Nichtlineare statische Spannungsstudie

Statische Spannungsanalysen sind eine der gängigsten Arten von Finite-Element-Strukturanalysen. Die Komponente oder Baugruppe wird einer Reihe von Belastungsbedingungen ausgesetzt, und die resultierenden Spannungs-, Dehnungs- und Verformungsergebnisse werden analysiert, um die Wahrscheinlichkeit eines Konstruktionsfehlers zu bestimmen.

Eine nichtlineare statische Spannungsstudie sollte verwendet werden, wenn eine nichtlineare Quelle in die Lösung integriert wird und die Annahmen für die lineare statische Spannungsanalyse nicht mehr gültig sind. Es gibt vier häufige Arten der Nichtlinearität: Material-, geometrische, Last- und Randbedingungs-Nichtlinearität.

• Material-Nichtlinearität, bei der das Material keine vollständige lineare Spannungs-/Dehnungskurve hat, wie bei Kunststoff- und Gummimaterialien. Material-Nichtlinearität tritt auf, wenn die Materialsteifigkeit grundsätzlich nichtlinear ist (z. B. bei hyperelastischen Materialien) oder wenn ein Material über seinen elastischen Bereich hinaus belastet wird. Zu den Beispielen für Material-Nichtlinearität zählen Abschwächung, Versteifung, Hysterese, Plastizität, Viskoelastizität, Kriechen und Versagen.
• Eine geometrische Nichtlinearität tritt auf, wenn die Verformung der Struktur zu großen Verschiebungen oder Drehungen führt. Zu den Beispielen für geometrische Nichtlinearität zählen die Durchbiegung einer Angelrute oder die Knickung einer Struktur.
• Last-Nichtlinearitäten treten auf, wenn der Bereich, in dem eine Last angewendet wird, oder die Ausrichtung der Last während der Verformung der Struktur stark variiert (nachlaufende Kräfte). Derzeit unterstützt Fusion keine Last-Nichtlinearitäten.
• Eine Randbedingungs-Nichtlinearität tritt auf, wenn die Lasten oder Abhängigkeiten im Modell eine Funktion der aktuellen strukturellen Verschiebungen, Flächeninteraktionen, oder der Temperatur sind. Ein Beispiel hierfür sind Kontaktflächen, die sich im Laufe der Simulation ändern. Derzeit unterstützt Fusion keine Randbedingungs-Nichtlinearität.

Ein weiteres Merkmal einer nichtlinearen statischen Spannungsanalyse besteht darin, dass die Last allmählich über mehrere Inkremente angewendet wird. Durch inkrementelles Laden kann der Solver sich ändernde Materialsteifheit, geometrische Änderungen und veränderte Randbedingungen berücksichtigen.

Beispiele für nichtlineare statische Spannungsanalysen

Die folgende Liste enthält einige Beispiele, bei denen sich eine nichtlineare statische Spannungsanalyse möglicherweise eignet:

• Plastische (nicht elastische/permanente) Verformung eines Materials (z. B. Stahl und Aluminium, die über die Streckgrenze hinweg belastet werden)
• Starke Verformungen (z. B. die Durchbiegung einer Angelrute)
• Zum Bestimmen von Spannungen und Verschiebungen von hyperelastischen Materialien (z. B. Gummi)