Lasten & Druckflächen
Wie Kräfte, Drücke und Schwerkraft in der FEM aufgebracht werden und wo Fehler passieren.
Lasten sind die äußeren Kräfte, die auf die Struktur wirken. Der Solver verteilt sie über das Netz und berechnet das resultierende Spannungs- und Verformungsfeld.
Lasttypen in Dr.Q
Kraft (knoten- oder flächenbezogen)
Eine konzentrierte Kraft, die auf eine Fläche, Kante oder einen Punkt aufgebracht wird. Dr.Q verteilt die Gesamtkraft gleichmäßig auf alle Knoten der Auswahl.
- Flächenkraft: am häufigsten, modelliert eine Klemmbacke, einen Kontaktbereich, eine Handlast
- Punktkraft: auf einen einzelnen Knoten aufgebracht, erzeugt eine Spannungssingularität (künstliche Spitze), möglichst vermeiden
Druck
Eine flächenverteilte Last, die immer senkrecht zur Fläche wirkt. Positiver Druck wirkt einwärts, negativer Druck (Sog) wirkt auswärts.
Druck ist die richtige Wahl, wenn die Intensität bekannt ist (z. B. 10 bar Innendruck in einem Behälter). Kraft ist die richtige Wahl, wenn die Gesamtlast bekannt ist (z. B. 500 N Schraubenvorspannung).
Druck skaliert automatisch mit der Elementfläche. Wenn Sie feiner vernetzen, bleibt die Gesamtkraft gleich. Bei knotenbezogenen Kräften müssten Sie die Last manuell neu aufbringen.
Schwerkraft / Eigengewicht
Bringt eine Volumenkraft auf das gesamte Modell auf, basierend auf Materialdichte und Erdbeschleunigung (9,81 m/s²). Setzt voraus, dass die Dichte in den Werkstoffeigenschaften definiert ist.
Vergessen Sie das Eigengewicht bei schweren Strukturen oder wenn statische Gleichgewichtsprüfungen wichtig sind, nicht.
Lagerkraft
Eine sinusförmige Druckverteilung über eine zylindrische Fläche, physikalisch korrekt für Bolzen- oder Wellenlasten, bei denen der Kontakt nur auf der belasteten Seite (nicht am gesamten Umfang) auftritt.
Auf welche Fläche wirkt der Druck?
Druck wirkt immer in Normalenrichtung der Fläche. In Dr.Q wählen Sie die Fläche und die Software leitet die nach außen weisende Normalenrichtung automatisch ab. Prüfen Sie den Vorschaupfeil, um vor der Berechnung die Lastrichtung zu bestätigen.
Lastkombinationen
Reale Strukturen erleben mehrere Lastfälle. Führen Sie separate Analysen für jede Kombination durch (nur Biegung, nur Torsion, kombiniert) und überlagern Sie die Ergebnisse, sofern Sie sich im linearen Bereich bewegen.
Superposition ist nur bei linearer Analyse zulässig. Bei nichtlinearen Problemen (große Verformung, Kontakt, Plastizität) müssen alle Lasten gleichzeitig in einer einzigen Analyse aufgebracht werden.
Häufige Fehler
- Falsche Einheiten: Dr.Q verwendet standardmäßig N und mm. Eine Last, die als 1000 N eingegeben wird, obwohl 1000 kN gemeint waren, ist ein Faktor-1000-Fehler.
- Kraft auf einen Punkt: verursacht eine Singularität am Knoten. Kraft stattdessen auf eine Fläche verteilen.
- Eigengewicht vergessen: besonders kritisch bei großen Guss- und Schweißkonstruktionen, bei denen das Eigengewicht der Struktur einen erheblichen Anteil der Gesamtlast ausmacht.
- Falsche Druckrichtung: eine als Druck modellierte Soglast (oder umgekehrt) liefert vollkommen falsche Ergebnisse. Immer den Lastvorschaupfeil prüfen.