Was ist eine Strukturanalysesoftware?
Strukturanalysesoftwares sind eine Reihe von Prozessen, bei denen die physikalischen Größen, die sich ändern, wenn Lasten auf die zu untersuchende Struktur einwirken, berechnet und auf der Grundlage der erhaltenen Berechnungsergebnisse bewertet und analysiert werden.
Zu den berechneten physikalischen Größen gehören Verformungen, innere Kräfte (Spannungen), Wärme und Schwingungsfrequenzen. Der Zweck der Strukturanalysesoftware ist es, das Risiko eines Versagens zu verringern, indem die Ergebnisse vorhergesagt werden, bevor die Struktur oder ein anderes Objekt, das Sie erstellen möchten, tatsächlich erstellt wird.
Sie gibt auch Hinweise darauf, wie man eine bessere Struktur herstellen kann. Strukturanalysesoftwares ermöglichen auch die Vorhersage der Ergebnisse von großen Strukturen, die nicht einfach getestet werden können.
Anwendungen von Strukturanalysesoftwares
Strukturanalysesoftwares werden häufig bei der Entwicklung und Herstellung von Automobilen, im Hoch- und Tiefbau, bei Produktionsstudien in der Metallverarbeitung und bei der Entwicklung von Gummiprodukten eingesetzt.
1. Automobile
Strukturanalysesoftwares sind eine unverzichtbare Technologie in der aktuellen Automobilentwicklung. Strukturanalysesoftwares werden für viele Komponenten eingesetzt, um die Fahrleistung zu verbessern, die Sicherheit zu gewährleisten, Energie zu sparen und die Kosten zu senken.
2. Architektur und Bauwesen
In der Architektur und im Bauwesen werden Strukturanalysesoftwares für die Festigkeit, die Erdbebensicherheit und den Windwiderstand verschiedener Gebäude sowie für die brandschutztechnische Auslegung eingesetzt. In der Architektur ist es fast unmöglich, Prototypen zu erstellen, wie es bei mechanischen Komponenten der Fall ist. Die Strukturanalysesoftwares müssen effektiv eingesetzt werden.
3. Metallbearbeitung
Die Metallbearbeitung umfasst die Kunststoffverarbeitung und das Stanzen. In der Vergangenheit wurden sehr schwierige Produkte von erfahrenen Arbeitern hergestellt. Heute ermöglicht der wirksame Einsatz von Strukturanalysesoftwares eine fortschrittlichere Fertigung und die Weitergabe von Kenntnissen.
4. Gummierzeugnisse
Gummierzeugnisse werden unter Belastung stark verformt und kommen während der Verformung mit anderen Erzeugnissen in Kontakt. In der Strukturanalysesoftware werden häufig nichtlineare Analysen durchgeführt.
Funktionsweise der Strukturanalysen
Die Strukturanalysesoftwares umfassen folgende Schritte: Zeichnen des Analyseobjekts, Schneiden des Netzes, Modellierung, Eingabe der physikalischen Größen, Analyse und Ausgabe.
1. Zeichnung des Messobjekts
Das Analyseobjekt wird mit CAD oder einer anderen Software gezeichnet. Hauptsächlich wird 3D-CAD verwendet. Wenn Sie CAD verwenden, sollten Sie prüfen, ob das Dateiformat des CAD mit der zu verwendenden Strukturanalysesoftware kompatibel ist.
2. Schneiden des Netzes
Das Analyseobjekt wird in ein Gitter, das sogenannte Mesh, zerlegt. Die Genauigkeit dieser Zerlegung wirkt sich auf die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Berechnung aus.
3. Modellierung
Das Analyseobjekt wird modelliert. Es ist gängige Praxis, die Grenzflächen jedes Netzes als Federn zu betrachten.
4. Eingabe der physikalischen Größen
Geben Sie den Elastizitätsmodul, die spezifische Wärme, den Ausdehnungskoeffizienten, die Dichte usw. des Analyseobjekts ein. Diese physikalischen Größen werden im Voraus gemessen, z. B. durch Experimente.
5. Analyse
Es gibt verschiedene Arten der Analyse: die statische Analyse auf der Grundlage des Hooke’schen Gesetzes, f=kx, und die dynamische Analyse auf der Grundlage der Newton’schen Bewegungsgleichung, F=ma.
Bei der dynamischen Analyse gibt es das Konzept der Zeit, und man kann zwischen der impliziten Analyse, die relativ einfach ist, und der expliziten Analyse, bei der komplexe lineare Gleichungen gleichzeitig gelöst werden, unterscheiden.
6. Ausgabe
Die meisten Strukturanalysesoftwares können die Ergebnisse der Analyse visualisieren. Die Visualisierung kann helfen, Verschiebungen und konzentrierte Kraftbereiche im analysierten Objekt zu finden.
Arten von Strukturanalysesoftwares
Es gibt verschiedene Arten von Strukturanalysesoftwares. Typische Beispiele sind:
1. Statische Analyse
Bei der statischen Analyse werden die Verformungen und Spannungen in einer Struktur berechnet, wenn Kräfte auf sie einwirken. Sie gibt Hinweise darauf, wie die Geometrie für die Art der Nutzung des Bauteils geeignet ist.
2. Eigenwertanalyse
Die Eigenwertanalyse berechnet die Eigenwerte eines Objekts. Ein Eigenwert ist die Frequenz, bei der eine Resonanz auftritt; ist der Eigenwert hoch, kann festgestellt werden, dass das Auftreten einer Resonanz unwahrscheinlich ist.
Bei der Lagerung von Präzisionsgeräten beeinträchtigen die Schwingungen deren Funktion, weshalb eine Eigenwertanalyse durchgeführt wird, um die Form so zu bestimmen, dass der Eigenwert möglichst hoch ist.
3. Analyse der Wärmeübertragung
Bei der Wärmeübergangsanalyse wird berechnet, wie die Wärmeverteilung eines Objekts aussehen wird. Durch die Berechnung der Temperaturverteilung einer Heizplatte kann beispielsweise die Temperaturgleichmäßigkeit vorhergesagt werden, was eine optimale Konstruktion ohne die Notwendigkeit der Herstellung von Teilen ermöglicht.
Weitere Informationen zur Strukturanalysesoftware
Wissenswertes über Strukturanalysesoftwares
Die Strukturanalysesoftwares verwenden spezielle Software, aber es gibt ein paar Punkte, die zu beachten sind, um Analyseergebnisse zu erhalten, die den tatsächlichen Bedingungen nahe kommen.
1. Wie erstellt man ein 3D-Modell?
Wenn das Modell exakt mit der tatsächlichen Geometrie übereinstimmt, kann es zu Fehlern bei der Netzverarbeitung kommen, oder die Analyse kann zu lange dauern, und die Analyseergebnisse werden möglicherweise nicht korrekt erzielt. Je nachdem, was analysiert werden soll, muss das Modell detailliert erstellt werden und die Teile, die weggelassen werden, müssen verwendet werden.
2. Analysebedingungen
Es gibt verschiedene Bedingungen, und wenn diese nicht richtig eingestellt sind, werden die Analyseergebnisse weit von den tatsächlichen Werten entfernt sein. Auch wenn die Analysesoftware hervorragend ist, können bei schlechten Modell- und Bedingungseinstellungen keine realitätsnahen Ergebnisse erzielt werden.
Es ist wichtig, Seminare von Analysesoftwarefirmen zu besuchen und Methoden zu verwenden, die zur Software passen. Wenn Experimente möglich sind, ist die Korrelation (Kollationsanalyse) ebenfalls eine wichtige Technik, um die Ergebnisse der Strukturanalysesoftwares mit den experimentellen Ergebnissen in Einklang zu bringen.