Vorspannung

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engl: prestress          Kategorie: Level 3 Theorie Mechanik

Allgemeine Informationen wie bei wikipedia:Vorspannung_(Mechanik) betreffen nicht direkt den Bereich der CAE-Simulationen.

Simulation

Wenn in der Strukturmechanik die Kraft-Längenänderungs-Kurve (Steifigkeit) nicht durch den Ursprung geht, dann liegt Vorspannung vor. In diesem Fall wird als Ausgangslänge derjenige Bauteilzustand gewählt, bei dem eine Kraft (die Vorspannkraft) wirkt.

Im technischen Alltag wird bei einer Vorspannung von einer Vorspannkraft ausgegangen, die außen am Bauteil wirkt.

Beispiele für vorgespannte Bauteile sind

• Schrauben, die mehr als "per Hand" angezogen werden,
• eine Feder im Fahrwerk eines Fahrzeugs,
• eine Kugelschreiber-Feder,
• ..

Bei der Simulation der Vorspannung ist nicht nur das spannende Bauteil (die Schraube), sondern auch das verspannte Bauteil (der Flansch) zu simulieren, weil beide gemeinsam den Einbauzustand bestimmen (vergleiche auch das Verspannungsschaubild von vorgespannten Schrauben).

Tips und Tricks

Für eine numerische Simulation der Strukturmechanik mit Vorspannung muss zunächst eine Lösung durchgeführt werden, bei der die Steifigkeiten der Schraube und des verschraubten Bauteils berechnet werden (die Steifigkeiten entsprechen den Steigungen der Linien im Verspannungsschaubild). Aus diesen Steifigkeiten kann auf die Dehnungsänderung der Schraube geschlossen werden, die die vorgegebene Vorspannung hervorruft. Damit kann dann bei jeder folgenden Lösung dieser Lastanteil korrekt berücksichtigt werden.

Sonstige Begriffe

Wenn man kleine (infinitesimale) Ausschnitte des Materials im Sinn hat, dann werden Eigenspannungen betrachtet.