Weggesteuert

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engl: displacement controlled          Kategorie: Aa-leerbild.jpg Level 2 Theorie Mechanik


Eine weggesteuerte Randbedingung ist eine Randbedingung, die als vorgegebene Lagerung aufgebracht wird und die unabhängig von der entstehenden Kraft ist.

Zu den typischen Lastanteilen, die weggesteuerte Beanspruchungen ergeben, gehören Randbedingungen, die durch thermische Dehnungen entstehen.

Wenn sich das Material zeitabhängig verhält (visko..), dann gibt das Bauteil langsam der vorgegebenen Verschiebung (bei der weggesteuerten Belastung) nach. Diese zeitlich abnehmende Verspannung wird als Relaxation bezeichnet.

"Weggesteuert" klingt zwar so, als würde dies nur für Anwendungen der Strukturmechanik zutreffen. Prinzipiell sind die Anmerkungen hier aber ebenso anwendbar für andere physikalische Disziplinen und deren Freiheitsgrade. Ein weggesteuerter Fall liegt zum Beispiel bei einem stationären Temperaturfeld vor, wenn mehrere unterschiedliche Temperaturen (also Temperaturdifferenzen) im Modell vorgegeben werden. Die Simulation liefert dann die Verteilung der Temperaturen im Bauteil und die Wärmeströme. Die vorgegebenen Temperaturen sind zwingend im Ergebnis enthalten, egal wie sich die Wärmeströme einstellen.

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Technische Beispiele

Die hier nebenstehende Abbildung zeigt einen Verschluss, der heutzutage bei Bekleidung, Rucksäcken oder anderer Ausrüstung vielfach verwendet wird. Wenn dieser Verschluss geschlossen wird, dann werden die Zungen des Verschlusses zusammen gebogen, bis sie durch die Engstelle des Gegenstückes hindurchpassen. Diese Verformung ist nur von den Abmessungen der Engstelle abhängig. Die Verformung ist unabhängig von der Kraft, mit der der Verschluss eingeschoben wird. Damit ist dieser Fall als ein weggesteuerter Belastungsfall zu bezeichnen.

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Eine andere typische Anordnung mit einer weggesteuerten Randbedingung und Beanspruchung ist ein Felsen mit Rissen, in die Wasser eingedrungen ist und der gesprengt wird, wenn dieses Wasser bei Kälte friert und sich ausdehnt. Es treten enorme Kräfte auf, aber sobald der Felsen etwas nachgibt (Verschiebung), verschwinden die Kräfte, ohne dass nennenswerte Verschiebungen erkennbar sind.

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Ein weiteres Beispiel für eine weggesteuerte Randbedingung ist die Vorspannung einer Schwellenfeder. Diese Befestigungsteile für Eisenbahn-Schienen sind aus dickem Draht gebogen. Bei der Montage wird die Schwellenschraube auf Anschlag angezogen und dabei vorgespannt. Diese Vorspannung sorgt für den Kraftschluss bei der Befestigung der Schiene auf der Schwelle. Typisch für die weggesteuerte Randbedingung ist, dass bei einem Nachgeben des Bauteils (der Schwellenfeder) die Randbedingung (die Kraftwirkung) verschwindet, ohne dass Verschiebungen erkennbar sind.

Tips und Tricks

Eine numerische Simulation von nichtlinearen Aufgabenstellungen erreicht im allgemeinen schneller die Konvergenz, wenn die Randbedingungen weggesteuert sind.

Sonstige Begriffe

Wenn eine Randbedingung nicht weggesteuert ist, ist sie meistens kraftgesteuert.

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