Lineare Dynamik in SOLIDWORKS Simulation Premium

SOLIDWORKS Simulation Premium liefert großartige Werkzeuge, um Fragestellungen zum Thema Lineare Dynamik unter Verwendung der Modalanalyse zu meistern. Während die Frequenzanalyse an sich eine relativ bekannte Methode darstellt, ist es weniger populär, dass die extrahierten Eigenmoden weiterverarbeitet werden können – und wertvolle Einblicke in anspruchsvolle Aufgaben wie zum Beispiel das Verhalten aufgrund harmonischer oder transienter Last, zufälliger Belastung oder Antwortspektren liefern.

Typische Anwendungen sind:

Dynamische Lasten
Spannungen sich bewegender Komponenten
Schock-/Stoßlasten
Simulation von Shaker-Tests
Fundament-Entkopplungen von montierten Maschinen
Erdbeben-Simulation
…

In SOLIDWORKS Simulation Premium haben Sie Zugriff auf vier verschiedene Methoden, welche wir uns im Folgenden genauer anschauen wollen: Transient, Harmonisch, Zufallsvibration und Reaktionsspektrum.

Zu Beginn eine kurze Zusammenfassung der zugrundeliegenden Theorie:

Vorbereitung

Es sollten ein paar grundsätzliche Dinge beachtet werden, wenn man mit linear dynamischen Studien zu arbeiten beginnt, wie zum Beispiel genügend Eigenfrequenzen einzuschließen, um ein repräsentatives Modell zu erhalten oder eine passende Dämpfung zu definieren:

Kontrollieren des Cumulative Effective Mass Participation Factor (CEMPF, gewöhnlich > 80%)
Frequenzen bis hin zu einem Wert mit aufnehmen, welcher dem doppelten der Betriebsfrequenz entspricht
Dämpfung definieren (modal oder Rayleigh, weitere Informationen und Empfehlungen dazu in der SOLIDWORKS Hilfe)

Beispiel: Tonkamm einer Spieluhr

An diesem einfachen Modell werden die vier verschiedenen Methoden kurz vorgestellt:

1. Transient

Diese Variante wird für transiente Probleme verwendet, um etwa des Verhalten während und nach einer kurzzeitigen Belastung zu analysieren.

Input: Zeitabhängige Anregung, z.B. eine Stoßlast (siehe z.B. MIL-STD-810 G, Method 516.5)

Output:: Zeitabhängige Antworten wie Beschleunigungen, Geschwindigkeiten, Verschiebungen, …

2. Harmonisch

Eine harmonische Studie liefert die max. auftretenden Reaktionen eines Systems aufgrund der Anregung in einem bestimmten Frequenzbereich (man denke z.B. an einen bei unterschiedlichen Drehzahlen arbeitenden Motor).

Input: Zu untersuchender Frequenzbereich und Dämpfung

Output: Max. Ergebnisgrößen für die verschiedenen Anregungsfrequenzen

Ermüdung: Ergebnisse können für eine darauffolgende Bewertung der Lebensdauer verwendet werden (Auswahl Anregungsfrequenz und Anzahl Zyklen).

3. Zufallsvibration

Für bestimmte Fälle ist die Last zu komplex, als dass sie mit einer regulären transienten Studie erfasst werden könnte. Deshalb werden solche Lasten in sogenannte PSD-Kurven (Power Spectral Density) transformiert, welche dann als Input für Studien der Zufallsvibration dienen.

Input: PSD-Kurve, welche die statistische Charakteristik des Einflusses komplexer Lasten erfasst (siehe z.B. MIL-STD-810)

Output: RMS (Root Mean Square) und PSD Werte von Spannungen, Verschiebungen, etc.

Ermüdung: Zusammen mit der Basquin-Gleichung können die Ergebnisse für eine Lebensdaueranalyse verwendet werden.

4. Antwortspektrum

Eine weitere Methode komplexe Lasten zu erfassen besteht darin, lediglich die maximalen Antworten (oft sind das die Beschleunigungen) entlang der (Eigen-)Frequenzen aufzuzeichnen, was zu einem Antwortspektrum führt.

Input: Antwortspektrum = max. Antwort eines Einmassenschwingers entlang der Eigenfrequenzen für eine spezielle Belastung; oft auch als ein Spektrum aufgrund einer transienten Schocklast = SRS (Shock Response Spectrum)

Output: Spitzenwerte der Spannungen, Verschiebungen, etc. aus seiner modalen Kombinationsmethode wie z.B. SRSS (Square Root Sum of Squares) oder CQC (Complete Quadratic Combination)

Dieser kleine Überblick erlaubt einen ersten Eindruck, welche Möglichkeiten sich beim Arbeiten mit SOLIDWORKS und linear dynamischen Fragestellungen ergeben. Sollten Sie feststellen, dass solche Analysen Ihre Konstruktionsentscheidungen verbessern können, fragen Sie gerne bei Ihrem lokalen Händler nach weiteren Informationen.

Sie können bei Interesse auch direkt eine KOSTENLOSE PRODUKT-DEMO vor Ort anfordern.