Stabelemente

Stabelemente sind Zwei-Knoten-Elemente, die eine beliebige Ausrichtung im XYZ-System aufweisen können. Der Stab überträgt nur Axialkräfte und ist im Allgemeinen ein Element mit drei Freiheitsgraden (DOF) (drei globale Translationskomponenten an jedem Ende des Elements).

Das dreidimensionale (3D) Stabelement sollte über eine konstante Fläche verfügen und kann in linear elastischen Analysen, wesentlich nichtlinearen Analysen und geometrisch nichtnlinearen Analysen mit großen Verschiebungen verwendet werden. In Analysen mit großen Verschiebungen wird die Formulierung Lagrange aktualisiert verwendet, bei der Analyse der Elementspannungen werden jedoch kleine Dehnungen angenommen.

Das 3D-Stabelement kann als Abhängigkeitselement zur Festlegung der Nicht-Null-Verschiebung, uO, auf dem Rand der Struktur verwendet werden, indem das Stabelement mit einer sehr hohen Steifigkeit k (10 ⁶ multipliziert mit der größten Steifigkeit im Modell) versehen wird und die Last k x uO in derselben Richtung wie durch das Stabelement definiert angewendet wird.

                        Abbildung 1: 3D-Stabelement

Parameter von Stabelementen

Der erste Parameter, der für Stabelemente festgelegt werden muss, ist der Querschnittsbereich. Dieser wird im Feld Querschnittsbereich auf der Registerkarte Allgemein im Dialogfeld Elementdefinition definiert. Zudem muss im Dropdown-Feld Materialmodell ein Materialmodell ausgewählt werden. Wenn die Option Linear ausgewählt ist, wird ein einzelner Elastizitätsmodul und eine Querdehnung für die gesamte Analyse verwendet. Wenn die Option Kurve ausgewählt ist, müssen Sie die Spannungs-Dehnungskurve definieren, indem Sie Spannungs-Dehnungsdaten eingeben.

Geben Sie im Feld Stoßdämpferkoeffizient einen Stoßdämpferkoeffizienten ein, um Dämpfungseffekte einzubeziehen. Ein Dämpfer ist eine lineare Dämpfungsvorrichtung, z. B. ein Stoßdämpfer, der häufig von Ingenieuren verwendet wird, um übermäßige Bewegungen und Schwingungen abzufangen und auszugleichen. Der Stoßdämpferkoeffizient wendet eine Dämpfungskraft an, die der Bewegung entgegengesetzt und proportional zur Geschwindigkeit eines Knotens im Verhältnis zu dem anderen ist. Um die Dämpfungseffekte in die Berechnungen einzubeziehen, müssen Sie auch das Kontrollkästchen Ausgabe beinhaltet Dämpfungseffekte auf der Registerkarte Erweitert aktivieren.

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. (Außerdem wird für 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. (Zudem sollte Analyseerarbeitung auf der Registerkarte Erweitert wie für die Analyse erforderlich festgelegt werden.)

Tipp: 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 Parameter von Stabelementen

Wählen Sie im Dropdown-Feld Analysebeschreibung auf der Registerkarte Erweitert die Formulierungsmethode aus, die für Stabelemente verwendet werden soll. Wenn die Option Nur Material-Nichtlinear ausgewählt wird, werden Effekte von nichtlinearen Materialmodelln berücksichtigt, alle Analysen werden jedoch auf Basis der nicht deformierten Geometrie ausgeführt. Die Option Lagrange gesamt bezieht sich auf die ursprüngliche nicht verformte Konfiguration des Modells für alle statischen und kinematischen Variablen. Die Option Lagrange aktualisiert bezieht sich auf die letzte berechnete Konfiguration des Modells für alle statischen und kinematischen Variablen.

Stabelemente können das Ereignis unter Einwirkung einer Kraft oder Dehnung beginnen. Sie können die Größe dieser Lasten in den Feldern Anfängliche Axialkraft und Anfängliche Axialdehnung auf der Registerkarte Erweitert festlegen.

Aktivieren Sie das Kontrollkästchen Detaillierte Spannungsausgabe, um die Spannungsergebnisse für jedes Element bei jedem Zeitschritt während der Analyse in die Textprotokolldatei zu schreiben. Dies kann eine sehr umfangreiche Ausgabe zur Folge haben.

Grundlegende Schritte für die Verwendung von Stabelementen:

1. Stellen Sie sicher, dass ein Einheitensystem definiert ist.
2. Stellen Sie sicher, dass das Modell einen nichtlinearen Analysetyp verwendet.
3. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Elementtyp für das Bauteil, das in Stabelemente verwandelt werden soll.
4. Wählen Sie den Befehl Stab.
5. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Elementdefinition.
6. Wählen Sie den Befehl Elementdefinition bearbeiten.
7. Wählen Sie auf der Registerkarte Allgemein im Dropdown-Feld Materialmodell das entsprechende Materialmodell für dieses Bauteil aus.
8. Legen Sie im Feld Querschnittsbereich die Querschnittsfläche des Stabelements fest.
9. Wenn die Stabelemente in diesem Bauteil einen Stoßdämpferkoeffizienten haben, geben Sie dies im Feld Stoßdämpferkoeffizient an.
10. Klicken Sie auf OK.