In Abaqus/CAE Module Visualization bzw. in Abaqus/Viewer werden FIELD Ausgaben, wie Spannungen und Dehnungen, in Frames ausgegeben. Hierbei stehen Frames zum Beispiel für Zeitpunkts oder einzelne Frequenzen. Nun ist die Möglichkeit gegeben, die Werte verschiedener Frames zur Berechnung neuer Ausgaben zu verwenden.
Ein Beispiel zur besseren Beurteilung der Dauerfestigkeit eines Bauteils soll das Vorgehen erläutern. Es handelt sich aber nicht um eine generelle Vorgehensweise zum Festigkeitsnachweis.
Betrachtet werden 3 voneinander unabhängige Lastfälle (PERTURBATION Steps):
Step 1 : Zugbeanspruchung -> 100 MPa Zugspannung
Step 2: Wie 1 plus Biegebeanspruchung in positiver Y-Richtung, Lastfall „Up“
Step 3: Wie 1 plus Biegebeanspruchung in negativer Y-Richtung, Lastfall „Down“
Step 1: Zugspannung 100 MPa
Step 2: Zug- und Biegespannung überlagert
Step 3: Wie Step 2 , aber Umkehr der Biegelast
Bei diesem einfachen Beispiel kann man einige Werte zur Beurteilung der Dauerfestigkeit manuell bestimmen.
Es ergibt sich eine zusätzliche Biegebeanspruchung von 150 MPa. Die maximale Oberspannung Smax ist 250 MPa. Die minimale Unterspannung Smin ist -50 MPa. Somit sind die Mittelspannung: (Smax+Smin)/2= 100 MPa und die Amplitude ABS(Smax-Smin)/2= 150 MPa.
Wir wollen nun zeigen, wie man diese Werte in Abaqus/CAE über die Berechnung mit Frames ermitteln kann.
Nun erzeugen wir aus verschiedenen Frames die Berechnung und Darstellung der Mittelspannung und der Amplitude.
Schritt 1: Erzeugen von Ausgabegrößen über Frames der Steps
Schritt 2: Auswahl der Frames für die Auswertung, hier das jeweils letzte Inkrement der Lastfälle „Up“ und „Down“, Operation: Maximum über alle Frames.
Es können beliebig viele Lastfälle aus beliebig vielen Steps ausgewählt werden.
Schritt 3: Auswahl der Ausgabegröße, hier S11, dann „Apply“ auswählen zum Speichern ohne den Dialog zu verlassen.
Es stehen alle Spannungskomponenten zur Verfügung.
Schritt 4: Nun Operation umstellen auf Minimalwert für S11 und den Dialog mit „OK“ verlassen
Schritt 5: Nun können die erzeugten Frames zur Ermittlung von Amplitude und Mittelspannung verwendet werden.
Die zuvor erzeugten Ausgabegrößen erscheinen nun im automatisch erzeugten „Session Step“ als Frames 1 und 2.
Schritt 6: Ermittlung der Mittelspannung
Schritt 7: Ermittlung der Amplitude
Mittelspannung und Amplitude sind nun gespeichert in Frame 0
Mittelspannung und Amplitude
Ermittlung der Auslastung über Dauerfestigkeitsschaubild (Hier: Smith-Diagramm)
Rot: Werkstoffestigkeit
Grün: Reduzierte Bauteilfestigkeit (Werkstoffestigkeit reduziert um technologischen Größenfaktor und Rauheitsfaktor)
Oberspannung 250 MPa bei 100 MPa Mittelspannung
Unterspannung -50 MPa bei 100 MPa Mittelspannung
Die hier gezeigte Methode bezieht sich auf die einachsige Beanspruchung und erhebt keinen Anspruch auf eine generelle Vorgehensweise zum Festigkeitsnachweis.
Vielmehr soll das Erzeugen der Ausgabegrößen über Frames und Fields verdeutlicht werden und eine pragmatische Methode zur schnellen Abschätzung der Bauteilfestigkeit aufzeigen.