{"id":16243,"date":"2024-04-16T16:22:31","date_gmt":"2024-04-16T14:22:31","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/?post_type=glossar&p=16243"},"modified":"2024-04-18T15:11:37","modified_gmt":"2024-04-18T13:11:37","slug":"strukturanalyse","status":"publish","type":"glossar","link":"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/glossar\/strukturanalyse\/","title":{"rendered":"Strukturanalyse"},"content":{"rendered":"\n

Strukturanalyse<\/h1>\n\n\n\n

Was ist eine Strukturanalyse?<\/h2>\n\n\n\n

Die Strukturanalyse<\/strong> ist ein entscheidender Begriff im Bereich des Ingenieurwesens und der Materialwissenschaften. Sie bezieht sich auf die systematische Untersuchung und Bewertung der Verhaltensweise von Strukturen unter verschiedenen Belastungen, um ihre Integrit\u00e4t, Sicherheit und Leistungsf\u00e4higkeit zu bewerten. Diese Analysetechnik spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung, Konstruktion und Wartung von vielf\u00e4ltigen Strukturen, von Geb\u00e4uden \u00fcber Br\u00fccken bis hin zu Flugzeugen.<\/p>\n\n\n\n

Grundlagen<\/h2>\n\n\n\n

Die Strukturanalyse basiert auf der Anwendung von physikalischen Prinzipien, Ingenieurmathematik und Computersimulationen. Sie erm\u00f6glicht die Vorhersage von Verformungen, Spannungen, Belastungen und anderen mechanischen Reaktionen, die auf eine Struktur einwirken. Ziel ist es, das Verhalten der Struktur unter verschiedenen Bedingungen zu verstehen und sicherzustellen, dass sie den Anforderungen der realen Welt standh\u00e4lt.<\/p>\n\n\n\n

Arten der Strukturanalyse<\/h2>\n\n\n\n

Statische Analyse:<\/strong> Bei der statischen Strukturanalyse werden die Auswirkungen von konstanten oder langsam ver\u00e4nderlichen Belastungen auf eine Struktur untersucht. Sie umfasst die Analyse von Spannungen, Verformungen und Verschiebungen.<\/p>\n\n\n\n

Dynamische Analyse:<\/strong> Die dynamische Strukturanalyse befasst sich mit den Reaktionen einer Struktur auf wechselnde oder impulsartige Belastungen. Hierzu geh\u00f6ren Vibrationen, Sto\u00dfbelastungen und seismische Aktivit\u00e4ten.<\/p>\n\n\n\n

Erm\u00fcdungsanalyse:<\/strong> Diese Analyse besch\u00e4ftigt sich mit dem Verhalten von Strukturen unter wiederholter Belastung \u00fcber einen l\u00e4ngeren Zeitraum. Sie ist wichtig, um das Erm\u00fcdungsverhalten von Materialien zu verstehen und Lebensdauerprognosen f\u00fcr Bauteile zu treffen.<\/p>\n\n\n\n

Nichtlineare Analyse:<\/strong> In der nichtlinearen Strukturanalyse werden nichtlineare Materialverhalten, gro\u00dfe Verformungen und Instabilit\u00e4ten ber\u00fccksichtigt, die bei hoher Belastung auftreten k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Anwendungen:<\/strong> Die Strukturanalyse findet in verschiedenen Industriezweigen Anwendung:<\/p>\n\n\n\n

Bauwesen:<\/strong> In der Bauindustrie wird die Strukturanalyse verwendet, um die Stabilit\u00e4t von Geb\u00e4uden, Br\u00fccken und anderen Infrastrukturanlagen zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n\n\n\n

Luft- und Raumfahrt:<\/strong> Bei Flugzeugen und Raumfahrzeugen wird die Strukturanalyse genutzt, um aerodynamische Stabilit\u00e4t, Festigkeit und Leichtbauweise zu optimieren.<\/p>\n\n\n\n

Automobilindustrie:<\/strong> In der Automobilbranche wird die Strukturanalyse eingesetzt, um Fahrzeugsicherheit, Crashverhalten und Strukturintegrit\u00e4t zu verbessern.<\/p>\n\n\n\n

Energieerzeugung:<\/strong> Bei Energieanlagen wie Kernkraftwerken und Windturbinen hilft die Strukturanalyse, Betriebssicherheit und Langlebigkeit zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n\n\n\n

Strukturanalyse mittels FEM<\/h2>\n\n\n\n

Die Strukturanalyse mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) ist eine numerische Technik zur Untersuchung des Verhaltens von Strukturen unter verschiedenen Belastungen. Die FEM zerlegt eine komplexe Struktur in kleinere, einfacher zu handhabende Teile (Finite Elemente), die durch mathematische Gleichungen beschrieben werden. Diese Methode erm\u00f6glicht die Vorhersage von Spannungen, Verformungen, Verschiebungen und anderen physikalischen Reaktionen, die auf eine Struktur einwirken.<\/p>\n\n\n\n

Ablauf der Strukturanalyse mittels FEM<\/h3>\n\n\n\n

Geometriemodell:<\/strong> Die Struktur wird mithilfe eines geometrischen Modells repr\u00e4sentiert, das aus Linien, Fl\u00e4chen oder Volumen besteht. Dieses Modell dient als Grundlage f\u00fcr die Berechnungen.<\/p>\n\n\n\n

Diskretisierung:<\/strong> Die Struktur wird in kleinere Elemente unterteilt, die als Finite Elemente bezeichnet werden. Diese Elemente k\u00f6nnen geometrische Formen wie Dreiecke oder Quadrate in 2D oder Tetraeder oder Hexaeder in 3D sein.<\/p>\n\n\n\n

Materialverhalten:<\/strong> F\u00fcr jedes Element werden Materialeigenschaften wie Elastizit\u00e4tsmodul, Poisson-Verh\u00e4ltnis und Dichte definiert. Diese Eigenschaften beeinflussen das Verhalten des Materials unter Belastung.<\/p>\n\n\n\n

Randbedingungen:<\/strong> An den R\u00e4ndern der Struktur werden Randbedingungen festgelegt, die das Verhalten der Struktur einschr\u00e4nken. Diese k\u00f6nnen Verschiebungen, Festlegungen oder angewandte Kr\u00e4fte sein.<\/p>\n\n\n\n

Formulierung der Gleichungen:<\/strong> F\u00fcr jedes Finite Element werden Gleichungen basierend auf den Material- und Geometrieeigenschaften abgeleitet. Diese Gleichungen beschreiben das Verhalten des Elements unter Belastung.<\/p>\n\n\n\n

Assemblierung:<\/strong> Die einzelnen Gleichungen der Finite Elemente werden zu einem Gesamtsystem von Gleichungen zusammengesetzt, das die gesamte Struktur umfasst.<\/p>\n\n\n\n

L\u00f6sung:<\/strong> Das Gleichungssystem wird numerisch gel\u00f6st, um die Verschiebungen, Verformungen und Spannungen in der Struktur zu berechnen.<\/p>\n\n\n\n

Auswertung:<\/strong> Die berechneten Ergebnisse werden analysiert, um die Integrit\u00e4t und Leistungsf\u00e4higkeit der Struktur zu beurteilen. Dies kann die \u00dcberpr\u00fcfung auf kritische Spannungen, Verformungen oder Erm\u00fcdungserscheinungen beinhalten.<\/p>\n\n\n\n

Vorteile der FEM-Strukturanalyse:<\/strong><\/p>\n\n\n\n