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AutoFENA nl
Automatisierter Nachweis nach der FKM-Richtlinie nichtlinear in HyperView und ABAQUS

Die Lösung für den Nachweis nach der FKM-Richtlinie nichtlinear in HyperView und ABAQUS

AutoFENA NL

Mit der neuen Software „AutoFENA nl“ wird ein automatisierter Nachweis anhand der FKM-Richtlinie nichtlinear  für komplette Baugruppen innerhalb HyperWorks und ABAQUS ermöglicht. Das neue Konzept für den Festigkeitsnachweis unter Einbeziehung nichtlinearer Werkstoffeigenschaften wurde entwickelt, um lokal plastisch beanspruchte Strukturen besser bewerten zu können. Die daraus erstellte „FKM-Richtlinie nichtlinear“ wurde Februar 2019 in einer ersten finalen Version veröffentlicht und umfasst sowohl einen statischen Festigkeitsnachweis als auch einen Ermüdungsfestigkeitsnachweis für nichtgeschweißte Bauteile. Somit besteht erstmals die Möglichkeit, einen richtlinienkonformen Festigkeitsnachweis unter Einbeziehung von nichtlinearem Werkstoffverhalten durchzuführen. Die neue Richtlinie ist dabei als Ergänzung zum klassischen rechnerischen Festigkeitsnachweis auf Basis der „FKM-Richtlinie linear“ zu sehen, nicht als Ersatz.

Statischer Nachweis: Im statischen Nachweis werden die lokalen Dehnungen im Bauteil gegen eine durch das Verfahren definierte Dehnungsgrenzkurve bewertet. Die lokalen Dehnungen werden in einer FE-Simulation mit einer wahren Spannungs-Dehnungs-Kurve als Materialgesetz ermittelt. Mit dem Verfahren lassen sich plastische Reserven erschließen, die im Moment auf Basis der linearen Richtlinie in vielen Fällen nicht nutzbar sind.
Zyklischer Nachweis: Mit dem zyklischen Nachweis kann die Anrisslebensdauer für gegebene Last-Zeit-Folgen berechnet werden, und dies auch bei niedrigen Versagensschwingspielzahlen. Im Nachweis wird für die gesamte Last-Zeit-
Folge der örtliche nichtlineare Spannungs-Dehnungspfad ermittelt und eine Schadensakkumulation per HCM-Algorithmus nach dem örtlichen Konzept durchgeführt. Somit können im Nachweisprozess auch Reihenfolgeeffekte aus der Last-Zeit-Folge berücksichtigt werden. Die erforderlichen zyklischen Werkstoffkennwerte lassen sich mit der Richtlinie auf Basis der Zugfestigkeit abschätzen, so dass auf der Werkstoffseite nur wenige Eingangsgrößen erforderlich sind. Mit diesem Ansatz kann auf Basis eines linear-elastischen FE-Modells eine Anrisslebensdauer von der Qualität einer elastisch-plastischen Berechnung ermittelt werden.

Automatisierte Nachweisführung:
Die „FKM-Richtlinie nichtlinear“ wurde vom Ingenieurbüro Huß & Feickert in der neuen Software „AutoFENA NL“ umgesetzt. Neben der langjährigen Erfahrung bei der Implementierung der klassischen „FKM-Richtlinie linear“ konnte bei der Entwicklung der neuen Lösung auf die Expertise der Autoren der Richtlinie zurückgegriffen werden, die das Entwicklungsprojekt begleitet haben. Somit steht zeitnah zur Veröffentlichung der Richtlinie auch eine professionelle Software zur Berechnung des Nachweises zur Verfügung. Mit dem Programm kann der Nachweis automatisiert und auf Basis von FE-Analysen durchgeführt werden. So sind die komplexen Zusammenhänge auf Werkstoffebene und im Nachweisalgorithmus in einfacher Art und Weise auch für den Berechnungsingenieur ohne Expertenwissen im Bereich der Betriebsfestigkeit zugänglich und anwendbar.

Integration in HyperView und ABAQUS:

In „AutoFENA NL“ werden die Nachweisparameter und Last-Zeit-Reihen definiert. Die erforderlichen Modelldaten werden direkt aus HyperView oder ABAQUS übernommen und der Nachweis wird automatisiert für alle gewünschten Nachweispunkte (Knoten) berechnet. Eine Vorauswahl von kritischen Stellen durch den Anwender mit den damit verbundenen Risiken ist daher im Nachweisprozess nicht erforderlich.

Detaillierte Dokumentation:
Als Ergebnisse werden im Konturplot die ermittelte Lebensdauer und andere relevante Größen abgebildet. Ebenso lässt sich eine detaillierte Dokumentation ausgewählter Nachweisstellen mit Darstellung der Rechenschritte und Zwischenergebnisse als Report im PDF-Format erstellen.

Mit dem Verfahren werden neue Anwendungsbereiche für den Festigkeitsnachweis erschlossen und über die Umsetzung als Programm in HyperView und ABAQUS zugänglich gemacht.