C. Katzenschwanz, S. Giehler

Bei der Modellierung von Nietverbindungen in Finite-Element-Modellen ist es Stand der Technik, die Fügeteile über je einen Knoten mittels BUSH-Elementen zu verbinden. Die Steifigkeiten der BUSH-Elemente werden nach dem Handbuch-Strukturberechnung bzw. der Huth-Formel definiert. Neben der Huth-Formel existieren weitere Modelle, welche z.T. stark abweichende Steifigkeiten vorhersagen. Wird diese Vorgehensweise auf die bislang meist verwendeten groben Modelle angewendet, ergeben sich Steifigkeiten im Bauteil, die analytisch berechneten Werten in etwa entsprechen. Es kann jedoch beobachtet werden, dass mit feiner werdender Diskretisierung die modellierte Steifigkeit der Verbindung nicht mehr konstant bleibt. Im Modell ist somit ein weiterer Einflussparameter zu erkennen, der keinem physikalischen Effekt entspricht. Der klassische Ansatz der Finiten- Element-Methode, dass mit zunehmend feinerer Diskretisierung die Ergebnisse besser vorhergesagt werden, ist nicht mehr gültig. In letzter Konsequenz wird der Kraftfluss im Bauteil in Folge einer verfeinerten Diskretisierung anders vorhergesagt; die Ergebnisse sind von der Diskretisierung abhängig. Durch die immer feiner werdenden FE-Modelle, die zunehmend nicht nur zur Ermittlung der Kraftflüsse verwendet werden, tritt ein veränderter Kraftfluss auf. Insbesondere in Modellen mit gemischter Diskretisierung ist mit deutlichen Veränderungen der Kraftflüsse infolge der geänderten Steifigkeiten zu rechnen. Um dieser Veränderung der Steifigkeiten entgegen zu treten, wird eine andere Modellierung vorgeschlagen, indem die nach dem Stand der Technik punktförmige Verbindung besser flächig erfolgen sollte (Lastverteilung mittels RBE3-Elementen). Es kann gezeigt werden, dass diese Modellierung wieder von dem Nietdurchmesser, also einer geometrischen Größe der Verbindung, abhängig ist. Der Einfluss der Diskretisierung geht deutlich zurück und mit verschieden feinen Modellen werden gleiche Kraftflüsse im Bauteil vorhergesagt.

"When modeling riveted joints in finite element models, the state of the art is to connect the components via a single node using BUSH elements. The stiffnesses of the BUSH elements are defined according to the structural analysis handbook or the Huth formula. Besides the Huth formula, other models exist that predict stiffnesses that sometimes deviate significantly. When this approach is applied to the coarse models most commonly used to date, the resulting stiffnesses in the component roughly correspond to analytically calculated values. However, it can be observed that with increasingly finer discretization, the modeled stiffness of the joint no longer remains constant. Thus, an additional influencing parameter can be identified in the model that does not correspond to any physical effect. The classical approach of the finite element method, that increasingly finer discretization leads to better predictions, is no longer valid. Ultimately, the force flow in the component is predicted differently as a result of refined discretization; the results depend on the discretization. Due to increasingly refined finite element (FE) models, which are increasingly used for more than just determining force flows, a change in force flow occurs. Particularly in models with mixed discretization, significant changes in force flows are to be expected as a result of altered stiffnesses. To counteract this change in stiffness, an alternative modeling approach is proposed, whereby the point-like connection, as defined by the state of the art, should be represented as a surface connection (load distribution using RBE3 elements). It can be shown that this modeling is again dependent on the rivet diameter, i.e., a geometric dimension of the connection. The influence of the discretization is significantly reduced, and the same force flows in the component are predicted with models of varying resolution."

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2013, Stuttgart

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2013

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 5 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2013112910691

Finite-Element-Modellierung, Nietverbindung

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29.11.2013