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Lochscheibe unter einachsigem Zug

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Abbildung 14: Prinzipskizze einer Lochscheibe unter einachsiger Zugbelastung

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Abbildung 15: Verwendetes Gitter mit hängenden Knoten

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Abbildung 16: Ergebnisse der Verschiebung am Lochrand

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Abbildung 17: Vergleich der Spannungen aus analytischer und numerischer Berechnung

Zur weiteren Kontrolle ist ein Lastfall gerechnet worden, der einer analytischen Lösung zwar zugänglich ist, aber ein hochgradig nichtlineares Verhalten aufweist. Das ist die Lochscheibe unter einachsigem Zug, siehe Abb.14. Die analytische Lösung ist am einfachsten in Zylinderkoordinaten zu erhalten, siehe [15, 10]. Hierbei ist ebenfalls isotropes Material angenommen, was zu einer Spannungsüberhöhung an der Lochflanke um den Faktor 3 gegenüber der elementaren Belastung führt. Wie in den vorherigen Fällen ist hier genauso die Symmetrie ausgenutzt worden, um Rechenzeit zu sparen.
Eine weitere Eigenschaft des Programmes, nämlich die Berücksichtigung hängender Knoten, soll mit diesem Fall ebenfalls dokumentiert werden, siehe Abb.15.
Die resultierenden Verschiebungen erfüllen die Randbedingungen, siehe Abb.16, jedoch liegt die analytische Lösung nur für die Spannungen vor, so daß ein Vergleich der Spannungen analytischer und numerischer Rechnung notwendig ist, siehe Abb.17.
Die Übereinstimmung ist sehr gut. Bei einem Netz mit weniger Kontrollvolumen lassen sich ähnlich gute Ergebnisse erzeugen. Allerdings erfordert das hochgradig nichtlineare Verhalten der Spannungen in der Nähe des Lochrandes ein sehr feines Netz am Lochrand, um die Verschiebungen genauer wiederzugeben, die vom Feld auf den Rand linear oder konstant extrapoliert werden können. Da mit diesen Werten aber über die Verschiebungsableitungen, also die Verzerrungen, die Spannungen berechnet werden, darf dieser Einfluß nur sehr gering sein. Hiermit offenbart sich eine der wesentlichen Schwächen des Programmes, denn Rand- und somit auch Eckwerte der Verschiebungen werden nicht direkt berechnet, sondern aus dem Feld extrapoliert. Dies kann bei den Spannungen an Rändern oder Ecken zu verfälschten Ergebnissen führen, was unbedingt von Fall zu Fall beachtet werden muß. Eventuell werden sehr feine Gitter oder Approximationen höherer Ordnung, z.B. nach Art der deferred correction notwendig mit Werten aus einem vorherigen Iterationsschritt, um die Bandbreite der Koeffizientenmatrix nicht grossartig zu vergrößern.


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Ulf Bunge
Wed Jan 5 17:56:47 CET 2000