CAE/BCAD an der Hochschule Bochum

Ansys, Nastran, Marc, Fluent, moderne CAD Systeme

Bsp.: Verformungen und Spannungen in Blechteil Ziel: Spannungen und Verformungen Bsp.: Umströmung eines PKWs oder eines Flugzeugs Ziel: Geschwindigkeit, Druck, Kräfte

IGES, VDA-FS, STEP

Vorteile: 1. Kann Entwicklungszeiten und -kosten senken Anzahl an Tests, Prototypen können reduziert werden Je eher eine Schwachstelle erkannt wird, desto eher kann sie behoben werden 2. Kann eine Qualitätssteigerung und Produktoptimierung erreichen Eingesetztes Material kann besser ausgenutzt werden 3. Nachweis der Spannungen überhaupt möglich Bei messtechnischen nicht zugänglichen Bauteilen z.B. rotierende Wellen Weil Prototypen technisch oder finanziell nicht möglich sind z.B. Staudamm Nachteile: 1. Relativ hohe Kosten bei professioneller Anwendung 2. Numerische Instabilitäten und Rechen-/ Rundungsfehler akzeptiert werden 3. Geometrie vereinfacht und diskretisiert Fertigungstoleranzen vernachlässigt (Alle Maße fix)

Physikalische Eigenschaften werden idealisiert: Keine Berücksichtigung von ungleiche Materialdichten durch Schweißen oder Wärmebehandlung veränderte Materialeigenschaften 

Oberflächen werden idealisiert: Keine Berücksichtigung von Lacken, Anstriche, Oberflächenrauheiten Bearbeitungsspuren, wie z.B. von Drehtiefen oder Frässpuren werden nicht berücksichtigt

F=k*u (k: Steifigkeit, u: Verformung) E=delta Sigma/delta Epsilon

X-fache Kraft F verursacht…-fache Verformung u 

Beispiel 1D-Federgleichung: K*u=F bzw. u=F/K

 x-fache Kraft F verursacht…-fache Spannung (Sigma)

 Beispiel 1D-Zugspannung: Sigma=F/A

Es liegen sehr kleine Dehnungen bzw. sehr kleine Verformungen vor. 

2. Alle Spannungen sind zulässig, also Geltungsbereich des Hooke’schen Gesetzes. 

3. Es wird genau ein Körper (ohne Kontakt zu anderen Körpern) analysiert

Steifigkeit: ist der Widerstand eines Materials gegen eine Verformung, abhängig vom E-Modul, Im SpannungsDehnungs-Diagramm der Bereich der Hooke’schen Grade

 Festigkeit: ist der Widerstand gegen Versagen, Streckgrenze oder Dehngrenze, Zugfestigkeit, im SpannungsDehnungs-Diagramm hinter dem Bereich der Hook’schen Grade 

Nachgiebigkeit: Kehrwert der Steifigkeit

Geometrische Nichtlinearitäten, z.B. große Verformungen Physikalische Nichtlinearitäten, z.B. plastisches Werkstoffverhalten

 Topologisches Nichtlinearitäten, z.B. Kontaktprobleme

Geometrische: Blech unter Drucklast, Dichtung einer PKW-Tür, druckbelasteter Biegebalken 

Physikalische: Werkstoffe (Gummi, Kunststoffe), Richtungsabhängiger E-Modul (Faserverbundwerkstoffe), Zeitabhängiges Verhalten (Kriechen), Rissausbreitung (Lebensdauer) 

Topologische: Kontakt, Anschlag, Spalt (Hertzsche Pressung), Feder mit Kontakt

Die Gleichgewichtsbedingung wird für die verformte Struktur gelöst und nicht für die unverformte (wie kleine Verformungen). Beispiel: wandernder Kraftangriffspunkt bei belastetem Ampelmast.