Nichtlineare Finite-Elemente-Analyse für Berechnungen im Maschinenbau

Die Dissertation beinhaltet Forschungsergebnisse aus dem Bereich nichtlinearer Finite-Elemente-Analysen. Dabei werden finite Elemente von Grund auf hergeleitet und auf ausgewählte Maschinenelemente angewandt. Für die Berechnung von Tellerfedern werden finite Elemente entwickelt, die die Erfassung von geometrischen Nichtlinearitäten erlauben. Dabei kommen verschiedene Elementformulierungen, Elementtypen und Lösungsverfahren zum Einsatz, die hinsichtlich ihrer Eignung für die Analyse von Tellerfedern untersucht werden. Besondere Beachtung findet die Implementation eines rotationssymmetrischen Elementtyps. Neben Tellerfedern werden Dehnschrauben betrachtet und in den plastischen Bereich ausgelegt. Dazu erfolgt die Entwicklung und Implementation plastischer Materialmodelle. Das Potential zur Laststeigerung und der Einfluss auf den Kerbspannungsverlauf liegen im Fokus der Untersuchungen. Außerdem werden neuartige Plastizitätsmodelle entwickelt, die sich durch eine veränderte Fließrichtung auszeichnen und sich zur Erfassung von plastischen Volumenänderungen eignen. Ein Anwendungsfeld dieser Modelle wird anhand von Zugversuchsdaten eines TRIP-Stahls aufgezeigt. Bei diesen Stählen weisen die neuartigen Plastizitätsmodelle eine deutlich verbesserte Abbildungsgenauigkeit für das Materialverhalten auf, welches durch martensitische Phasenumwandlungen bestimmt ist. Auch auf die Implementation der entwickelten finiten Elemente und Materialmodelle in das FE-System Z88 bzw. Z88Aurora wird detailliert eingegangen.