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• Die Eigenfrequenzanalyse eines Impellers erfolgt anhand der Simulation von nur einem Blatt und mithilfe der integrierten periodischen Randbedingungen.
• Transiente strukturmechanische Analyse eines Dämpfers aus viskoelastischem Material.
• Durch vorgespannte Bolzen entstehen Zugkräfte und dadurch Spannungen in einem Flansch.
• FSI - Anhand eines Solarpanels, auf das eine Windlast einwirkt, wird die gekoppelte Fluid- und strukturmechanische Analyse dargestellt.
• Kontaktanalyse zwischen Kugellagern, Käfig und stark deformierter Gummidichtung eines Gleichlaufgelenks. (Modell mit freundlicher Genehmigung von Fabio Gatelli, Metelli S.p.A., Cologne (BS), Italien)
• Die Studie eines Rotorblattes zeigt, wie sich der Effekt der Verfestigung (Spannung) und Entfestigung (Drehen) auf die grundlegende Eigenfrequenz auswirkt.

Materialmodelle

Das Structural Mechanics Module beinhalten grundlegende Materialmodelle wie z. B. linear elastische und viskoelastische Materialmodelle sowie orthotrope Materialien und Materialien mit Dämpfungseigenschaften. Sie können durch das Hinzufügen des Nonlinear Structural Materials Module und des Geomechanics Module erweitert werden. In dieser Konstellation können Sie große inelastische Dehnungen, hyperelastische Materialien, Plastizität, Kriechen, Viskoplastizität, Steine, Beton sowie auch Böden analysieren. Die große Flexibilität bei der Eingabe von benutzerdefinierten Materialien ist den benutzerfreundlichen Schnittstellen von COMSOL zu verdanken, die ein problemloses Eingeben von Gleichungen erlauben. Die einfache und direkte Eingabe der Zustandsgleichungen in der Benutzeroberfläche ersetzt die aufwändige Programmierung von Subroutinen. Dabei können Sie mathematische Ausdrücke mit Feldvariablen, Spannungs- und Dehnungsinvarianten und anderen abgeleiteten Größen angeben. Der Elastizitäts- Modul beispielsweise kann anstatt als Konstante auch als Funktion einer beliebigen Feldvariablen und deren Ableitungen angegeben werden. Materialeigenschafen können in Raum und Zeit variieren oder mittels komplexer Wertausdrücke beschrieben werden.

Lasten, Zwangsbedingungen und High-Performance Modellierungstools

Es steht eine Vielzahl von Lasten und Zwangsbedingungen zur Verfügung. Dazu zählen Gesamtkraft, Drucklasten, mitlaufende Lasten, Federn und Dämpfer, zusätzliche Masse, vorgeschriebene Verschiebung, Geschwindigkeit sowie Beschleunigung. Zum Modellieren dünner elastischer Schichten eignet sich die spezielle Thin Elastic Layer-Bedingung. Spezielle Gebiets- und Randbedingungen ermöglichen die Kombination starrer und flexibler Strukturen. Das Multibody Dynamics Module bietet weitere Funktionen für diesen Zweck. Modelle kleiner Strukturen, die in eine Trägerschicht elastischen Materials eingebettet sind (oder sich auf deren Oberfläche befinden), profitieren von einer Infinite-Elemente-Gebietsbedingung. Sie erlaubt die Trägerschicht hocheffizient als Ausschnitt zu modellieren, wobei das langsame Abklingen der Spannung in der Schicht ohne Genauigkeitsverlust abgebildet wird.

Festkörpermechanik

Die Strukturmechanik- Interfaces des Structural Mechanics Module stellen die Größen und Funktionen für Festigkeitsnachweise und allgemeine lineare und nichtlineare Festkörpermechanik zur Verfügung. Voreingestellt liegt der Berechnung ein linear elastisches Materialmodell zugrunde. Dieses kann leicht durch hyperelastische Materialmodelle (für die das Nonlinear Structural Materials Module erforderlich ist) und auch linear viskoelastische Materialmodelle ersetzt werden. Außerdem kann das elastische Materialmodell mit thermischer Ausdehnung, Dämpfung sowie Vorspannung und Vordehnung erweitert werden. Allgemeine inelastische Dehnungen können ganz einfach als zusätzliche Dehnungskomponenten definiert werden. Diese können sogar als Funktionen aller anderen physikalischen Feldgrößen von Elektromagnetik bis Fluidströmung angegeben werden. Elastische Materialien können mit isotropen, orthotropen oder vollständig anisotropen Eigenschaften angegeben werden. Jeder Materialkoeffizient kann als Konstante, Variable, Look-up Tabelle sowie als nichtlinearer Ausdruck beschrieben werden, der raum- und zeitabhängig variieren kann. COMSOL Multiphysics kann alle Ausdrücke interpretieren. Daher können Sie auch sehr anspruchsvolle Modellierungsaufgaben direkt in der COMSOL Desktop®-Umgebung umsetzen, ohne Erweiterungen programmieren zu müssen.

Große Deformation und mechanischer Kontakt

Das Structural Mechanics Module bietet Ihnen die Möglichkeit, große Deformationen mit geometrischer Nichtlinearität und mitlaufenden Lasten zu modellieren. Die Lasten können verteilt sein und auch von anderen physikalischen Größen wie elektromagnetische Kräfte und Strömungskräfte abhängen. Natürlich sind auch Simulationen mit mechanischem Kontakt verfügbar und multiphysik-fähig. Sie können zum Beispiel die Wärmestromdichte (mittels Heat Transfer Module) oder elektrische Ströme (mittels AC/DC Module) über Kontaktflächen hinweg berücksichtigen. Hier stehen mechanische Kontaktgrößen zur Verfügung, z. B. um Wärme- und Stromübertragung abhängig vom Kontaktdruck zu formulieren.

Schalen, Platten und Membranen

Für die mechanische Analyse dünnwandiger Strukturen sind Schalen auf Basis der Mindlin-Reissner-Theorie verfügbar. Dabei werden auch transversale Schubdeformationen berücksichtigt, sodass Sie auch dicke Schalen simulieren können. Außerdem kann die Referenzfläche der Schale versetzt zur Mittelfläche liegen. Das Schalen-Interface enthält noch weitere Funktionen wie Dämpfung, thermische Ausdehnung sowie Anfangsspannungen und -dehnungen. Die verfügbaren vorkonfigurierten Studien entsprechen den Studien des Festkörpermechanik-Interfaces. Das Platte-Interface ist dem Schalen-Interface ähnlich, arbeitet aber nur in einer Ebene und berücksichtigt Lasten in der Regel nur senkrecht zu ihr.

Mit dem Membran-Interface werden gekrümmte Flächen im 3D Raum modelliert, die sich in Normal- und Tangentialrichtungen verformen können, aber einen ebenen Spannungszustand aufweisen. Der Unterschied zwischen einer Schale und einer Membran liegt darin, dass die Membran keinerlei Biegesteifigkeit besitzt. Dieses Interface eignet sich zum Modellieren sehr dünner Strukturen wie z. B. Dünnfilme oder Gewebe.

Vibrationen, Akustik und elastische Wellen

Es stehen eine Reihe von Funktionen für Vibrationsanalysen zur Verfügung. Sie können optional mit dem Acoustics Module mit Akustik gekoppelt werden. Wenn Sie so das Structural Mechanics Module und das Acoustics Module miteinander kombinieren, haben Sie Zugriff auf ein spezialisiertes Tool für Akustik-Schalen-Wechselwirkung. Das Acoustics Module verfügt außerdem über zusätzliche Multiphysikinterfaces für Festkörper-Akustik- und Piezo-Akustik-Wechselwirkungen. Für elastische Wellen, die sich in einem Material ausbreiten, stellt das Structural Mechanics Module schwach reflektierende Randbedingungen und perfekt absorbierende Schichten bereit, auf denen eingehende elastische Wellen absorbiert werden. Diese Funktionen erlaubt Ihnen die einfache Simulation von elastischen Wellen, die sich von einer vibrierenden Struktur in relativ großen oder infiniten Medien ausbreiten.