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Beulen, Knicken, Durchschlagen – Stabilität schlanker Strukturen

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​Bei dünnwandigen Strukturen spielt der Stabilitätsnachweis hinsichtlich des Trag- und Verformungsverhaltens eine zentrale Rolle. Im Rahmen der FE-Simulation mit ANSYS stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, um die mechanische Stabilität zu untersuchen. 

Mit linearen Stabilitätsanalysen (Eigenwertbeulen) werden Verzweigungslasten und Beuleigenformen ermittelt, wobei mit ANSYS auch nichtlineare Vorspannzustände berücksichtigt und damit „begleitend“ zu nichtlinearen Analysen die Verzweigungspunkte identifiziert werden können.

Mit nichtlinearen Beulanalysen kann, unter Berücksichtigung geometrischer und materieller Nichtlinearitäten sowie geometrischer Imperfektionen, das genaue Lastverformungsverhalten und damit auch die Traglast ermittelt werden.

ZIELGRUPPE

Dieses Seminar richtet sich an alle Ingenieure, die mit der Auslegung dünnwandigen Strukturen betraut sind, beispielsweise von Tragstrukturen im Stahl- und Anlagenbau, von Haushaltsgeräten oder aber auch von Schnappscheiben in Schaltern und sonstigen Force Feedback-Elementen.

IHR NUTZEN

In diesem Seminar vermitteln wir Ihnen die nötigen Grundlagen, die für eine sichere Analyse linearer und nichtlinearer Stabilitätsaufgaben mit ANSYS notwendig sind. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf beulgefährdeten metallischen Strukturen, wobei die Seminarinhalte auch für andere Stabilitätsphänomene (beispielsweise Knicken, Drillknicken, Biegedrillknicken) und andere Werkstoffe anwendbar sind.

Agenda

Tag 1

M1: Stabilitätsanalysen mit ANSYS Mechanical

  • ​Verzweigungsprobleme
  • Durchschlagphänomene (Snap-Through- und Snap-Back-Verhalten)
  • Kraftsteuerung vs. Wegsteuerung vs. Bogenlängenverfahren
  • Grundlagen der nichtlinearen Strukturmechanik
  • Übung: Einführungsbeispiel

M2: Analyseeinstellungen für nichtlineare Analysen mit ANSYS Mechanical

  • ​Zeitschrittsteuerung
  • Zur Wahl des Solvers
  • Nutzung der Restart Optionen
  • Konvergenzkriterien & Stabilisierung
  • Visualisierung der Newton-Raphson Residuen

M3: Eigenwertbeulen linearer Strukturen

  • Voraussetzungen zum Eigenwertbeulen linearer Strukturen
  • Ergebnisauswertung und -interpretation
  • Übung: Eigenwertanalysen einer Quadratplatte mit Netzstudie
  • Übung: Eigenwertanalysen einer zusammengesetzten Kegelschale

M4: Eigenwertbeulen nichtlinearer Strukturen

  • ​Voraussetzungen zum Eigenwertbeulen nichtlinearer Strukturen
  • Linearisierung nichtlinearer Modelle (Geometrie, Kontakt & Material)
  • Ergebnisauswertung und -interpretation
  • Identifikation von Verzweigungspunkten mittels begleitender Eigenwertanalysen
  • Übung: Eigenwertanalyse einer zusammengesetzten Kegelschale - geometrische Nichtlinearität
  • Übung: Eigenwertanalyse eines Auflagerdetails - Kontaktnichtlinearität

Tag 2

M5: Erstellung und Analyse imperfekter Modelle

  • ​Hinweise zum Einfluss von Imperfektionen
  • Wahl geeigneter Imperfektionen
  • Erstellung eigen- bzw. lastformaffiner Vorverformungen
  • Erstellung „beliebiger“ Imperfektionen
  • Übung: Geometrische Ersatzimperfektionen über die Benutzeroberfläche und mittels Scripting

M6: Nichtlineare Beulanalysen - Teil I

  • ​Einführung in die Metallplastizität
  • Geometrisch materiell nichtlinearen Analysen imperfekter Strukturen (GMNIA)
  • Übung: Nichtlineare Beulanalyse einer Platte unter Längsdruck - Einfluss  Imperfektionen/Randbedingungen

M7: Nichtlineare Beulanalysen – Teil II

  • ​Anwendung des Bogenlängenverfahrens in der Workbench
  • Auswertung nichtlinearer Beulanalysen
  • Übung: Nichtlineare Beulanalyse einer dünnwandigen Kastenstütze - Plattenbeulen/Stabknicken

M8: Ausblick auf weitere Themen zur Stabilitätsanalyse

  • ​Eigenwertbeulen mit thermischen Lasten
  • Analogien zwischen Eigenwertbeulen und Modalanalyse
  • Identifikation von Verzweigungspunkten mittels Zero Pivots
  • Stabilitätsanalysen & Symmetrie
  • Eigenwertbeulen nichtkonvergierter Systeme

ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN