Simulation Brücke dynamische Spannungsanalyse

Die Simulation einer Brücke mit dynamischer Spannungsanalyse kann mit NOGRID points CFD Software durchgeführt werden. Die Brücke in diesem Artikel ist als linear elastisches Material modelliert und es gilt das Hookesche Gesetz. Die Berechnung beginnt mit einer in der CAD-Software erstellten Anfangsgeometrie. Durch ihr Eigengewicht beginnt sich die Brücke zu verformen.
Da die Verformungen groß sind, können die Bewegung und die Beschleunigung der Brücke im Vergleich zur (infinitesimalen) Festkörperstatik nicht vernachlässigt werden. Hier gelten also die Newtonschen Gesetze und die auf einen Körper ausgeübte Kraft erzeugt eine proportionale Beschleunigung und natürlich ist eine zeitabhängige Betrachtung erforderlich.
Auch wenn wir in dieser Fallstudie ein linear elastisches Material verwendet haben, kann die NOGRID-Software auch viskoelastische Materialien berechnen. Im Gegensatz zu rein elastischen Körpern hat ein viskoelastisches Material einen elastischen und einen viskosen Anteil. Die Viskosität eines viskoelastischen Materials verleiht dem Körper eine Dehnungsratenabhängigkeit von der Zeit. Rein elastische Materialien dissipieren keine Energie, wenn eine Belastung aufgebracht und dann entfernt wird. Ein viskoelastisches Material dissipiert jedoch Energie, wenn eine Last aufgebracht und dann entfernt wird. Das viskoelastische Verhalten hat elastische und viskose Komponenten, die als lineare Kombinationen von Federn bzw. Dämpfern modelliert sind. Jedes Modell unterscheidet sich in der Anordnung dieser Elemente. Die elastischen Komponenten können als Federn mit der elastischen Konstante E modelliert werden, wenn die Formel gegeben ist:

σ = Eε

wobei σ die Spannung ist, E der Elastizitätsmodul des Materials ist und ε die Dehnung ist, die unter der gegebenen Spannung auftritt, ähnlich dem Hookeschen Gesetz. Die viskosen Komponenten können als Dämpfer modelliert werden, so dass die Beziehung zwischen Spannungs- und Dehnungsrate wie folgt angegeben werden kann:

σ = η dε/dt

wobei σ die Spannung ist, η die Viskosität des Materials ist und dε/dt die zeitliche Ableitung der Dehnung ist.

Abb. 1: CAD-Geometrie und CAD-Gruppen erstellt in NOGRIDs COMPASS

Abb. 2: Aufsetzen der Spannungsanalyse für die Brücke

Abb. 3: Ergebnissansicht der Spannungsanalyse für die Brücke

Abb. 4: Animation der Schwingung der Brücke, nachdem sie sich unter dem Eigengewicht verformt hat

Das implementierte Maxwell-Modell kann durch einen rein viskosen Dämpfer und eine rein elastische Feder in Reihenschaltung dargestellt werden. Bei diesem Modell bauen sich die Spannungen allmählich ab, wenn das Material einer konstanten Belastung ausgesetzt wird. Wenn ein Material einer konstanten Belastung ausgesetzt wird, hat die Dehnung zwei Komponenten. Erstens tritt sofort eine elastische Komponente auf, die der Feder entspricht, und entspannt sich sofort nach dem Lösen der Spannung. Die zweite ist eine viskose Komponente, die mit der Zeit wächst, solange die Spannung angelegt wird.

Das implementierte Kelvin-Voigt-Modell besteht aus einem Newtonschen Dämpfer und einer elastischen Hookeschen Feder, die parallel geschaltet sind. Dieses Modell stellt einen Festkörper dar, der einer reversiblen, viskoelastischen Dehnung ausgesetzt ist. Bei Anwendung einer konstanten Spannung verformt sich das Material mit abnehmender Geschwindigkeit und nähert sich asymptotisch der stationären Dehnung. Wenn die Spannung gelöst wird, entspannt sich das Material allmählich in seinen unverformten Zustand. Ohne viskose Spannung (η=0) ist das Material voll elastisch und es gilt nur das Hookesche Gesetz.

Darüber hinaus ist auch das Verallgemeinerte Maxwell-Modell, auch als Wiechert-Modell bekannt, implementiert und es ist die allgemeinste Form des linearen Modells für Viskoelastizität. Dabei wird berücksichtigt, dass die Entspannung nicht zu einem einzigen Zeitpunkt erfolgt, sondern sich zeitlich verteilt. Das Verallgemeinerte Maxwell-Modell besteht aus einem oder mehreren Maxwell-Elementen (viskoser Dämpfer und elastische Feder in Reihe geschaltet), einem optionalen rein viskosen und einem optionalen rein elastischen Element, die alle parallel montiert sind. Eine besondere Ableitung des in der NOGRID-Software implementierten verallgemeinerten Maxwell-Modells ist das Tool-Narayanaswamy-Moynihan-Modell.

NOGRID points kann für die Gestaltung und Problemlösung aller Arten von stressbezogenen Aufgaben verwendet werden. NOGRID vereint Fähigkeiten zur Handhabung von Spannungsberechnungen für große Verformungen und für viele viskoelastische Materialien und ermöglicht die Simulation aller denkbaren Geometrien und Betriebsmodi wie z.B.:

  • Berechnung ist in voll 3D und viele viskoelastische Materialien können berechnet werden
  • Einfache und intuitive Bedienung sowohl beim Aufsetzen als auch bei der Auswertung der Ergebnisse
  • Frei definierbare Materialeigenschaften durch User Gleichungen oder Kurven
  • Beliebige Bauteilgeometrien
  • Alle viskoelastischen Modelle können mit bewegten Wänden kombiniert werden
  • FSI und SSI Aufgabenstellungen lassen sich beliebig kombinieren
  • Bewegte Wände oder Einlässe für FSI Aufgaben

 

Stärken der Nogrid Software

Unsere Stärke ist das schnelle Preprocessing, da unsere Software auf einer gitterfreien Methode basiert - es muss kein Netz für das Fluidvolumen in 3D oder für die Fluidfläche in 2D generiert werden. Dies führt zu einer besonders kurzen Modellierungszeit (auch für komplizierte Modelle), so dass Sie im Vergleich zu gitterbasierten CFD-Softwareprodukten viel Zeit sparen können. Die gitterfreie Methode ist stark bei der Berechnung von bewegten Teilen oder bei der Berechnung von komplexen freien Oberflächen.
Wie Sie im Bild unten sehen können, benötigt man für die Ränder der Geometrie nach wie vor ein Netz, damit die inneren finiten Punkte den Rand detektieren können. Die Ränder müssen also vernetzt werden und die finiten Volumenpunkte im Inneren werden während der Simulation automatisch generiert.
Easy Modelling with NOGRID CFD Software

Einfache und schnelle Modellierung: Geometrie erzeugen und Ränder vernetzen, Fall aufsetzen und Simulation starten

Was kann die NOGRID Strömungssimulationssoftware für Sie tun?

 

Verlässliche industrielle Prozesse sprechen für sich und sind verantwortlich für den Erfolg eines Unternehmens. Für viele Prozesse spielt das Strömungsverhalten des Fluids eine wichtige Rolle für den Erfolg. Da industrielle Designs oft sehr komplex sind, gibt es verschiedene Faktoren, die in Fluidströmungs-Anwendungen wichtig sein können. Durch eine CFD-Simulation mit einer professionellen Software können Sie Ihre Prozesse simulieren und relevante Parameter berücksichtigen: Die Anwendung von NOGRIDs numerischer Strömungssimulationssoftware ermöglicht es Ihnen, die Fluidströmung, den Wärme- und Massenübergang sowie eventuell stattfindende chemische Reaktionen zu berechnen und vorherzusagen, zu analysieren und zu bewerten und gibt Ihnen die Möglichkeit, Ihre Prozesse zu optimieren. Die Simulation bildet also eine Basis für bessere Design-Entscheidungen.
Die Strömungssimulationssoftware von NOGRID ist ein gitterfreies Tool mit erstaunlicher Flexibilität, Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Robustheit. Die Software liefert qualitativ hochwertige Ergebnisse für ein weites Feld von Fluidströmungs-Anwendungen.

 

Warum sollten Sie sich für NOGRID Strömungssimulationssoftware entscheiden?

 

Zusätzlich zum Experiment bzw. zu Produktionsversuchen hilft die NOGRID Strömungssimulationssoftware die Bewertung für Ihre Designs zu verbessern und die Entwicklungsgeschwindigkeit Ihres industriellen Prozesses zu steigern.

Zu lernen, wie sich die Fluidströmung verhalten wird und wie sicher industrielle Prozesse oder Prozessschritte funktionieren, lässt Ihr Wissen von Simulation zu Simulation wachsen. Sie bekommen ein besseres Verständnis für Ihre Prozesse, was wiederum zu enormen Einsparungen von Herstellungskosten und - zeit und gleichzeitig zu einem Endprodukt von hoher Qualität führt. Durch Simulation erhalten Sie bessere Konstruktions- und Betriebsparameter, eine deutlich bessere Dokumentation Ihres Entwicklungsprozesses,  steigende Planungssicherheit und Sie sparen Zeit und Geld dadurch, dass Sie Ihr Produkt schneller auf den Markt bringen können.

 

Training

 

In unserem zwei-Tage Trainingskurs werden Sie lernen, wie man die NOGRID CFD/CAE Software effizient einsetzt. Unser technischer Support hat Erfahrungen in vielen Disziplinen und kann Ihnen zeigen, wie man schwierige Fälle bewertet, behandelt und löst.

Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Trainingskurse →

 

Technischer Support

 

Wir bieten den kompletten technischen Software Support an. Von der ersten Minute an, ab der Sie die Software nutzen, können Sie uns über Telefon oder E-Mail erreichen. Schreiben Sie uns, wir sind Ihnen gerne behilflich.

Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Software Support

 

Service

 

Oft sind Zeit und Ressourcen knapp bemessen, so dass die Vergabe von Simulationsaufgaben eine attraktive Möglichkeit sein kann, um schnell und kostengünstig anstehende Aufgaben zu bearbeiten. Basierend auf unserem Know-how können wir eine Fülle von Serviceleistungen auf dem Gebiet der Simulation von Strömungen anbieten.
Wir modellieren und entwickeln für Sie. Sie brauchen hierfür keine NOGRID-Software Lizenz zu kaufen. Wir bieten Ihnen einen individuellen Berechnungsservice für Ihre Verfahren und Prozesse an, der genau auf Ihre Wünsche zugeschnitten ist.

Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Simulation Services →

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info@nogrid.com

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