Ein Federelement verfügt über zwei grundlegende Formen. Die erste Form ist die klassische Feder. Dieser Feder verbindet zwei Knoten im Modell. Diese Feder werden kann axial oder rotierend sein. Bei einer axialen Feder wird auf das Federelement eine Federsteifigkeit k angewendet. Die Feder dehnt sich um einen Abstand x. Dieser Abstand hängt von der Axialkraft im Federelement F und von der Federsteifigkeit ab. Der Federweg kann mithilfe der Gleichung x=F/k berechnet werden. Bei einer Drehfeder wird eine Torsionssteifigkeit, k t , auf das Federelement angewendet. Die Feder dreht sich durch einen Winkel ϑ. Dieser Winkel ist vom Anwendungsmoment M und der Torsionssteifigkeit abhängig. Der Winkel, durch den sich die Feder dreht, kann mithilfe der Gleichung M/k t berechnet werden.
Die zweite Form des Federelements ist eine DOF Feder. Die Feder verbindet einen einzigen Freiheitsgrad (DOF) aus jedem Knoten, mit dem er verbunden ist. Die Feder verfügt über einen Steifigkeitswert, wie bei der klassischen Feder beschrieben.
Federelementparameter
Wählen Sie bei der Verwendung von Federelementen zunächst den Federtyp für das Bauteil im Abschnitt Federtyp auf der Registerkarte Allgemein im Dialogfeld Elementdefinition aus. Bei den meisten Anwendungen ist der Typ Feder geeignet. Um die Lasten aus verschiedenen Freiheitsgraden an jedem Knoten zu übertragen, wählen Sie den Typ DOF Feder aus. Geben Sie als Nächstes Federsteifigkeit im Feld Federsteifigkeit an.
Wenn Sie das Optionsfeld Feder ausgewählt haben, geben Sie im Abschnitt Elementtyp an, ob die Feder verschiebungs- oder rotationsbeständig sein soll. Wenn Sie das Optionsfeld DOF Feder ausgewählt haben, geben Sie in den Abschnitten I-Knoten und J-Knoten den Freiheitsgrad an, auf den die Steifigkeit am I-Knoten und J-Knoten angewendet werden soll.
Wenn die Einheiten der Federsteifigkeit angezeigt werden, wird die Eingabe anhand der Anzeigeeinheiten konvertiert. Wenn eine DOF Feder an jedem Knoten verschiedene Freiheitsgrade verwendet, ist die physische Bedeutung der Verbindung zwischen einer Verschiebung und einer Rotation nur schwer vorstellbar. Daher werden für die Federsteifigkeit keine Einheiten angezeigt, und es wird keine Konvertierung durchgeführt.
Verwenden Sie die Dropdown-Liste Analyseart, um den erwarteten Verschiebungstyp festzulegen. Kleine Verschiebung eignet sich für Bauteile, bei denen keine Bewegungen und nur kleine Dehnungen auftreten, und ignoriert alle geometrischen Effekte, die sich aus großen Verschiebungen ergeben. (Ferner wird dadurch für die Analysebeschreibung auf der Registerkarte Weitere Einstellungen die Option Nur Material-Nichtlinear festgelegt). Große Verschiebungen eignet sich für Bauteile, die keine Bewegung und/oder große Dehnungen aufweisen.
- Die Ausrichtung der Federelemente kann angezeigt werden, indem Sie den Befehl Ansicht
Sichtbarkeit Objektsichtbarkeit Elementachse 1 verwenden. Achse 1 zeigt in der Richtung vom I-Knoten zum J-Knoten. Wenn Achse 1 bei einigen Elementen umgekehrt werden muss, wählen Sie die Elemente (Auswahl Auswählen Linien) aus, klicken Sie mit der rechten Maustaste, und wählen Sie I und J vertauschen. - Wählen Sie die Registerkarte
Optionen Analyse, und legen Sie die Option Große Verschiebungen als Standard in nichtlinearen Analysen fest, um zu steuern, ob die Analyseart standardmäßig auf kleine oder große Verschiebungen eingestellt wird.
Erweiterte Federelementparameter
Wählen Sie in der Dropdown-Liste Analysebeschreibung auf der Registerkarte Weitere Einstellungen die Formulierungsmethode, die für die Federelemente verwendet werden soll. Wenn die Option Nur Material-Nichtlinear ausgewählt ist, werden nichtlineare Materialmodelleffekte berücksichtigt, alle Analysen werden jedoch basierend auf der nicht verformten Geometrie ausgeführt. Die Option Lagrange gesamt beziehen sich auf die ursprüngliche, nicht verformte Konfiguration des Modells für alle statischen und kinematischen Variablen. Die Option Lagrange aktualisiert bezieht sich auf die zuletzt berechnete Konfiguration des Modells für alle statischen und kinematischen Variablen.
Visualisieren von Federelementen in der Ergebnisanzeige
Federelemente können in der Ergebnisanzeige als Linie oder als tatsächliche Feder angezeigt werden. Damit die Feder gerendert werden kann, müssen Sie zunächst das Kontrollkästchen Als Feder visualisieren auf der Visualisierung im Dialogfeld Elementdefinition aktivieren. Anschließend können Sie die Abmessungen der Feder angeben. Wenn die Summe der Werte im Feld Länge wird gestartet, im Feld Endlänge und das Produkt der Felder Anzahl der Windungen und Drahtdurchmesser größer ist als die Länge des Federelements, wird die Feder in der Ergebnisanzeige nicht gezeichnet. Der Wert im Feld Wicklungsdurchmesser bezieht sich auf den Durchmesser der Feder entlang der Mittellinie des Drahts. Das Feld Länge wird gestartet und die Dropdown-Liste Befestigungstyp wird gestartet beziehen sich auf das I-Knoten-Ende des Federelements. Das Feld Endlänge und die Dropdown-Liste Befestigungstyp beenden beziehen sich auf den J-Knoten des Federelements.
Wenn Sie Befestigungen an beiden Enden der Feder angeben, müssen Sie einen Orientierungspunkt definieren. Die in den Feldern X, Y und Z eingegebenen Koordinaten werden zum Zuordnen der Ebene verwendet, auf der sich die Befestigung befindet. Es wird ein Vektor senkrecht zum Federelement durch diesen Punkt erstellt. Die Befestigung liegt dann auf der Ebene, die senkrecht zu diesem Vektor ist. Wenn diese Koordinate entlang der Linie des Elements liegt, wird die Feder in der Ergebnisanzeige nicht gezeichnet.
Grundlegende Schritte zum Verwenden von Federelementen
- Stellen Sie sicher, dass ein Einheitensystem definiert ist.
- Stellen Sie sicher, dass das Modell einen nichtlinearen Analysetyp verwendet.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Elementtyp für das Bauteil, das zu Federelementen werden soll.
- Wählen Sie den Befehl Feder.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Elementdefinition.
- Wählen Sie den Befehl Elementdefinition bearbeiten.
- Wählen Sie im Abschnitt Federtyp den Typ der Feder aus.
- Wenn das Optionsfeld Feder im Abschnitt Federtyp ausgewählt ist , geben Sie im Abschnitt Elementtyp an, ob diese Feder axial oder rotierend ist.
- Wenn das Optionsfeld DOF Feder im Abschnitt Federtyp ausgewählt ist, wählen Sie den Freiheitsgrad für den I-Knoten und den J-Knoten in den Abschnitten I-Knoten und J-Knoten aus.
- Geben Sie die Steifigkeit der Feder im Feld Federsteifigkeit an.
- Wechseln Sie zur Registerkarte Visualisierung.
- Aktivieren Sie das Kontrollkästchen Als Feder visualisieren.
- Definieren Sie die Abmessungen der Feder.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche OK.