Fallprüfungsstudien

In Fallprüfungsstudien wird die Auswirkung des Aufpralls eines Teils oder einer Baugruppe auf eine starre oder flexible ebene Oberfläche ermittelt. Das Fallenlassen eines Objekts auf den Boden ist eine typische Anwendung. Daher stammt auch der Name. Aufprall- und Schwerkraftlasten werden automatisch berechnet. Es sind keine anderen Lasten oder Lager zulässig.

Einrichten

Im PropertyManager "Fallprüfungskonfiguration" können Sie anhand der folgenden Optionen die Fallprüfungsstudie einrichten:

• Sie können die Fallhöhe (h), die Schwerkraftbeschleunigung (g) und die Ausrichtung der Aufprallebene definieren. Das Programm berechnet die Geschwindigkeit (v) beim Aufprall anhand folgender Formel: v = (2gh)1/2. Der Körper bewegt sich als Starrkörper in die Schwerkraftrichtung, bis er auf die starre Ebene aufprallt.

• Sie können die Geschwindigkeit beim Aufprall (v),  die Schwerkraftbeschleunigung (g) und die Ausrichtung der Aufprallebene definieren. Das Programm bestimmt den Aufprallbereich aufgrund der Richtung der Geschwindigkeit beim Aufprall.

Bis zum ersten Aufprall werden keine Rotationen berücksichtigt.

Berechnungen

Das Programm löst ein dynamisches Problem als Zeitfunktion. Die allgemeinen Bewegungsgleichungen lauten wie folgt:

FI(t) + FD(t) + FE(t) = R(t)

Dabei sind FI(t) die Trägheitskräfte, FD(t) die Dämpfungskräfte und FE(t) die elastischen Kräfte. Alle diese Kräfte sind zeitabhängig.

Bei einer statischen Analyse wird diese Gleichung wie folgt verkürzt: FE(t) = R(t). Die Trägheits- und Dämpfungskräfte werden aufgrund der geringen Geschwindigkeit und Beschleunigung vernachlässigt.

Dämpfung wird derzeit nicht berücksichtigt. Zu den externen Kräften R(t) zählen die Schwerkraft und die Aufprallkräfte.

Die Methoden zur direkten Zeitintegration dieser Gleichung lassen sich in zwei grundlegende Klassen einteilen: implizite und explizite Methoden. Bei den expliziten Methoden muss die Steifigkeitsmatrix nicht neu gebildet oder aufgelöst werden. Sie erfordern daher weniger Computer-Rechenzeit und -Ressourcen. Der Zeitschritt muss jedoch kleiner als der für die Konvergenz der Lösung erforderliche kritische Wert gewählt werden. Der kritische Zeitschritt ist in der Regel sehr klein.

Die impliziten Methoden liefern akzeptable Lösungen mit Zeitschritten, die in der Regel eine oder zwei Größenordnungen über dem für die expliziten Methoden erforderlichen kritischen Zeitschritt liegen. Sie erfordern jedoch intensive Berechnungen für jeden Zeitschritt.

Die Software verwendet eine explizite Methode der Zeitintegration zur Lösung von Fallprüfungsstudien. Der kritische Zeitschritt wird automatisch auf der Grundlage der kleinsten Elementgröße berechnet. Um Divergenz zu vermeiden, wird ein kleinerer Wert verwendet. Sie können bei Bedarf sehr kleine Features unterdrücken oder Vernetzungssteuerungen verwenden, um die Bildung von sehr kleinen Elementen zu verhindern. Der Zeitschritt wird mit fortschreitender Lösung programmintern angepasst.

Weitere Informationen zu expliziten Methoden finden Sie in dem Buch An Explicit Finite Element Primer von Paul Jacob & Lee Goulding, 2002 NAFEMS Ltd.

Konvergenz

Ein guter Übergang im Netz fördert die Konvergenz. Schnelle Netzübergänge können zu Divergenz führen. Der Gleichungslöser prüft diesen Zustand durch Überwachung der Energiebilanz. Wenn die Energiebilanz auf Divergenz hinweist, wird eine Meldung ausgegeben und der Vorgang angehalten.  

Kommt es zu einem Bruch des Modells?

Die Studie liefert nicht automatisch eine Antwort auf diese Frage. Auch die Trennung von Komponentenverbindungen aufgrund des Aufpralls wird nicht vorhergesagt. Anhand der Ergebnisse können Sie die Wahrscheinlichkeit ermitteln, mit der diese Ereignisse eintreten. Sie können zum Beispiel maximale Spannungen zum Vorhersagen von Materialversagen und Kontaktkräfte zum Vorhersagen von Trennungen von Komponenten verwenden.

Siehe auch

Fallprüfung – Kontakt

Fallprüfung – Materialien

Fallprüfung – Ergebnisoptionen

Fallprüfung – Konfiguration

Fallprüfung – Lösungszeit nach Aufprall

Fallprüfung – Ergebnisanzeige

Ausführen einer Fallprüfungsanalyse