Spannungsanalysen

Belastungen verursachen Deformationen und damit Spannungen. Vereinfacht wird die Spannung als Quotient zwischen Kraft und Fläche definiert. Dieser einfache Zusammenhang ist jedoch nur für einfache Bauteilgeometrien durch den Konstrukteur anwendbar. Reale Bauteile dagegen haben in der Regel eine zu komplexe Geometrie und eine Finite-Elemente-Analyse ist erforderlich um die mehrachsigen Spannungszustände (Zug-/Druck- und Scherspannungen) zuverlässig zu ermitteln.

Die Ermittlung der Spannungen ist in der Regel nur der Anfang. Denn nicht nur Spannungen oberhalb der Material-Streckgrenze sind gefährlich. Auch Spannungen deutlich unterhalb der Streckgrenze können bei wechselnder oder schwellender Last gefährlich werden (Ermüdungsbruch).

Die Genauigkeit einer Spannungsanalyse hängt von mehreren Faktoren ab:

• Berücksichtigung aller relevanten Anbauteile (relevante Baugruppe)
• Realistische Berücksichtigung der Randbedingungen und Lasten (Auflagepunkte, Kräfte und Momente, Drücke, Temperaturlasten)
• Optimales FE-Netz vor allem an Kerben (Rundungsradien)

Die berechneten Spannungen fließen schließlich in einen FKM-Nachweis. Dabei wird die statische und dynamische Sicherheit gegenüber Bauteilversagen ermittelt. Lastkollektive können berücksichtigt werden. Bei nicht vorhandener Dauerfestigkeit kann die Betriebsfestigkeit abgeschätzt werden.