Tetraederelemente sind isoparametrische oder subparametrische gekrümmte Tetraeder mit 4 oder 10 Knoten. Abbildung 1 zeigt einige typische Elemente. Abbildung 2 zeigt ein Beispiel eines Tetraederelements.
Abbildung 1: Typisches Tetraederelement
Abbildung 2: Typische Anwendung für ein Tetraederelement
Bestimmung der Flächennummer für Tetraederelemente
Beachten Sie beim Anwenden von Lasten auf eine Flächennummer eines Tetraederbauteils, dass einige Modelle nicht alle Linien auf der Fläche zum Laden auf der gleichen Flächennummer haben. Was geschieht in dieser Situation? Wenn das Modell aus einem CAD-Volumenkörpermodell stammt, erhalten alle Flächen, die mit der Oberfläche des CAD-Modells übereinstimmen, die Last, unabhängig von der Flächennummer der Linien. In manuell erstellten Modellen und auf CAD-Bauteilen, die so geändert wurden, dass das Bauteil nicht mehr mit dem CAD-Bauteil verknüpft ist, definiert die Flächennummer, die zwei der drei Linien einer Flächendefinition gemeinsam haben, die Flächennummer dieser Fläche.
Geben Sie zuerst das Materialmodell für dieses Bauteil im Listenfeld Materialmodell des Dialogfeldes Elementdefinition an. Die verfügbaren Materialmodelle sind in folgende Kategorien unterteilt. Einzelheiten zu jedem Materialmodell finden Sie auf der entsprechenden Seite der Seite Materialeigenschaften.
Damit für die Tetraederelemente in diesem Bauteil die Mittelknoten aktiviert sind, wählen Sie in der Dropdown-Liste Mittelknoten die Option Einbezogen. Wenn diese Option ausgewählt ist, haben die Tetraederelemente zusätzliche Knoten in der Mitte jeder Kante definiert. (Bei Netzen von CAD-Volumenkörpermodellen folgen mittlere Knoten der ursprünglichen Krümmung der CAD-Oberfläche, abhängig von der gewählten Option, bevor das Netz erstellt wurde. Bei handgefertigten Modellen und geänderten CAD-Modellnetzen befindet sich der mittlere Knoten in der Mitte zwischen Eckknoten.) Dadurch wird ein Tetraederelement mit 4 Knoten in ein Tetraederelement mit 10 Knoten geändert. Ein Element mit Mittelknoten führt zu genauer berechneten Verläufen. Dies ist besonders nützlich, wenn Sie versuchen, das Biegeverhalten mit einigen Elementen auf der Biegeebene zu modellieren. Elemente mit mittleren Knoten verlängern die Verarbeitungszeit. Wenn das Netz ausreichend klein ist, wird mit den Mittelknoten u. U. kein wesentlich genaueres Ergebnis erzielt.
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 Erweitert die Option Nur Material-Nichtlinear festgelegt). Große Verschiebungen eignet sich für Bauteile, die keine Bewegung und/oder große Dehnungen aufweisen. (Die Analysebeschreibung auf der Registerkarte Erweiterte Einstellungen sollte ebenfalls der Analyse entsprechend festgelegt werden.)
Wenn ein Tetraederelement-Bauteil ein Materialmodell mit thermischen Effekten verwendet, müssen Sie im Feld Spannungsfreie Referenztemperatur auf der Registerkarte Thermisch des Dialogfelds Elementdefinition einen Wert festlegen. Dieser Wert wird als Referenztemperatur verwendet, um elementbasierte Lasten zu berechnen, die mittels bilinearer Interpolation von Knotentemperaturen einer Abhängigkeit mit thermischem Wachstum zugewiesen wurde.
Wenn ein Tetraederelement-Bauteil ein Materialmodell mit Kriechdehnung verwendet, wählen Sie die Option in der Dropdown-Liste Kriechgesetz aus. Diese Auswahl wird bei der Analyse zum Berechnen der Kriecheffekte verwendet. Folgende Kriechgesetze stehen zur Verfügung:
Dabei ist die effektive Kriechdehnungsrate und
ist die effektive Spannung. Wichtige Informationen zum Eingeben der Materialeigenschaften finden Sie auch unter Viskoelastische Materialeigenschaften für das thermische Kriechverhalten.
Wenn die Kriechanalysen für gleich große Unterteilungen des Zeitschritts berechnet werden sollen, wählen Sie die Option Feste Unterschritte im Dropdown-Feld Zeit-Integrationsmethode. Wenn die Kriechanalysen für unterschiedlich große Unterteilungen des Zeitschritts berechnet werden sollen, wählen Sie die Option Flexible Unterschritte. Diese beiden Methoden basieren auf einer zeitlichen Erhärtung und verwenden explizite Zeit-Integrationsmethoden. Diese Methoden können unter bestimmten Lastbedingungen instabil werden. Wenn Sie das Materialmodell Thermisch Creep viskoelastisch verwenden und das Dropdown-Feld Kriechdehnungsdefinition nicht auf Geändert eingestellt ist, ist im Dropdown-Feld Zeit-Integrationsmethode eine zusätzliche Option verfügbar: die Alpha-Methode. Diese Methode verwendet ein implizites Zeit-Integrationsschema zur Verbesserung des Kriechverhaltens. Diese Methode kann uneingeschränkt stabil sein.
Geben Sie die Temperatur an, bei der keine thermische Spannung im Feld Spannungsfreie Referenztemperatur vorhanden ist.
Wenn Sie eine Analyse mit nicht-zyklischer Belastung ausführen, wählen Sie die Option Effektiv in der Dropdown-Liste Kriechdehnungsdefinition aus. Wenn Sie eine Analyse mit zyklischer Belastung ausführen, verwenden Sie die Option Geändert.
Bei der Analyse werden die Kriechanalysen als Iterationen in Unterschritten jedes Zeitschritts ausgeführt. Sie können im Feld Maximale Anzahl der Teilschritte festlegen, wie viele Unterschritte in einem einzigen Zeitschritt zulässig sind. Im Feld Höchstanzahl der Iterationen in einem Teilschritt können Sie ferner festlegen, wie viele Iterationen in einem einzigen Unterschritt ausgeführt werden können. Nach jeder Unterschritt-Iteration werden Kriechspannung und -dehnung mit der vorherigen Iteration verglichen. Wenn der Wert nicht innerhalb der in den Feldern Kriechdehnungskalkulationstoleranz und Kriechspannungs-Kalkulationstoleranz festgelegten Toleranzen liegt, ist eine andere Iteration erforderlich.
Wenn Sie eine Zeit-Integrationsmethode der Alpha-Methode verwenden, muss der Zeit-Integrationsparameter festgelegt werden. Um für das Zeit-Integrationsschema eine vollständig explizite Methode zu verwenden (aber eine andere als die explizite Methode mit festen/flexiblen Unterschritten), geben Sie in das Feld Zeit-Integrationsparameter den Wert 0.0 ein. Um eine vollständig implizite Methode zu verwenden, geben Sie in das Feld Zeit-Integrationsparameter den Wert 1.0 ein. Wenn der Integrationsparameter größer als 0.5 ist, ist diese Methode uneingeschränkt stabil.
Wenn in diesem Teil der Tetraederelemente ein orthotropisches Materialmodell verwendet wird, müssen Sie die Ausrichtung der Materialachsen 1, 2 und 3 auf der Registerkarte Orthotrop im Dialogfeld Elementdefinition definieren. Es gibt zwei grundlegende Methoden, um dies zu erreichen.
Methode 1:
Bei der ersten Methode wird eine der globalen Achsen als Materialachse 1 ausgewählt. Wenn Sie die Option Globale X-Richtung im Dropdown-Feld Materialachsenrichtung festgelegt mit auswählen, folgen die orthogonalen Materialachsen den Achsen X, Y und Z wie folgt:
Wenn Sie die Option Globale Y-Richtung im Dropdown-Feld Materialachsenrichtung festgelegt mit auswählen, folgen die orthogonalen Materialachsen den Achsen X, Y und Z wie folgt:
Wenn Sie die Option Globale Z-Richtung im Dropdown-Feld Materialachsenrichtung festgelegt mit auswählen, folgen die orthogonalen Materialachsen den Achsen X, Y und Z wie folgt:
Mit der ersten Methode können die Achsen um die ausgewählte globale Richtung gedreht werden, indem Sie einen Winkel im Feld Materialachsen-Drehungswinkel eingeben. Dieser Winkel folgt der Rechte-Hand-Regel.
Methode 2:
Bei der zweiten Methode wird die Option Räumliche Punkte im Dropdown-Menü Materialachsenausrichtung festgelegt mit ausgewählt. Als Nächstes definieren Sie die Koordinaten für drei räumliche Punkte in der Tabelle Räumliche Punktkoordinaten. Wählen Sie dann den entsprechenden Index für die räumlichen Punkte in den Dropdown-Menüs Index des räumlichen Punkts 1, Index des räumlichen Punkts 2 und Index des räumlichen Punkts 3 aus.
Abbildung 3: Ausrichtung der Materialachsen
Analyseformulierung: Wählen Sie in der Dropdown-Liste Analyseformulierung auf der Registerkarte Erweitert die Formulierungsmethode aus, die Sie für die Tetraederelemente verwenden möchten.
Die Aktualisierungsmethode für Spannung wird verwendet, wenn als Materialmodell (auf der Registerkarte Allgemein) eines der folgenden plastischen Materialmodelle festgelegt wird:
Diese Einstellung steuert den numerischen Algorithmus für die Integration der konstitutiven Gleichungen (Spannungs-/Dehnungsgesetz), wenn das Material plastisch wird. Als Aktualisierungsmethode für Spannung stehen die folgenden Optionen zur Verfügung:
Richtlinien für die Aktualisierungsmethode für Spannung:
Beim Integrationsschema Explizit werden Fließfläche, potenzielle Kunststoffverläufe und Verfestigungsgesetz in bekannten Spannungszuständen berechnet. Es sind keine bestimmten Iterationem unbedingt erforderlich, um die endgültigen Spannungen vorherzusehen.
Beim Schema Allgemeiner Mittenpunkt (eine implizite Methode) werden die Spannungen und Verfestigungsparameter des nächsten Inkrements für die Fließfläche mit einer einfachen iterativen Anpassung wiederhergestellt, da diese Bedingung durch die Integration nicht erzwungen wird. Diese Korrektur erfordert einen zusätzlichen Aufwand für das iterative Lösen der nichtlinearen Gleichungen. Umgekehrt gilt, dass explizite Methoden keine Lösung eines Systems nichtlinearer Gleichungen zur Berechnung der Spannungen an jedem Gaußschen Punkt erfordern.
Der Wert für Parameter für allgemeinen Mittenpunkt wird verwendet, wenn für die Aktualisierungsmethode für Spannung die Option Allgemeiner Mittenpunkt ausgewählt wird. Der gültige Bereich für diesen Wert liegt zwischen 0 und 1 (einschließlich). Wenn für den Parameter 0 festgelegt wird, ist der resultierende Algorithmus ein vollständig explizites Mitglied der Algorithmus-Familie (ähnlich der Option Explizit für Aktualisierungsmethode für Spannung); die Lösung ist jedoch nicht uneingeschränkt stabil. Wenn der Parameter 0.5 oder größer ist, ist die Methode uneingeschränkt stabil. Wenn für den Parameter 0.5 festgelegt wurde, ist die Lösung ein Mittelpunkt-Algorithmus; wenn der Wert 1 ist, wird die Lösung als vollständiger Backward-Euler-Algorithmus oder Nächster-Punkt-Algorithmus bezeichnet und ist vollständig implizit. Ein Wert von 1 ist genauer als andere Werte, insbesondere bei großen Zeitschritten.
Die Option Dehnungsmessungen wird verwendet, wenn für das Materialmodell (auf der Registerkarte Allgemein) Isotrop und für die Analysebeschreibung Lagrange aktualisiert festgelegt wird. Die Optionen sollen die Konvergenz der Methode Lagrange aktualisiert verbessern. Für die Dehnungsmessungen sind folgende Optionen verfügbar:
Wenn das Kontrollkästchen Überlappen der Elemente zulassen aktiviert ist, wird beim Dekodieren der Linien in Elemente die Erstellung überlappender Elemente zugelassen. Eine Überlappung kann bei der Modellierung von Elementen erforderlich sein. Dies gilt besonders für Probleme, die auf planare Bewegung beschränkt sind.
Aktivieren Sie das Kontrollkästchen Detaillierte Ausgabe von Kräften und Momenten, um die Spannungsergebnisse für jedes Element bei jedem Zeitschritt während der Analyse in die Textprotokolldatei zu schreiben. Dies kann zu großen Ausgabemengen führen.
Wenn eines der von Mises-Materialmodelle ausgewählt wurde, können Sie wählen, ob der aktuelle Materialstatus (elastisch oder plastisch), die aktuelle Streckgrenze, die aktuelle Fließspannungsgrenze, die zugehörige Spannungsgrenze und die entsprechende Ausgabe für plastische Spannung an Eckknoten und/oder Integrationspunkten bei jedem Zeitschritt vorhanden sein sollen. Wählen Sie dazu die entsprechende Option in der Dropdown-Liste Weitere Ausgabe aus.
Viele physikalische Probleme hängen mit Bewegungen zusammen, die im Wesentlichen das Volumen beibehalten. Materialien, die sich so verhalten, werden als nicht komprimierbar bezeichnet. Beispielsweise sind Gummi und Metalle mit starr-plastischer Strömung nahezu nicht komprimierbar. Durch die Aktivierung des Kontrollkästchens Selektiv reduzierte Integration (mittlere Dehnung) wird eine Änderung zu den üblichen komprimierbaren FEM-Formulierungen hinzugefügt, die die Grenze der Inkompressibilität und die hoch komprimierbare Volumenänderung darstellt. Diese Methode (B-Bar) kann dazu beitragen, dass Volumenblockieren vermieden wird.
Wenn diese Option nicht aktiviert ist, werden die Dehnungskomponenten der Verformungen (volumenbezogen) in der gleichen Reihenfolge mit den deviatorischen Komponenten integriert. Wenn diese Option aktiviert ist, wird der mittlere Wert zur Berechnung des Dehnungsanteils verwendet.
Zwei Beispiele, in denen diese Option Vorteile bei der Analyse bringt:
Um das Kontrollkästchen Selektiv reduzierte Integration (mittlere Dehnung) zu aktivieren, muss für Kompatibilität die Option Erzwungen festgelegt sein.
Wenn für ein Bauteil eines der beiden piezoelektrischen Materialmodelle ausgewählt wurde, sind zwei weitere Optionen auf der Registerkarte Erweitert im Dialogfeld Elementdefinition verfügbar.
Wenn das Materialmodell Duncan-Chang ausgewählt ist, wird die Registerkarte Erdreich aktiviert. Machen Sie entsprechend der Analyse die folgenden Eingaben. Diese Eingabe bezieht sich auf den Anfangszustand des Bodens. Weitere Informationen finden Sie auch auf der Seite Einrichten und Durchführen der Analyse: Nichtlinear: Materialeigenschaften: Duncan-Chang-Materialeigenschaften: Theoretische Beschreibung von Duncan-Chang.