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8.1.3 Substrukturtechnik
Bei der Substrukturtechnik wird entweder das gesamte FE-Modell oder zumindest ein
Abschnitt davon in verschiedene Bereiche unterteilt, die vorab
”
kondensiert“ werden:
•
Da das letztendlich zu losende Gleichungssystem vergleichsweise klein ist (z.B. 10
7
statt 10
8
FHG), lassen sich
extrem große Strukturen
(ganze Schiffe) berechnen.
•
Die auch als
Superelemente
bezeichneten Substrukturen weisen, jeweils fur sich
betrachtet,
lineares Verhalten
(kleine Dehnungen) auf.
•
Einmal generiert, lassen sich Superelemente wie normale Finite Elemente fur jede
beliebige FE-Prozedur, also auch im Rahmen von
nichtlinearen Analysen
einsetzen:
-
Große Starrkorperverschiebungen und -rotationen von Superelementen.
-Kontakt
zwischen Superelementen und mit anderen Finiten Elementen.
-
Berucksichtigung von
Versteifungseffekten
durch Vorlast (Rotordynamik).
-
Falls das Berechnungsmodell noch weitere Finite Elemente umfasst, konnen fur
diese inelastische Stoffgesetze verwendet werden.
•
Externe Freiheitsgrade/Knoten
(retained nodes, freie/zuruckbehaltene Knoten):
-
Innerhalb einer Schnittflache befindliche
Verbindungs- oder Koppelknoten
.
-
Knoten mit Verschiebungsrandbedingungen ungleich null.
-
Das Ergebnis dynamischer Analysen lasst sich durch Einfuhrung zusatzlicher
Stutzstellen verbessern (insbesondere bei Guyan-Reduktion).
•
Kraftrandbedingungen
:
-
Fur jede Substruktur konnen (mussen) vorab ein oder auch mehrere Lastvek-
toren generiert werden.
-
Es lassen sich (vorsorglich) auch (Substruktur-)Lastfalle anlegen, die in der
spateren Analyse nicht benotigt werden.
-
Eine
nachtragliche Generierung von Lastfallen ist nicht moglich
.
-
Es besteht lediglich die Option, vorhandene Lastfalle zu skalieren und/oder zu
kombinieren.
•
Bei Bedarf nachtragliche
Wiederherstellung von eliminierten Freiheitsgraden
:Be-
rechnung von Verschiebungen, Spannungen usw. innerhalb einzelner Substrukturen.
•
Vergleichsweise hoher Vorbereitungsaufwand: Aufteilung in sinnvolle Bereiche, Vor-
abermittlung der Substrukturmatrizen (
kondensierte Matrizen
).
•
Fehleranfalligkeit: Koordinaten und
Reihenfolge der Knoten
mussen auf globaler
und Substruktur-Ebene identisch sein.
•
Modellanderung: Nur die betroffenen Substrukturmatrizen sind neu zu generieren.
•
Schachtelung
: Substrukturen konnen neben normalen Finiten Elementen ihrerseits
auch andere Substrukturen umfassen.
•
Je weniger externe FHG verwendet werden (bei kleinen Schnittflachen), desto großer
der Rechenzeitgewinn.
