Kräfte

Anmerkung: Die Informationen in diesem Abschnitt gelten für alle linearen und nichtlinearen Analysen, die Kraftlasten unterstützen.

• Kraftlasten können auf Knoten, Kanten oder Flächen angewendet werden.
• Kraftlasten können in jede beliebige, durch einen Vektor festgelegte Richtung angewendet werden. Darüber hinaus kann eine Flächenkraft auch senkrecht zur Fläche angewendet werden. Abhängig von der Art des Modells (CAD-basiert oder manuell erstellt) sind Kraftlasten möglicherweise nicht verfügbar. Je nach Typ der Kraftlast (Knoten, Kante oder Fläche) werden lokale Koordinatensysteme möglicherweise nicht unterstützt. Näheres erfahren Sie in der folgenden Aufzählung.
  • Knotenkräfte werden für alle CAD-basierten und manuell erstellten Modelle unterstützt. Lokale Koordinatensysteme werden für Knotenkraftobjekte unterstützt.
  • Kantenkräftewenden Knotenkräfte auf jeden Knoten entlang der Kante an. Die Größen der Knotenkräfte werden so berechnet, dass die Kraft gleichmäßig entlang der Kante verteilt ist. Kantenkräfte gelten nur für CAD-basierte Volumen- oder Flächenmodelle und 2D-Netzgeneratormodelle. Lokale Koordinatensysteme werden für Kantenkräfte unterstützt.
  • Flächenkräfte gelten nur für CAD-basierte Volumen- oder Flächenmodelle. Eine Flächenkraft wendet einen entsprechenden Druck auf die ausgewählte Fläche an, sodass die Verteilung der Kraft gleichmäßig ist, auch wenn die Knoten ungleichmäßig verteilt sind. Lokale Koordinatensysteme werden für Flächenkräfte NICHT unterstützt. Die Lastrichtung muss entweder normal sein oder über die globalen Achsenrichtungen (Optionsfelder oder Vektorkomponenten) angegeben werden.

    Als Alternative zur Anwendung der angegebenen Kraftgröße auf jede von mehreren ausgewählten Flächen können Sie wählen, eine angegebene Kraftgröße über zwei oder mehr Flächen zu verteilen. Wenn diese Option aktiviert ist, wird die Gesamtkraft anhand der relativen Fläche jeder ausgewählten Oberfläche verteilt. Weitere Informationen finden Sie unter Anwenden von Kräften weiter unten.

Wie wirkt eine Kraft?

Die für die Kraft eingegebenen Daten werden auf jedes ausgewählte Objekt angewendet und zwar in die von Ihnen festgelegte Richtung. Wenn Sie also 10 Knoten auswählen und eine Kraftgröße von 10 lbs in X-Richtung festlegen, haben Sie 100 lbs (10 Objekte * 10 lbs pro Objekt) auf Ihr Modell angewendet. Das Gleiche gilt, wenn Sie die Kraft auf 10 Flächen oder 10 Kanten anwenden. Die Ausnahme für diese Regel sind Flächenkräfte , die auf zwei oder mehr Flächen angewendet wurden, wenn die Option Größe auf alle Oberflächen verteilen aktiviert ist. Weitere Informationen finden Sie unter Anwenden von Kräften weiter unten.

Analysespezifische Parameter:

1. Für lineare Analysen:
   • Knoten- und Kantenkräfte werden auf einen Lastfall angewendet. Der Lastfall wird im Feld Lastfall / Lastkurve festgelegt. Wenn Sie möchten, dass eine Knoten- oder Kantenkraft in mehreren Lastfällen angewendet wird, können Sie sie auch in eine neue Lastgruppe kopieren und den Wert für Lastfall / Lastkurve ändern.
   • Um eine Flächenkraft auf ein Modell anzuwenden, muss ein Multiplikator für Druck auf der Registerkarte Multiplikatoren des Dialogfelds Analyseparameter festgelegt sein.
2. Für nichtlineare Analysen:
   • Alle Kräfte folgen während der Analyse einer Lastkurve. Wählen Sie die Lastkurve im Feld Lastfall / Lastkurve aus.

Anwenden von Kräften

Wenn Sie Knoten, Kanten oder Flächen ausgewählt haben, können Sie mit der rechten Maustaste in den Anzeigebereich klicken und das Pulldown-Menü Hinzufügen auswählen. Wählen Sie den Befehl Kraft an Knoten, Kraft an Kante oder Kraft an Fläche. Sie können auch über die Multifunktionsleiste auf diesen Befehl (Setup Lasten) zugreifen. Sie können vor oder nach der Auswahl der Objekte, auf die Sie die Kraft anwenden möchten, auf den Multifunktionsleistenbefehl klicken.

• Geben Sie die Größe der Kraft für jedes ausgewählte Objekt in das Feld Größe ein. Geben Sie alternativ die Gesamtkraft, die sich über mehrere Flächen verteilt, im Feld Größe ein.
• Geben Sie die Richtung der Last im Abschnitt Richtung an.
• Klicken Sie auf die Schaltfläche Richtung umkehren (), um das Vorzeichen und damit die Richtung der angewendeten Last umzukehren.
• Wenn zwei oder mehr Flächen ausgewählt sind, wird die Option Größe auf alle Oberflächen verteilen verfügbar. Wenn diese Option aktiviert ist, wird die angegebene Größe anteilig je nach Bereich jeder ausgewählten Fläche verteilt. Das Beispiel in der folgenden Tabelle erläutert, wie die Last verteilt wird:

  Beispiel:

  Angenommen, eine Gesamtkraft von 2.500 N wird über drei Flächen (A, B und C) mit je 100, 300 und 600 mm² verteilt.

  Fläche	Bereich (mm2)	Kraft (N)
  a	100	250 (= 100/1.000 * 2.500)
  b	300	750 (= 300/1.000 * 2.500)
  c	600	1,500 (= 600/1.000 * 2.500)
  	Gesamtbereich = 1.000	Gesamtkraft = 2.500

  Achtung: Achten Sie beim Ausführen einer parametrischen Studie auf Modelle, auf die eine verteilte Flächenkraft angewendet wird. Kräfte, die auf einzelne Flächen einer Gruppe mit verteilten Kräften angewendet werden, werden nicht aktualisiert, wenn die Modellgeometrie geändert wird. Wenn einer der von Ihnen bearbeiteten Parameter den Bereich einer Fläche betrifft, auf den eine verteilte Kraft angewendet wird, ist die Kraftverteilung nicht mehr korrekt.

Die Pfeile zur Angabe der angewendeten Kräfte zeigen in die angegebene Lastvektorrichtung, auch in die Richtung Normal für Kräfte, die senkrecht zur Fläche angewendet werden. Die Längen der Kraftpfeile werden aber nicht skaliert, um die relative Größe der angewendeten Kräfte anzugeben.

Wenn Sie bei linearen Analysen eine Kanten- oder Knotenkraft anwenden, geben Sie im Feld Lastfall/Lastkurve den Lastfall oder die Lastkurve an, in dem bzw. in der die Kraft positioniert werden soll. Flächenkräfte werden vom globalen Lastfall-Multiplikator Druck im Dialogfeld Analyseparameter gesteuert. Geben Sie bei nichtlinearen Analysen die Lastkurvennummer im Feld Lastfall/Lastkurve für alle Flächen-, Kanten- und Knotenkräfte an.

Anmerkung: Weitere Informationen zum Anwenden von Knotenlasten an doppelten Scheitelpunkten finden Sie in den Anmerkungen unter der Anwendung von Lasten und Abhängigkeiten an doppelten Scheitelpunkten auf der Seite Lasten und Abhängigkeiten.

Importieren von Reaktionskräften aus einer elektrostatischen Analyse

Die strukturellen Reaktionen der elektrostatischen Kraft zwischen Leitern (in der Regel nur in MEMS-Anwendungen von Bedeutung) können berechnet werden. Wenn eine elektrostatische Analyse in einem anderen Modell durchgeführt wurde und die Reaktionskräfte in dem anderen Modell berechnet wurden, dann können diese Reaktionskräfte auf das Strukturmodell angewendet werden. Informationen zur Aktivierung der Ausgabe von Reaktionskräften finden Sie unter Berechnen der Kräfte und Ladung, die durch das elektrostatische Feld verursacht werden im Abschnitt Analyseparameter Elektrostatische Feldstärke und Spannung. (Obwohl die elektrostatischen Kräfte in den binären Ergebnisdateien in Einheiten von Spannung × Strom × Zeit/Länge angegeben sind, werden sie von der Software automatisch in Krafteinheiten umgerechnet, wenn die Lasten auf das Modell angewendet werden.)

Achtung: Aufgrund von Änderungen an der Software sollten elektrostatische Kräfte, die mit einer Version vor V23.1 (Februar 2009) berechnet wurden, nicht mit der Softwareversion V23.1 oder höher verwendet werden. Wenn diese Ergebnisse in Version V23.1 oder höher erforderlich sind, muss die Analyse erneut durchgeführt werden.

Die Knoten in dem Spannungsmodell müssen mit den Knoten in dem elektrostatischen Modell übereinstimmen, für das die Reaktionskräfte berechnet wurden. Die elektrostatischen Bauteile müssen jedoch nicht in der Spannungsanalyse enthalten sein. Beispielsweise kann die Kraft auf der Oberfläche eines Bauteils berechnet werden, das dielektrisches Material zwischen Leitern (z. B. Luft) darstellt. Luft zwischen Leitern wäre nicht in der Spannungsanalyse enthalten.

Die Methode zum Anwenden der Reaktionskräfte auf das Spannungsmodell lautet wie folgt:

1. Sofern keine Auswahl erfolgte, klicken Sie mit der rechten Maustaste in den Anzeigebereich des FEM-Editors. Wählen Sie den Befehl Aus Datei laden.
2. Klicken Sie auf die Schaltfläche Durchsuchen in der Spalte Ergebnisdatei. Ein Dialogfeld wird angezeigt. Wählen Sie über das Pulldown-Menü Dateityp: den Dateityp Elektrostatische Reaktionskräfte (*.efr), der für die Lasten gelesen werden soll.
3. Wählen Sie die Datei aus, und klicken Sie auf Öffnen.
4. Da elektrostatische Analysen nur einen einzigen Lastfall haben können, zeigt die Spalte Lastfall aus Datei den Wert Null (0) an. Sie können jedoch mehrere Lastgruppen in ein einziges Modell importieren, indem Sie auf die Schaltfläche Zeile hinzufügen klicken. Die den anderen Zeilen der Tabelle zugewiesenen Lasten können aus derselben Datei und demselben Entwurfsszenario, aus anderen Dateien oder aus anderen Entwurfsszenarien stammen. Beispielsweise möchten Sie dieselben elektrostatischen Kräfte auf mehr als einen Lastfall in der Spannungsanalyse anwenden ODER Sie möchten Spannungen für Ergebnisse elektrostatischer Kräfte an zwei unterschiedlichen angelegten Spannungen berechnen, die jeweils aus einem anderen Entwurfsszenario stammen.
5. Die Lasten werden in einem bestimmten Lastfall oder in einer Lastkurve der Spannungsanalyse positioniert. Geben Sie den Lastfall bzw. die Lastkurve im Feld Struktureller Lastfall an.
6. Wenn die Lasten vor der Anwendung auf das Modell mit einem konstanten Wert multipliziert werden sollen, geben Sie den konstanten Wert in der Spalte Multiplikator an.
7. Klicken Sie auf OK.

Anmerkung:

• Die importierten Lasten werden nicht im FEM-Editor angezeigt. Sie werden in der Ergebnisanzeige angezeigt, nachdem eine Überprüfung des Modells oder die Analyse durchgeführt wurde.
• Denken Sie bei linearen Analysen daran, die Anzahl der Lastfälle festzulegen, die für die importierten Lasten erforderlich sind. Wenn das Modell für zwei Lastfälle eingerichtet wurde und eine aus einer elektrostatischen Analyse importierte Last Lastfall 5 zugewiesen ist, ist die Last auf Lastfall 5 nicht vorhanden. Das Modell verfügt nur über zwei Lastfälle. Um die zusätzlichen Lastfälle in diesem Beispiel zu erstellen, fügen Sie drei Zeilen auf der Registerkarte Multiplikatoren des Dialogfelds Analyseparameter hinzu.
• Vergessen Sie bei nichtlinearen Analysen nicht, die Lastkurven nach Bedarf für die importierten Lasten zu definieren. Wenn eine aus einer elektrostatischen Analyse importierte Last auf Lastkurve 5 angewendet wird und diese Lastkurve nicht definiert ist, so ist der Multiplikator gleich 0!

Tipp:

Das Dialogfeld Lasten aus Datei kann außerdem für Folgendes verwendet werden:

• Lasttemperaturen aus einem anderen Modell. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite Temperatur.
• Lasten aus einer Textdatei können in die Strukturanalyse importiert werden. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite Lasten aus Datei.