Nichtlineare Analysen

Durchführen von nichtlinearen Analysen, wie Dehnungen, Materialverhalten und Kontakten

Horizontal spacer

Alle physischen Prozesse sind bis zu einem gewissen Grad nichtlinear. Wenn Sie zum Beispiel ein Gummiband dehnen, wird es mit zunehmender Ausdehnung immer schwieriger, es auseinanderzuziehen. Wenn Sie eine Büroklammer verbiegen, entsteht eine permanente Verformung. Alltägliche Fälle wie diese zeigen entweder starke Verformungen und/oder ein unelastisches Materialverhalten. Dieses nichtlineare Verhalten muss in der Konstruktion berücksichtigt werden, sonst treten bei den späteren Produkten Fehler oder Sicherheitsprobleme auf. Diese Probleme verursachen hohe Kosten, da Änderungen der Konstruktion in einer späten Phase der Entwicklung nur mit hohem Aufwand zu beheben sind.

Nichtlineares Verhalten kann durch verschiedene Eigenschaften oder Einwirkungen verursacht werden. Dazu gehören beispielsweise starke Verformungen und Dehnungen, Materialverhalten, Kontakte oder andere Nichtlinearitäten von Randbedingungen. In der Praxis treten diese Nichtlinearitäten bei vielen Strukturen kombiniert auf. MSC Software bietet Lösungen, mit denen Sie alle möglichen Nichtlinearitäten von Systemen genau und effizient simulieren können.

Zu den Stärken von MSC Software im Bereich nichtlinearer Analysen gehört die Klärung folgender Phänomene:
Twisting of a beam


Bending of a plate stiffened
with beams
 

Strukturen werden als geometrisch nichtlinear bezeichnet, wenn deren Steifigkeit von der Verschiebung abhängt, der sie ausgesetzt sind. Die geometrische Nichtlinearität erklärt Phänomene wie die Versteifung einer belasteten eingespannten Platte und das Beul- oder Brechverhalten schlanker Strukturen oder Komponenten. Ohne Berücksichtigung dieser geometrischen Wirkungen kann das realistische strukturmechanische Verhalten in einer Simulation eventuell nicht vorhergesagt werden.

Sheet drawing


Orthodontic archwire made of
Nitinol shape memory alloy
 

Die Nichtlinearität von Materialien bezieht sich auf die Fähigkeit, ein nichtlineares Spannungs-Dehnungs-Verhalten zu zeigen. Elastoplastisches und hyperelastisches Verhalten oder Stauchung und Rissbildung sind gute Beispiele. Hierzu gehören auch temperatur- und zeitabhängige Wirkungen wie Viskoelastizität oder Viskoplastizität (Kriechdehnung). Die Nichtlinearität von Materialien ist häufig, jedoch nicht immer durch eine allmähliche Schwächung des statischen Verhaltens gekennzeichnet. Diese Schwächung tritt aufgrund einer inneren Zersetzung auf, wenn die angewendete Kraft zunimmt.

Friction clutch


Cylinder head joint and gasket
 

Betrachtet man hoch flexible Komponenten oder strukturmechanische, aus vielen Komponenten bestehende Baugruppen, kann eine zunehmende Verschiebung den Eigenkontakt oder den Kontakt von Komponenten untereinander zur Folge haben. Daraus ergibt sich eine spezielle Klasse geometrisch nichtlinearer Effekte, die zusammengefasst als Nichtlinearität von Randbedingungen oder Kontaktnichtlinearität bezeichnet werden. Bei einer Nichtlinearität von Randbedingungen kann sich die Steifigkeit der Struktur oder Baugruppe beträchtlich ändern, wenn zwei oder mehr Teile einander berühren oder sich ursprünglich berührende Teile getrennt werden. Beispiele hierfür sind Schraubverbindungen, Zahnräder und verschiedene Arten von Dicht- oder Schließmechanismen.


MSC Software wird für viele Arten der nichtlinearen Berechnung eingesetzt:
  • Verschiebungs- & Dehnungsanalyse
  • Analyse des Nachbeulverhaltens
  • Plastizität & Viskoplastizität
  • Kriech-und Lastentspannung
  • Nichtlineare Elastizität
  • Formgedächtnislegierung
  • Pulvermetallurgie
  • Hyperelastizität
  • Thermische Variationen & Materialeigenschaften
  • Elektrisch-thermische-strukturmechanische Kopplung
 
  • Herstellungsverfahren wie Verformung, Extrusion, Schweißen und Härtung
  • Modellierung von Bolzen
  • Materialschaden
  • Bruchausbreitung & Risswachstum
  • Materialverschleiß
  • Pyrolyse & Abrieb
  • Multiphysik
  • 3D Kontakt mit großer Relativverschiebung
  • Reibungsanalyse
  • Automatische Neuvernetzung
Industrielle Anwendungen:
  • Luft- und Raumfahrt: Fahrgestelle, Flügelstrukturen, Rümpfe, Dichtungen und Schläuche, Blechumformung
  • Fahrzeugtechnik: Antriebsstrang, Reifen, Dichtungen, Abgasanlagen, Bremsen, Aufhängung, Zahnradkontakt
  • Elektronik: Löten, Schweißen, Falltests, Abdichten, Schalter und Stecker
  • Energie: Rotorblätter, Versagen von Rotorblättern aus Verbundwerkstoffen, Getriebe, Verdichtungsanlagen, Bohrlochschieber, Dichtungen, Rohre und Gehäuse, Schweißkonstruktionen, Bohrer
  • Schwermaschinen / Maschinenbau: Getriebe, Lenkungsgabelköpfe, Riemen, Schläuche, Metallumformung, Schlauchpressen, Drahtcrimpen, Aushärten, Schweißen, Extrudieren
  • Medizintechnik: Stents, Katheter, Schrittmacher, Zahn- und Knieimplantate, Prothesen, Muskel und Gewebe, Klinikausrüstung wie Betten, Rollstühle
  • Schienenbau: Untersuchung der Kippstabilität, strukturmechanische Komponenten, Schweißen, Gelenke und Kupplungen
  • Schiffbau: Strukturanalyse, Nietungen, Schrauben, Schweißen, Abdichten
MSC Software Produkte: 

Digimat

Nichtlineare, multiskalare Material- & Strukturmodellierung

Dytran

Explizite Dynamik & Fluid-Struktur-Kopplung

FEA, AFEA & TFEA

Lineare, nichtlineare & thermische Analysepakete für den Desktop

Marc

Erweiterte nichtlineare Simulationen

MSC Nastran

Multidisziplinäre FEA-Lösung

MSC Nastran Desktop

Multidisziplinäre Simulationslösung für den Desktop

Patran

Pre- & Postprozessor für CAE-Modellierung

SimDesigner

CAD-integrierte Simulation

SimXpert

Integrierte Simulationsumgebung
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