Eine „Single-Point-Response-Spectrum”-Analyse (SPRS) in Ansys
Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: StrukturmechanikDie CPI VERTEX Antennentechnik GmbH ist Hersteller eines ALMA (Atacama Large Millimeter Array) Teleskops mit einem Antennendurchmesser von 12 m. Für diese Anlage wird eine Erdbebenanalyse auf Basis eines Antwortspektrums (SPRS) benötigt, das CADFEM mit Ansys-Simulationstools erstellte.
Zusammenfassung
Aufgabe
Für große Gebäude oder andere hohe Bauwerke, insbesondere an Standorten in seismisch aktiven Regionen, ist häufig eine Erdbebenanalyse erforderlich. Zu diesem Zweck wird eine FE-Analyse durchgeführt, um die Integrität der Struktur während eines Erdbebens nachzuweisen.
Lösung
CADFEM führte in Ansys, zunächst eine Modalanalyse durch, um die Eigenfrequenzen und Modenformen der Struktur zu erhalten. Danach werden die Modenformen entsprechend dem vorgegebenen Antwortspektrum skaliert.
Kundennutzen
Der Kunde erhält bei der Antwortspektrumanalyse nicht die Berechnungen aus dem gesamten Verlauf eines Erdbebens. Vielmehr handelt es sich um eine vereinfachte Methode zur Ermittlung des Geschehens bei dem zu erwartenden Maximalwert.
Für große Gebäude oder andere hohe Bauwerke, insbesondere an Standorten in seismisch aktiven Regionen, ist häufig eine Erdbebenanalyse erforderlich. Zu diesem Zweck wird eine FE-Analyse durchgeführt, um die Integrität der Struktur während eines Erdbebens nachzuweisen. Hier wurde das 12 m ALMA (Atacama Large Millimeter Array) Teleskop analysiert.
Bei dieser Art der Antwortspektrumanalyse wird nicht der gesamte Verlauf des Erdbebens berechnet. Vielmehr handelt es sich um eine vereinfachte Methode zur Ermittlung des Geschehens bei dem zu erwartenden Maximalwert. Diese Vorgehensweise ermöglich selbst die Analyse großer Modelle mit mehr als einigen Millionen Freiheitsgraden. Um vernachlässigbare Moden zu unterdrücken, wird eine spezielle Filtertechnik verwendet. In der Regel muss ein bestimmter Prozentsatz der gesamten Strukturmasse an der Schwingung teilnehmen. Zu diesem Zweck können modale Partizipationsfaktoren und modale effektive Massen aus Ansys angewandt werden.
Um zu überprüfen, ob die Kamera den hohen Anforderungen entsprechen kann, wurde ein Fall aus zwei Metern Höhe mit der Software ANSYS LS-DYNA simuliert (drop test). Die mit der expliziten Simulation ermittelte Belastung im Gehäuse während des Aufprallzeitraumes wurde für fünf verschiedene Fallpositionen analysiert. Die Modellierung des komplexen Innenlebens der Kamera erfolgte mit Starrkörpern, und zwar unter Berücksichtigung der realen Schwerpunkte, Massenträgheiten und den möglichen Kontaktsituationen. Für die Gummi-Ummantelung ist ein hyperelastisches Materialmodell zur Abbildung großer Deformationen zum Einsatz gekommen. Das Kunststoffgehäuse wurde mit Tetraedern mit Rotationsfreiheitsgraden vernetzt, die für eine gute Approximation der Steifigkeit sorgen und gleichzeitig die Vernetzung von aufwändigen Spritzguss-Bauteilen ermöglichen.