eSeminar SIMULIA 2015 Verwendung von XFEM in Abaqus zur Rissfortschrittsberechnung

On Februar 11, 2015 3:00 (GMT+1)
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Verwendung von XFEM in Abaqus zur Rissfortschrittsberechnung

Bei der konventionellen Finite Elemente Methode erfordern stationäre Diskontinuitäten, wie Risse in Bauteilen im Allgemeinen, dass die Netze mit diesen Unstetigkeiten konform sind. Daher ist es erforderlich, Netze in der direkten Nähe sich ausbildender Risse so fein zu gestalten, dass die an der Rissspitze entstehende asymptotische Singularität ausreichend erfasst werden kann. Einen wachsenden Riss zu modellieren ist zudem äußerst aufwendig, da sich beim laufenden Riss das fein zu vernetzende Gebiet um die Rissspitze fortwährend ändert.    

Um diesen Prozess in der Analyse abbilden zu können, bietet sich die erweiterte Finite Elemente Methode (XFEM) an. Diese wurde 1999 erstmalig durch Belytschko und Black vorgestellt. Es handelt sich um eine Erweiterung der konventionellen Finite Elemente Methode auf der Basis des Konzepts der “Partition of Unity“ nach Melenk and Babuska (1996). Verschiebungssprünge können durch die Einführung von Anreicherungsfunktionen in die herkömmliche Finite Elemente Approximation eingebunden werden. Über zusätzliche Freiheitsgrade werden auftretende Diskontinuitäten in Form von Rissen über die speziellen Anreicherungsfunktionen sichergestellt. Die eigentliche Methode der Finiten Elemente und deren Eigenschaften wie eine dünnbesetzte symmetrische Systemmatrix bleiben von der Einführung der Anreicherungsfunktionen unberührt.

Mit XFEM werden Risse über Anreicherungsmerkmale modelliert indem neue Freiheitsgrade in bestehende Elemente über spezielle Verschiebungsfunktionen eingebracht werden. Die Netzunabhängigkeit von XFEM ist ein großer Vorteil, denn das Netz muss nicht auf die entstehenden Diskontinuitäten angepasst werden. Über XFEM kann ein Riss an beliebiger Position in der Geometrie initiiert werden. Die Rissausbereitung erfolgt beliebig über einen lösungsabhängigen Pfad, ohne dass es erforderlich ist, eine Neuvernetzung der Geometrie vorzunehmen. Außerdem können bei stehenden Rissen mit XFEM im Sinne der konventionellen Bruchmechanik Konturintegrale ausgewertet werden, ohne das Netz an der Rissspitze zu verfeinern.

Die Verwendung von XFEM in Abaqus für die Bruchmechanik und die Rissfortschritts-analyse stellt ein robustes Verfahren für die Rissentstehung und -ausbreitung in blockigen Strukturen aber auch Faserverbundstrukturen dar. Dieses eSeminar stellt die Grundkonzepte von XFEM in Abaqus, das Modellieren von Schädigungen und das Aufsetzen von Modellen inklusive der erweiterten Finite Elemente Methode vor. Es beinhaltet außerdem eine kurze Demonstration zur Anwendung von XFEM unter Abaqus 6.14.

Das eSeminar wird in deutscher Sprache gehalten und die Teilnahme ist kostenfrei.    

 

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