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Statische Analysen werden durchgeführt, wenn von einer unveränderlichen bzw. gleichbleibenden Belastung ausgegangen werden kann. Man bezeichnet diese auch als „quasi-statisch“.

Differenziert wird bei der statischen Analyse der Finite-Element-Methode zwischen linearen und nicht-linearen Berechnungen. Dabei wird eine große Bandbreite an Modellen abgedeckt. Diese reicht von der Analyse eines geometrisch simplen Bauteils mit linear-elastischem Materialverhalten mit geringen Verformungen und Verschiebungen bis hin zur Berechnung von komplexen Baugruppen unter Berücksichtigung von nicht-linearem Kontaktverhalten mit Reibung, Schraubenvorspannung, Werkstoffnichtlinearitäten sowie großen Verformungen und Verschiebungen.

Dank unserer langjährigen Erfahrung können wir Sie bei der Auswahl des notwendigen Komplexitätsgrades bestens beraten, um so Ihr Simulationsproblem bestmöglich abzubilden. Sind die Spannungswerte einmal mittels einer Finite-Element-Analyse (FEA) bestimmt, können diese mit zulässigen Werten verglichen werden, um somit Schwachstellen und Optimierungspotentiale aufzudecken und bestmöglich auszunutzen. Die Optimierung kann dann zeitnah durch eine weitere Berechnungsschleife auf ihre Zielführung überprüft werden.

Im Folgenden sind die Möglichkeiten einer statischen FEA im Detail aufgeführt:

1. Werkstoffabbildung
Den Werkstoff im Berechnungsmodell korrekt abzubilden, beeinflusst die Qualität des Ergebnisses ungemein. Am einfachsten ist die Beschreibung eines linear-elastischen Werkstoffverhaltens, welches ein proportionales Verhältnis zwischen Spannung und Dehnung aufweist. Darüber hinaus können aber auch charakteristische Werkstoffeigenschaften, wie Plastizität, Hyperelastizität und Viskoelastizität, berücksichtigt werden.

2. Kontaktanalysen
Die Verwendung von nichtlinearem Kontaktverhalten, ermöglicht die Übertragung der eingeleiteten Kräfte über die Bauteilgrenzen hinweg. Die Kontaktpartner können aufeinander gleiten und voneinander abheben, sich aber nicht durchdringen. Dadurch können das Pressungsverhalten, eventuelle Kontaktöffnungen und Reibung berücksichtigt und analysiert werden. Typische Anwendungen sind hierbei Schraubenverbände, Formschlüsse und Dichtigkeitsprüfungen.

3. Geometrische Nichtlinearitäten
Geometrische Nichtlinearitäten treten vornehmlich an Kunststoff- und Gummibauteilen auf, da diese eine komplexe Last-Verformungs-Beziehung aufweisen. Aufgrund dieser Eigenschaft kann sich die Steifigkeit des zu untersuchenden Bauteils unter Belastung ändern. Um dies in der Berechnung abzubilden, sind spezielle Analyseoptionen erforderlich. Typische Beispiele sind Gummidichtungen, Kunststoffbehälter, Blattfedern, Abgasaufhängungen und Flächenstrukturen mit Membrananteil, wie etwa Tanks.

4. Strukturanalyse (Beul- und Knicksicherheiten)
Wird eine Konstruktion durch Druck belastet, können Stabilitätsprobleme auftreten. Bei einer kritischen Last verliert die Struktur sogar ihre Stabilität und knickt oder beult aus, noch bevor die linearelastische Tragfähigkeit erreicht ist. Aus diesem Grunde ist es wichtig, neben der Berechnung der Festigkeit auch die Beul- und Knicksicherheit zu überprüfen. Dies kann mithilfe einer linearen Beulanalyse erfolgen. Bei der nichtlinearen Beulanalyse können zusätzlich Nichtlinearitäten wie etwa das plastische Materialverhalten berücksichtigt werden. Auch Imperfektionen können optional berücksichtigt werden, denn auch durch sie wird das Versagen stark beeinflusst. Typische Beispiele für dieses Anwendungsgebiet sind Hochregale, Stahlbaubühnen, Druckbehälter oder Kräne.

5. Langzeitverhalten, Ermüdungsanalyse (Kriechen bzw. Relaxation)
Je nach Werkstoff, Spannung und Temperatur stellt sich in einem Bauteil eine zeitabhängige plastische Verformung ein. Diese wird als Kriechen bezeichnet. Kriechen tritt vor allem bei Kunststoffen auf, ist aber auch bei metallischen Werkstoffen oberhalb der Übergangstemperatur zu erwarten. Die Relaxation ist hingegen der zeitabhängige Spannungsabbau, der sich bei gleichbleibenden Dehnungen in einem Bauteil einstellt.

Das Kriech- und Relaxationsverhalten kann durch Ansetzen des Kriechmoduls abgeschätzt werden. Für genauere Ergebnisse kann zusätzlich anhand von Kriechkurven ein detailliertes Werkstoffmodell hergeleitet und eine Kriechanalyse durchgeführt werden, mit der sich die Kriechdehnungen bzw. -spannungen in Abhängigkeit der Zeit berechnen lassen. Typische Anwendungsfälle sind langzeitbelastete Kunststoffteile und heiße metallische Bauteile.

6. Quasi-statische Berechnungen mit Abaqus/Explicit
In unserem Leistungskatalog haben wir außerdem das Programm Abaqus/Explicit. Neben kurzzeitdynamischen Berechnungen, dem klassischem Anwendungsgebiet von expliziten Verfahren, ist dieses Programm auch hervorragend zur Berechnung quasi-statischer Umformprozesse geeignet, wie z. B. Blechumformungen.

Statische Analysen

  • Verformung, Spannung und Dehnung
  • Knick und Beulsicherheiten
  • Plastizität, Hyperelastizität, Viskoelastizität
  • Kriechen und Relaxation
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