Statische Festigkeitsnachweise mittel FEM als Dienstleistung

Statische Festigkeitsnachweise sind die häufigsten Anwendungsfälle von Finite Elemente Analysen. Bei der statischen Festigkeit wirken Belastungen, die entweder ein einmaliges Ereignis darstellen oder nur selten auftreten. Ein typischer Fall ist beispielsweise eine durch das Gewicht einer Rohrleitung beanspruchten Konsole.

Die Bewertung der FEM-Ergebnisse orientiert sich dabei üblicherweise an der Streckgrenze des Werkstoffs, unter Berücksichtigung von Sicherheitsfaktoren. Ist eine Norm oder ein Regelwerk zu berücksichtigen, dann sind die darin definierten Bemessungskriterien anzuwenden. Weit verbreitetet Normen und Regelwerke sind beispielsweise:

  • Eurocode 3 (Stahlbau)
  • FKM-Richtlinie (Maschinenbau)
  • AD 2000 (Tanks / Druckbehälter)
  • Druckgeräterichtlinie
  • ASME (Amerikanische Norm für Druckbehälter)
  • DNV bzw. GL (Schiffbau / Offshore / Windkraft)
  • VDI 2230 (Schraubennachweise)
  • EN 13001-3-1 (Kranbaunorm)

Geht es dem Ingenieur hingegen nur um die Absicherung seiner Konstruktion, dann lässt die Bewertung der Spannungen größere Freiräume zu. Lastfaktoren, wie z. B. der Dynamikfaktor beim Anheben einer Rahmenkonstruktion mittels Kran, sollten entsprechenden Eingang in die Bewertung finden.

 

CAD-Modell einer Konsole
FE-Netz einer Konsole

Die korrekte Anwendung der Finite Elemente Methode ist ein sehr wesentliches Kriterium für die Zuverlässigkeit der Berechnungsergebnisse. Zunächst muss der Anwender entscheiden, welche Teile der Konstruktion nachzuweisen sind.

Im zweiten Schritt erfolgt die Idealisierung der Daten. Details die keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss auf das Ergebnis haben sollten unterdrückt oder gelöscht werden. Sehr kleine Bohrungen, Typenschilder, etc. machen das FEM-Modell unnötig komplex und stehen einer guten Vernetzungsqualität nur im Wege. Liegen 3D-CAD Daten vor und soll darauf aufbauend eine Vernetzung mit Schalenelementen durchgeführt werden, dann ist in vielen Fällen zunächst ein Mittelflächenmodell zu erstellen.

Vor der eigentlichen Vernetzung muss der Anwender sich für die zum Einsatz kommenden Elementtypen entscheiden. Dickwandige Strukturen, wie z. B. Guß- oder Schmiedeteile können mit Solidelementen vernetzt werden. Schweißkonstruktion wie Rahmen oder Tanks werden üblicherweise mit Schalenelementen diskretisiert. Fachwerke und Balkenkonstruktionen erfordern eine Vernetzung mit Stab- oder Balkenelementen. Darüber hinaus gibt es noch diverse andere Elementtypen wie z. B. Rigids, Massen oder Federn. In vielen Fällen bestehen FEM-Modell aus verschiedenen Elementtypen.  

Bei der Vernetzung mit Solidelementen ist auf die Wahl eines adäquaten Elementtyps zu achten. Komplexe Geometrien wie z. B. Getriebegehäuse können unter wirtschaftlichen Aspekten nur mit Tetaederelementen vernetzt werden. Ist die Geometrie frei von Fehlern, dann ist das Erstellen eines Tetraedermodells eine Knopfdrucklösung. Bei Baugruppen sind dann noch die Kontaktdefinitionen aufzubringen.

In den Fällen, wo eine regelmäßige Geometrie vorhanden ist kommen bevorzugt Hexaederelemente zum Einsatz. Diese haben, abgesehen von der aufwändigeren Vernetzung, einige Vorteile gegenüber Tetraedern. 

   

Kontakt

Kontaktieren Sie uns!

Vertrieb:

Tel: 04181/40672-27

info@smart-fem.de

Support:

04181/40672-10

hotline@smart-fem.de

Büro Hamburg:

SMART Engineering GmbH
Innungsstraße 7a
21244 Buchholz
Tel 04181/4067200
E-Mail: info@smart-fem.de

Büro Marburg:

SMART Engineering GmbH
Software-Center 5b
35037 Marburg
Tel: 06421/1605955
E-Mail: info@smart-fem.de