Beispiele realer Modelle für die elastische statische Analyse¶

Analysemodell¶

Tabelle 9.2.1 enthält Verifikationsbeispiele realer Modelle für die elastische statische Analyse. Die Formen der Modelle sind mit einigen Ausnahmen ebenfalls in den Abbildungen 9.2.1 bis 9.2.5 dargestellt. Für die Ausführung der Beispiele mit den Elementtypen 731 und 741 ist ein separater Direktlöser erforderlich.

Tabelle 9.2.1 Verifikationsbeispiele realer Modelle für die elastische statische Analyse

Abbildung 9.2.1 Pleuelstange (EX01A)

Abbildung 9.2.2 Block mit Bohrung (EX02)

Abbildung 9.2.3 Turbinenschaufel (EX03, EX06)

Abbildung 9.2.4 Zylinderschale (EX04, EX09)

Abbildung 9.2.5 Weinglas (EX05, EX10A)

Analyseergebnisse¶

Beispiele für Analyseergebnisse¶

Beispiele für Analyseergebnisse sind in den Abbildungen 9.2.6 bis 9.2.9 dargestellt.

Abbildung 9.2.6 Analyseergebnis EX01A (Mises-Spannung und Verformungsdarstellung (10-fach))

Abbildung 9.2.7 Analyseergebnis EX02 (Mises-Spannung und Verformungsdarstellung (100-fach))

Abbildung 9.2.8 Analyseergebnis EX03 (Verformungsdarstellung (10-fach))

Abbildung 9.2.9 Analyseergebnis EX04 (Verformungsdarstellung (100-fach))

Verifikation der Analyseleistung anhand des Beispiels EX02¶

Mit einem dem Verifikationsmodell EX02 „Block mit Bohrung“ entsprechenden Modell wurde eine Analyse mit kommerzieller Universalsoftware durchgeführt. Abbildung 9.2.10 zeigt einen Vergleich der Maximal- und Minimalwerte der Spannungskomponenten mit den Ergebnissen von FrontISTR. Die Abbildung zeigt eine sehr gute Übereinstimmung der Spannungskomponenten.

Anschließend wurde der Einfluss der Gebietszerlegung auf die Spannungsverteilung untersucht. Die Partitionierung erfolgte mit der RCB-Methode, wobei das Modell in X-, Y- und Z-Richtung jeweils in zwei Teile und damit insgesamt in acht Gebiete aufgeteilt wurde. Abbildung 9.2.11 zeigt die Partitionierung. Abbildung 9.2.12 zeigt die Spannungsverteilungen aus Analysen mit einem einzelnen Gebiet und mit acht partitionierten Gebieten.

Abbildung 9.2.10 Vergleich der Spannungskomponenten von EX02 mit Universalsoftware

Abbildung 9.2.11 EX02, mit der RCB-Methode in acht Gebiete partitioniert

Abbildung 9.2.12 Unterschied der Mises-Spannungsverteilung durch Gebietszerlegung

Abbildung 9.2.12 zeigt keinen Unterschied zwischen den beiden Ergebnissen; sie stimmen vollständig überein.

Tabelle 9.2.2 vergleicht die Ausführungszeiten für die verwendeten HEC-MW-Solver-Einstellungen. Abbildung 9.2.13 zeigt außerdem den Konvergenzverlauf bis zur Lösung.

Tabelle 9.2.2 Vergleich der Ausführungszeiten mit HEC-MW-Solvern

Abbildung 9.2.13 Vergleich der Konvergenzverläufe mit HEC-MW-Solvern (Konvergenzschwelle: \(1.0 \times 10^{-8}\))

Vergleich der Berechnungszeit anhand des Verifikationsbeispiels EX01A¶

Anhand des Verifikationsbeispiels EX01A (Pleuelstange) wurde die durch Gebietszerlegung erzielte Beschleunigung der Berechnung bewertet. Für die Berechnung wurde ein Cluster mit 24 Knoten und Xeon-Prozessoren bei 2.8 GHz verwendet. Die Ergebnisse sind in Abbildung 9.2.14 dargestellt. Die Abbildung zeigt, dass die Berechnungsgeschwindigkeit proportional zur Anzahl der Gebiete zunimmt.

Auch Unterschiede der Berechnungszeit aufgrund der Rechnerumgebung wurden untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9.2.3 dargestellt.

Abbildung 9.2.14 Beschleunigungseffekt der Gebietszerlegung

Tabelle 9.2.3 Vergleich der Berechnungszeiten zwischen Rechnern (1 CPU)