Finite-Element-Lösungen sind bekanntlich vom Netz abhängig. Das muss beachtet werden, wenn versucht wird, prognostizierte Ergebnisse mit experimentellen Ergebnissen zu vergleichen. Die in der FEM-Simulation verwendete Netzgröße kann erhebliche Auswirkungen auf die Lösung haben.
Auswirkungen der Netzgröße auf Versagen
Das endgültige Versagen der Struktur wird zum großen Teil durch im FEM-Modell gefundene Spitzenspannungen gesteuert. Da die Spitzenspannungen je nach Netzgröße variieren können, sind abhängig von der Netzgröße unterschiedliche Bruchspannungen zu erwarten.
In der Regel gehen größere Elemente mit einer höheren prognostizierten Bruchspannung einher. Dies liegt daran, dass die Integrationspunkte in größeren Elementen weiter entfernt von den Spannungskonzentrationen sind. Daher kann das Element mehr Last tragen, bis es zum Versagen kommt. Bei kleineren Elementen liegen die Integrationspunkte näher an den Spannungskonzentrationen. Daher können diese früher versagen, was in einer niedrigeren prognostizierten Bruchspannung resultiert. Ein Beispiel für diesen Effekt ist in der Abbildung unten dargestellt.
Hier sehen wir ein Prüfstück-Modell mit offener Bohrung mit vier unterschiedlichen Netzgrößen. Beim Plotten der Last-Verschiebungs-Reaktion jedes Modells wird erkennbar, wie die unterschiedlichen Netzgrößen die prognostizierte Bruchspannung beeinflussen. Ein Versagen breitet sich von der Spannungskonzentration an der Bohrung schneller aus, wenn eine kleine Netzgröße verwendet wird.
Auswirkungen der Netzgröße auf Ramberg-Osgood-Materialparameter
Auch die Ramberg-Osgood-Materialparameter, die zum Definieren des elastisch-plastischen Materialmodells verwendet werden, reagieren empfindlich auf die Netzgröße. Wenn Sie versuchen, die Ramberg-Osgood-Materialparameter für nichtlineare Materialien manuell zu ändern, müssen Sie die zum Kalibrieren der Parameter verwendete Netzgröße berücksichtigen. Eine Studie zur Netzempfindlichkeit wird für dieses Vorgehen empfohlen. Es ist auch wichtig, eine Netzgröße für Ihre Modelle zu verwenden, die der bei der Kalibrierung der Materialparameter verwendeten Netzgröße möglichst ähnlich ist.