FE-Modellbildung von tragenden Strukturen bei nichtlinearen statischen Problemstellungen

Themenbereich:
Festigkeitslehre, Werkstoffkunde, FEM-Berechnung

Aufgabenstellung:
Die Auslegung und die Berechnung von tragenden Strukturen muss oft im Hinblick auf das zu erwartende nichtlineare Verhalten unter statischer Last erfolgen. Von Interesse ist zum einen der Einfluss der geometrischen Nichtlinearität. Eine Blattfeder oder eine Schenkelfeder können sich geometrisch nichtlinear verhalten, ohne dass eine Plastizität eintritt, d. h. die Dehnungen sind bei relativ großen Verschiebungen klein. Die Problematik der sogenannten großen Verformungen kann mit dem Tool MECHANICA erfasst werden, wobei die Vernetzung ausschließlich mit Volumenelementen erfolgen darf. In diesem Zusammenhang wurden die rechnerischen Abweichungen anhand von Referenzmodellen untersucht, da in der Praxis oft nur mit Balken- bzw. Stabelementen gerechnet werden kann.

Des weiteren wurden im Rahmen der Arbeit auch hyperelastische Werkstoffmodelle wie der Polynomansatz, Neo-Hooke, Arruda-Boyce, Yeoh, Mooney-Rivlin etc. untersucht. Hier soll zunächst eine sorgfältige theoretische Recherche stattfinden, um die entsprechenden Grundlagen für die Validierung unter MECHANICA zu liefern. Auch in diesem Teil der Arbeit wurden Referenzmodelle aufgebaut, die allerdings einen Vergleich mit anderen FE-Programmen ermöglichten.

Die übrigen Nichtlinearitäten wie z. B. die Plastizität, die Kontaktproblematik oder eine Instabilität wie das Knicken oder das Beulen wurden nicht im Rahmen der Arbeit beleuchtet.

Das Ziel der Arbeit:
Das Ziel der Arbeit war eine methodische Ausarbeitung der nichtlinearen Modellbildung für den Einsatz des FE-Programms Pro/MECHANICA.
Dauer: 3 Monate

Die damaligen Voraussetzungen waren:

  • Kenntnisse in Werkstoffkunde und Strukturmechanik
  • Grundkenntnisse in FEM
  • Grundkenntnisse in Pro/ENGINEER Wildfire 4.0
  • Grundkenntnisse in Pro/MECHANICA

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