Massenskalierung

Aus ESOCAETWIKIPLUS

engl: mass scaling          Kategorie: Level 3 Theorie Mechanik

Skalierung der Dichte und damit der Masse bei Elementen mit kleinen Abmessungen. Bei solchen Elementen wird die Dichte erhöht und damit die erforderliche Zeitschrittweite bei expliziten Lösungen erhöht. Diese Maßnahme ist oftmals einfacher als eine Änderung der Vernetzung. Damit wird das dynamische Verhalten dieser Elemente beeinflusst, nicht jedoch die Steifigkeit. Der Einfluss auf die mechanischen Ergebnisse der Verschiebungen und Spannungen ist gering.

Durch eine Summe der zusätzlich im Modell enthaltenen Masse und eine Bilanzierung der Veränderung der Gesamtmasse des Bauteils kann beurteilt werden, ob der Vorteil der Massenskalierung (größere Mindest-Zeitschrittweite) und der Nachteil (Änderung der lokalen Massenverteilung und der Gesamtmasse) ausgewogen sind.

Ein Beispiel für eine technisch sinnvolle und plausible Massenskalierung ist ein Crash-Modell mit einer Knautschzone. Das bewegte Bauteil mit seiner Gesamtmasse ist maßgebend für die kinetische Energie, dieser Bereich sollte mit korrekter Masse modelliert werden. Im Bereich der Knautschzone sind lokale Bereiche für die Verformung und die Energie-Dissipation maßgebend, sie sollten daher fein vernetzt werden. Die feine Vernetzung ergibt kleine Element-Kantenlängen und wird dadurch bestimmend für die Zeitschrittweite. Eine Skalierung der Dichte in diesem Bereich ist durchaus angemessen und möglich, ohne wesentlich die kinetische Energie am Anfang zu verfälschen. Durch die räumliche Entfernung von bewegtem Bereich und verformtem Bereich bietet sich die Massenskalierung an, um eine geringe Zeitschrittweite zu vermeiden.