Kraftgesteuert
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Version vom 11. Oktober 2012, 12:21 Uhr
engl: force controlled Kategorie: Level 2 Theorie Mechanik
Eine kraftgesteuerte Randbedingung ist eine Last, die mit dem gegebenen Wert wirksam ist, ohne von anderen Größen abhängig zu sein.
Es ist eine Last, die unabhängig von der entstehenden Verschiebung ist.
Zu den typischen Belastungsanteilen, die kraftgesteuerte Beanspruchungen ergeben, gehören Gewichtslasten. Ein Beispiel dafür ist der Sockel eines Hauses, der das Gewicht des Hauses trägt.
Typisch für die kraftgesteuerte Randbedingung ist, dass bei einem Nachgeben des Bauteils (des Sockels beim Haus) die Last (das Gewicht des Hauses) ungeändert wirksam bleibt. Dafür sind deutliche Verschiebungen erkennbar.
Wenn sich das Material zeitabhängig verhält (visko..), dann gibt das Bauteil langsam der weiterhin wirkenden Last (bei der kraftgesteuerten Belastung) nach. Diese zeitlich zunehmende Verschiebung wird als Kriechen bezeichnet.
"Kraftgesteuert" klingt zwar so, als würde dies nur für Anwendungen der Strukturmechanik zutreffen. Prinzipiell sind die Anmerkungen hier aber ebenso anwendbar für andere physikalische Disziplinen. Ein kraftgesteuerter Fall liegt zum Beispiel bei einem stationären Temperaturfeld vor, wenn ein Wärmestrom in das Modell eingeleitet wird. Die Temperaturen (Freiheitsgrade) ergeben sich dann so, dass auf jeden Fall dieser Wärmestrom im Modell bis zum Gegen-Potential (Temperatur-Festhaltung) weitergeleitet wird, egal wie sich die Temperaturen einstellen.
Tips und Tricks
Eine numerische Simulation von nichtlinearen Aufgabenstellungen erreicht im allgemeinen schneller die Konvergenz, wenn die Randbedingungen weggesteuert sind.
Am Support-Telefon ist oft die Anfrage zu hören: „Ich habe eine strukturmechanische Berechnung mit Kontakt und es konvergiert nicht. Warum? Und was kann ich tun?“
Natürlich ist Kontaktsimulation trotz aller Automatismen eng mit einem vertieften Wissen um die technologischen Zusammenhänge verknüpt. Ein häufig auftretender Fall, der auch einfach zu lösen ist, ist Folgender: Lösung:
Gerade bei Baugruppen, wo zwischen einzelnen Parts Spalte vorhanden sind, bewirkt eine Kraftsteuerung, dass das Verschiebungsfeld nicht sauber bestimmt wird, weil sich vorher schon eine Starrkörperbewegung einstellt. Diese kann mit FEM nicht gerechnet werden. Man bekommt eine entsprechende Fehlermeldung, die etwa lautet: "Eine Lösungsgröße (die Verschiebung) hat einen sehr großen Wert überschritten." Oft konvergiert die Rechnung schon vorher nicht.
Eine der Möglichkeiten, diesem Problem der Starrkörperbewegung zu begegnen, besteht darin, die Bauteile mit weichen Federn festzuhalten, die die Systemsteifigkeit nicht nennenswert beeinflussen. Die Idee ist einfach und wird oftmals durch automatisierte Eingaben unterstützt. Wenn man die Federsteifigkeit dieser weichen Federn direkt eingeben kann, hat das einen entscheidenden Vorteil, denn aus dem Zusammenspiel von Pinball, Substep-Setting und den weichen Federn kann man sich im Grunde eine Einstellung überlegen, die die Starrkörperbewegung garantiert verhindern kann.
Andere Begriffe
Wenn eine Randbedingung nicht kraftgesteuert ist, ist sie meistens weggesteuert.
