FEM-Strukturanalyse
Spannungs-, Verformungs- und Knickanalyse
Übersicht
Die Strukturanalyse bewertet, wie Ihr Design auf mechanische Lasten reagiert. confBuild unterstützt vier Strukturanalysetypen, von einfacher linearer Statik bis hin zu fortgeschrittenen nichtlinearen und Knickanalysen.
Statisch Linear
Standard-Spannung & Verschiebung
Statisch Nichtlinear
Große Verformungen & Plastizität
Knicken
Kritische Lastfaktoren
Vorspannung
Anfangsspannungszustände
Statisch Lineare Analyse
Der häufigste Analysetyp. Berechnet Spannungen und Verschiebungen unter statischen Lasten bei linear-elastischem Materialverhalten und kleinen Verformungen.
Wann verwenden
- Standard-Tragbauteile unter normalen Betriebslasten
- Verformungen sind klein im Vergleich zu den Bauteilabmessungen
- Material bleibt im elastischen Bereich (unter der Streckgrenze)
- Schnelle Designvalidierung und Sicherheitsfaktorprüfungen
Konfiguration
analysisType
static_linear
Analysetyp-Auswahl
Keine zusätzlichen Parameter erforderlich — dies ist die einfachste Analyse.
Ausgabefelder
stress_von_mises
Von-Mises-Vergleichsspannung (MPa)
stress_principal_1/2/3
Hauptspannungen
displacement_magnitude
Gesamtverschiebung
displacement_x/y/z
Verschiebungskomponenten
Statisch Nichtlineare Analyse
Behandelt große Verformungen und Materialplastizität mit einem iterativen Newton-Raphson-Solver.
Wann verwenden
- Große Durchbiegungen, bei denen sich die Geometrie unter Last wesentlich ändert
- Material erfährt plastische Verformung (über die Streckgrenze hinaus)
- Gummi, Elastomere und andere hyperelastische Materialien
- Nachbeulverhalten-Analyse
Konfiguration
analysisType
static_nonlinear
Analysetyp-Auswahl
nonlinearMaxIterations
20
Maximale Newton-Raphson-Iterationen
nonlinearTolerance
1e-6
Konvergenztoleranz
Knickanalyse
Bestimmt die kritische Last, bei der eine Struktur instabil wird und ausknickt. Liefert Knicklastfaktoren und Eigenformen.
Wann verwenden
- Schlanke Stützen und Träger unter Druckbelastung
- Dünnwandige Schalen und Platten
- Bestimmung des Sicherheitsfaktors gegen Knicken
- Identifizierung der Knick-Eigenform
Konfiguration
analysisType
buckling
Analysetyp-Auswahl
bucklingNumModes
3
Anzahl der zu berechnenden Knickmoden
Ergebnisse interpretieren
Die Knickanalyse liefert Lastfaktoren. Ein Lastfaktor von 2,5 bedeutet, dass die Struktur bei 2,5-facher aufgebrachter Last knickt. Der kritische (niedrigste) Knickfaktor bestimmt die Sicherheitsmarge des Designs.
- Faktor > 1,0: Struktur ist sicher unter der aufgebrachten Last
- Faktor < 1,0: Struktur knickt vor Erreichen der aufgebrachten Last
- Bemessungsnormen erfordern typischerweise Faktoren von 2,0–3,0 als Sicherheit
Vorspannungsanalyse
Anfangsspannungszustände für Schraubverbindungen, vorgespannte Seile oder Schrumpfpassungen mit dem Code_Aster-Befehl CREA_CHAMP anwenden.
Konfiguration
analysisType
prestress
Analysetyp-Auswahl
prestressType
bolt
Typ: bolt oder cable
prestressForce
50000
Vorspannkraft in Newton
prestressDirectionX/Y/Z
0, 0, 1
Richtungsvektor
Sicherheitsfaktor
confBuild berechnet automatisch den Sicherheitsfaktor aus Ihren Simulationsergebnissen.
Berechnung
Sicherheitsfaktor = Streckgrenze / Max. Von-Mises-Spannung Auslastung = (Max. Spannung / Streckgrenze) × 100%
- SF > 2,0: Sicher — komfortable Marge (grün dargestellt)
- SF 1,0–2,0: Warnung — geringe Marge, Design überprüfen (orange dargestellt)
- SF < 1,0: Kritisch — Material fließt, Redesign erforderlich (rot dargestellt)
Best Practices
Tipps für genaue Strukturanalysen.
Empfehlungen
- Beginnen Sie immer mit linearer statischer Analyse, bevor Sie zur nichtlinearen übergehen
- Prüfen Sie, dass Verschiebungen klein sind (weniger als ~10% der Bauteilgröße) für die Gültigkeit der linearen Analyse
- Überprüfen Sie Randbedingungen: unterbestimmte Modelle lösen nicht, überbestimmte geben künstlich niedrige Spannungen
- Verfeinern Sie das Netz in Bereichen hoher Spannungsgradienten (an Löchern, Kerben, Rundungen)
- Vergleichen Sie Ergebnisse mit analytischen Lösungen, wenn verfügbar