Strukturdynamik

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engl: structural dynamics          Kategorie: Aa-leerbild.jpg Level 2 Mechanik


Allgemeine Informationen hierzu finden Sie zum Beispiel bei wikipedia:Bewegungsgleichung

Ausführliche Darstellungen zu den Grundlagen der Strukturdynamik finden Sie hier in der Leseprobe des Buches "FEM für Praktiker", Band 2 Strukturdynamik.

Inhaltsverzeichnis

Simulation

Strukturdynamik ist die Simulation des mechanischen (Struktur-..) Verhaltens eines Bauteils, das von der Zeit (..-dynamik) abhängt. Grundlage hierfür ist die Bewegungsgleichung der Strukturmechanik, in der die Verschiebungen (also die Freiheitsgrade der Mechanik) und die Zeit enthalten sind. Diese Bewegungsgleichung ist rechts in der Abbildung gezeigt. Sie enthält die Größen: Masse und Beschleunigung (also zweite Zeitableitung der Verschiebung), Dämpfung und Geschwindigkeit (also erste Zeitableitung der Verschiebung) und Steifigkeit und Verschiebung sowie Kraft auf der rechten Seite.

Strukturdynamik-1.jpg

Methoden der Simulation in der Strukturdynamik

Voraussetzung für die Strukturdynamik ist ein Modell mit Steifigkeiten und Massen (Dichte).

Last als beliebige Zeit-Funktion. Ergibt Verschiebungen und Spannungen über der Zeit. Es werden keine Frequenzen untersucht. Die implizite Lösung rechnet mit relativ großen Zeitschritten und Iterationen. Die explizite Lösung rechnet mit kleinen Zeitschritten besonders effektiv bei Nichtlinearitäten.
keine Last. Ergibt die Eigenfrequenzen und Eigenformen eines Bauteils. Dies sind Werte, die für das Bauteil charakteristisch und typisch sind. Das Ergebnis muss man "nur" qualitativ und prinzipiell betrachten. Sie besagen: wenn es eine Anregung in einer solchen Frequenz gäbe, dann würde dies zu Resonanz und einer deutlichen Schwingung führen.
Last sinus-förmig (Amplitude, Frequenz). Ergibt Verschiebungen und Spannungen als Amplitude und Frequenz.
Last sinus-förmig in statistischer Verteilung. Ergibt Verschiebungen und Spannungen in statistischer Verteilung.

Was gibt es noch in der Simulation der Strukturdynamik?

statische Simulation, bei der als Last eine Beschleunigung wirkt. Die Beschleunigung ist "dauernd" wirksam, der Beginn oder das Ende dieser Beschleunigung wird nicht betrachtet. Typischer Fall: Losfahren eines Autos, man wird in den Sitz gedrückt.
Simulation der Dynamik von Bauteilen, die sich drehen. Durch die Drehung wirken zusätzliche Kräfte und Trägheiten.
Last als beliebige Zeit-Funktion. Modell hat nur Abmessungen, aber keine Steifigkeiten oder Massen. Ergibt Verschiebungen über der Zeit. Es werden keine Frequenzen untersucht.

Beispiele

CADFEMJournalIP2012-2-S50-52.JPG
ein Lineal, festgehalten an der Tischkante, sehr anschaulich und leicht nachvollziehbar
ein Beispiel der Technik

In dem Artikel Lineare Dynamik ist die Voraussetzung für darauf aufbauende Ingenieuraufgaben (CADFEM Journal/Infoplaner 2012-2, Seite 50-52) wird eine praktische Anwendung im Bauwesen berichtet. Das Modell des simulierten Fernsehturms ist hier rechts in der Abbildung zu sehen.

Sonstige Begriffe

Eine dynamische Simulation ist eine strukturmechanische Berechnung eines zeitlichen Geschehens, bei der Trägheits- bzw. Beharrungseigenschaften des Bauteils berücksichtigt werden. Bei anderen physikalischen Anwendungen wie Temperaturfeld, Fluiddynamik, Magnetfeld wird eine Berechnung des zeitlichen Geschehens auch transiente Simulation genannt.

Weiterführende Informationen

Ein weiterführendes Seminar speziell hierzu finden Sie unter "Wissen" auf der Homepage von CADFEM bei "Modalbasierte lineare Dynamik".

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