FEA Lastenübertragung: Flow Simulation – Teil 2: Simulation

Im Part 1 unserer Sommer-Serie haben wir mit Hilfe von SOLIDWORKS Flow Simulation berechnet, wie sich ein heftiger Gewittersturm auf einen Sonnenschirm auswirkt. Die gewonnenen Ergebnisse haben wir in SOLIDWORKS Simulation übertragen.

Lasst uns nun untersuchen, wie sich die Kräfte auf den Sonnenschirm auswirken:

Wird der Aluminium-Mast mit 40mm Durchmesser und die einzelnen Arme diesem Druck ohne Beschädigung standhalten können? Wird der Schirm kippen?

Auf geht’s mit SOLIDWORKS Simulation

Materialliste und Annahmen

Sonnenschirm-Stoff: “fake material” mit einem E-Modul = 2’100’000 N/mm² und Massendichte = 40 kg/m³
Sonnenschirm Armaturen, Arme und Mast aus Aluminium 3.0526 (EN-AW 3004)
Sonnenschirmfuss aus Stahl S235JR

Insgesamt wiegt der Sonnenschirm 87.8kg.

Schritt 1

Der Schirmstoff und die Armaturen-Arme sind mit jeweils 1mm und 1.5mm Dicke sehr dünn. Deshalb ist es sinnvoll, diese Teile auf Schalen zu konvertieren, um ein zuverlässiges Netz erstellen zu können.

Tipp: Damit SOLIDWORKS Simulation die Modelle als Schalenelemente vernetzen kann, wird eine Mittelfläche in die Geometrie definiert.

Weil der Schirmstoff aufgrund der Winkel unsaubere Mittelflächen-Eckverbindungen generiert, müssen die Schalen im Simulations-Modul von Hand definiert werden.

Es ist ausserdem wichtig, die lokalen Kontakte zwischen den Armatur-Armen und dem Schirmstoff festzulegen.

Ergebnisse der Statischen Simulation

Globale Verschiebung

Der Schirm verschiebt sich maximal um 38mm.

Maximale Von-Mises-Spannung

Die Auswirkungen auf den Sonnenschirm-Stoff sind für uns in diesem Beispiel nicht relevant. Deshalb blenden wir diese Komponente aus. Auf den Aluminium-Mast wirkt eine maximale Von-Mises-Spannung von 78.5 N/mm² – also weit unter der Streckgrenze des Materials.

Reaktionkraft

In Richtung X wirkt eine gesamte Reaktionskraft von -390.7 N.

Unser Sonnenschirm als Ganzes hält dem Orkan also Stand. Doch bleibt er auch gerade stehen?
Die Analyse mit einem FEM Simulation Tool gibt nur Auskunft über die Deformation der Form selbst, nicht aber über grosse Bewegungen der ganzen Struktur. Dafür müssten wir eine weitere Analyse in SOLIDWORKS Motion durchführen.

Viel Spass beim Ausprobieren