ANSYS Explizite Strukturmechanik

Neu eingeführt in ANSYS 12.0 ist ANSYS Explicit STR, das erste explizite Strukturmechanik-Produkt, das direkt in ANSYS Workbench integriert ist (Preprocessing, Solve, Postprocessing). Es basiert auf dem strukturmechanischen Teil (Lagrange-Teil) von ANSYS AUTODYN, welches den Anwendern hochdynamischer Berechnungen von Strukturen, Flüssigkeiten, Gasen und deren Interaktion bekannt ist. Bestehende, erfahrene ANSYS Workbench Anwender werden erleben, dass nur wenig Zusatzwissen nötig ist, um ANSYS Explicit STR zu nutzen.

Mit ANSYS Explicit STR lassen sich typische explizite Aufgabenstellungen wie z.B. hochgradig nichtlineare Probleme, Schockwellenausbreitung, Falltest-, Traglast und Versagensanalysen effizient lösen.

Mit AUTODYN erhält der Anwender ein Werkzeug an die Hand, dessen besondere Stärken in der Berechnung von Detonationen, Druckwellen, High Velocity Impact und anderen hochdynamischen Vorgängen, bei denen Festkörper, Flüssigkeiten und Gase miteinander interagieren, liegen. Neben einem Einsatz bei Entwicklungen von militärischen Systemen dient die Auslegung mit AUTODYN dem Erzielen von größtmöglicher Sicherheit, z.B. bei Fassaden, Glasscheiben und im Anlagenbau. So wurde AUTODYN u.a. bei der Planung des Deutschen Pavillons auf der Expo 2000 und des Solow Buildings in New York erfolgreich eingesetzt.

Die Hauptanwendungsgebiete von LS-DYNA liegen in der Simulation von Crash- sowie Metallumformvorgängen. In der Fahrzeugindustrie wird LS-DYNA außer für Gesamtfahrzeugcrashs intensiv für die detaillierte Berechnung sicherheitsrelevanter Komponenten, der aktiven und passiven Fahrzeugsicherheit sowie des Insassen- und Fußgängerschutzes eingesetzt. Die Simulation von Metallumformvorgängen ist eine weitere Domäne von LS-DYNA, wobei dies über den reinen Umformprozess hinausgeht und z.B. auch Falten oder Rissbildung, Rückverformung oder im Postprocessing Optimierungsansätze hinsichtlich der Oberflächeneigenschaften umfasst.

ANSYS Explizite Strukturmechanik stellt Ihnen folgende Analysearten zur Verfügung:

• Nichtlineare transient dynamische Analyse
• Mehrkörpersimulation (auch gekoppelt mit FEM)
• Nichtlineare Beul- und Stabilitätsanalyse

Große Deformation sowie das Versagen und Aufbrechen von Material benötigen spezielle Elementformulierungen, die über eine reine lagrangesche Betrachtungsweise hinaus gehen. ANSYS Explizite Strukturmechanik bietet hierzu sowohl ALE- und Euler-basiert Ansätze als auch netzfreie Verfahren zur Lösung dieser Problemklasse an. Weiterhin erlauben die netzfreien Methoden 'Element Free Galerkin (EFG)' und 'Smooth Particle Hydrodynamics (SPH)' die Berechnung von Materialseperation im Fall von hochdynamischen Lastfälle, z.B. Vogelschlag oder Schneidprozesse. 

Darüber hinaus stehen spezielle Elemente und Materialformulierung zur Abbildung des Versagens von Klebeverbindungen in Kombination mit Energiedissipation zur Verfügung:

• 1D: Masse, Feder, Stab, Balken
• 2D: Solid, Schale
• 3D: Solid, Solid-Schale
• Verbindungselemente: Kontakt, Gelenk, Klebeverbindung
• ALE/Euler
• Netzfreie Verfahren SPH und EFG

Über benutzer-definierte Schnittstellen können auch eigene Elemente implementiert werden.

Nichtlineares Materialverhalten tritt bei den typischen Anwendungsgebieten üblicherweise auf und muss zur realistischen Abbildung des Strukturverhaltens berücksichtigt werden.

ANSYS verfügt über eine Vielzahl nichtlinearer Materialklassen, mit denen verschiedene Effekte der Werkstoffe numerisch abzubilden sind:

• Hyperelastizität
• Plastizität
• Viskoelastizität
• Viskoplastizität
• Schädigungsmodelle
• Materialversagen und -löschung

Sollte ein Materialgesetz nicht verfügbar sein, können eigene Materialgesetze über benutzer-definierte Schnittstelle implementiert werden.

Ob Kontakt untereinander als auch mit sich selbst (Selbstkontakt), beides kann mit den in ANSYS explizit Strukturmechanik vorhandenen Kontaktformulierungen bearbeitet werden. Zusätzlich kann auch Kontakt bei Materialversagen und Elementlöschung infolge neuer Oberflächen berücksichtigt werden. Hierbei können die Kontakte Verklebungen mit/ohne Versagen darstellen als auch reibungsfrei oder reibungsbehaftet sein. Eine generelle Kontaktsituation, bei der im Vorfeld noch nicht bekannt ist wer mit wem kontaktiert, kann über eine Körperinteraktion schnell und einfach realisiert werden.