3 Das neue Berechnungskonzept - bei DuEPublico

_______________________________________________________ Kapitel 3: Das neue Berechnungskonzept
200
150
100
50
σ xx [ N / mm^2 ]
Δx [mm]
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
Abb. 3-3: Spannungs-Verformungs-Diagramm der versteiften Platte /B15/
Fig. 3-3: Stress-deformation-diagram of a stiffened plate /B15/
Da es zum einen für eine bestimmte Aufgabe entwickelt wurde (Verhalten von Strukturen im Stoßzentrum bei
der Analyse von Kontaktproblemen), die nicht dem vorgegebenen Ziel entsprach (Verringerung der Analysezeiten
durch große Superelemente) und zum anderen keine grobmaschigere Vernetzung als das MARC-Standardelement
Typ 75 erlaubt, ist von einer Verwendung des ISD-Elementes Abstand genommen worden.
Schließlich wurde ein eigenes Superelement entwickelt. Dieses als SFS (Superelement for shipstructures) bezeichnete
Superelement sollte die Grundgedanken der ISUM mit der allgemeinen Verwendbarkeit des finiten
Elementes verbinden. Schließlich ist das SFS als ein vierknotiges ebenes Schalenelement realisiert worden, welches
im linearen Bereich über die gleichen Ansatzfunktionen verfügt wie das ISD-Element. Der nichtlineare Teil
ist dann gemäß der ISUM-Theorie entwickelt und auf das SFS übertragen worden. Durch die enge Anlehnung an
das Standardschalenelement von MARC ist eine breite Anwendung gewährleistet.
Als letzter Schritt ist die Implementierung des SFS in das Programmsystem MARC/ MENTAT durchgeführt
worden. Die zugehörigen Elementmatrizen wurden in den FORTRAN Code übersetzt und in die entsprechende
Subroutine eingebunden. Es steht somit am ISD ein Superelement zur Untersuchung des Kollapsverhaltens von
Binnenschiffen zur Verfügung, das aufgrund seiner Struktur zu wesentlich kürzeren Analysezeiten führt, als die
herkömmlichen Elemente. Warum dieses Element trotzdem nicht verwendet wurde wird im folgenden begründet.
Abschließend können folgende Schlußfolgerungen gezogen werden:
Generell ist die Anwendung von Superelementen mit Nachteilen verbunden, so daß stets überprüft werden muß,
ob sich der Mehraufwand zur Erstellung und Anwendung von Superelementen überhaupt lohnt. Diese sind meistens
an die Erfüllung bestimmter Aufgaben gekoppelt, um beispielsweise die Analysezeiten zu reduzieren oder
die Auslagerung von Berechnungsdateien auf die langsame Festplatte zu verhindern. Selbst wenn versucht wird,
das Superelement für ein möglichst breites Anwendungsspektrum zu öffnen, indem man seine Eigenschaften relativ
eng an ein bereits vorhandenes Standardelement (z.B. MARC Typ 75) anbindet, müssen in weiten Bereichen
Kompromisse eingegangen werden.
Das SFS läßt sich demzufolge nur dann optimal einsetzen, wenn möglichst viele gleichartige Strukturen eines
FE-Modells durch das Superelement diskretisiert werden können, wie z.B. der gesamte Innen- und / oder Außenboden
eines Binnenschiffes. Zusätzlich sollte man die Materialstärke und die Abmessungen dieser Bleche bereits
festgelegt haben und nicht nach jedem Berechnungsschritt verändern. Auf dieses Weise würde der Aufwand zur
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