefreie Kontaktmodelle
- Platten: Element S4
- Feststoffe:
- Element C3D8
- Element C3D10M (für komplizierte Geometrien und ohne Projektion von Zwischenknoten auf den Geometrierand)
Biegekontakt-Modelle
- Solids: C3D8I (wenn das Netz sehr regelmäßig ist)
Simulation von Brüchen:
- Spannungsintensitätsfaktor – SIF:
- Integral J:
- Flache Spannung: CPS8
- Feststoffe: C3D8
- XFEM
- Feststoffe: C3D8
- Integral J:
- Ermüdungsrißwachstum – XFEM
- Flache Spannung: CPS4
- Feststoffe: C3D8
