diff --git a/sections/Theorie.tex b/sections/Theorie.tex index bb46763..13bb564 100755 --- a/sections/Theorie.tex +++ b/sections/Theorie.tex @@ -727,7 +727,7 @@ Im Falle von positiven Realteilen ist das System instabil und die Amplituden neh %[[Modale Superposition, ggf. Effektive Massen]] \paragraph{Transiente Analyse}~\\ -Neben der Volumendiskretisierung wird für die Zeitintegration von transienten Feldgleichungen das zu untersuchende Zeitintervall in diskrete Zeitabschnitte \(\Delta t\) unterteilt +Neben der Volumendiskretisierung wird, für die Zeitintegration von transienten Feldgleichungen, das zu untersuchende Zeitintervall in diskrete Zeitabschnitte \(\Delta t\) unterteilt \[ [0,T] = \bigcup \Delta t \quad \text{mit } \Delta t = t_{n+1} - t_n \] @@ -774,6 +774,49 @@ Wird zusätzlich für die numerische Dämpfung der \textsc{Newmark}"=Methode ein \gamma \geq 0 \] +Kann das halbdiskrete FE"=Gleichungssystem modal entkoppelt werden +\[ + \tensor{\tilde{M}}\tensor{\ddt{q}} + \tensor{\tilde{D}}\tensor{\dt{q}} + \tensor{\tilde{K}}\tensor{q} = \tensor{\tilde{r}} + \quad\text{bzw.}\quad + \tilde{m}_i \ddt{q}_i + \tilde{d}_i \dt{q}_i + \tilde{k}_i q_i = \tilde{r}_i ~, \quad i=1,\ldots,p \leq n +\] +mit den in modalen Koordinaten beschriebenen Lasten +\[ + \tensor{\tilde{r}}(t) = \tensor{\Phi}^\T \tensor{\hat{r}}(t) +\] +kann die Methode der \emph{modalen Superposition} genutzt werde. +Vorerst werden mit der numerischen Zeitintegration nach \textsc{Newmark} die modalen Koordinaten bestimmt und anschließend diese in die physikalischen Koordinaten rücktransformiert. +\[ + \tensor{\hat{u}}(t) = \tensor{\Phi} \tensor{q}(t) = \sum \tensor{\phi}_i \cdot \tensor{q}(t) +\] +In der Regel werden von den \(n\) Gleichungen die ersten \(o\) Eigenfrequenzen und Eigenformen berechnet und dabei die höheren Eigenmoden vernachlässigt. +Bei strukturdynamische Probleme beschreiben zumeist die niedrigen Moden das Verhalten der Struktur. +Aus diesem Grund werden von den \(o\) berechneten Moden oftmals die ersten \(p\) Eigenfrequenzen und Eigenformen mitgenommen. +Der Vorteil der Berechnung des Gleichungssystems mit der modalen Superposition liegt zum einen an das entkoppelte Gleichungssystems und zum anderen an der unvollständigen Transformation (\(\tensor{\Phi}_{n\times p}, p < n\)) des Gleichungssystems, wobei, gegenüber dem vollen Gleichungssystem, weniger Differentialgleichungen gelöst werden. + +Zur genaueren Beschreibung von \glqq in der Regel\grqq\ und \glqq oftmals\grqq , für die unvollständige Transformation beziehungsweise der gewählten Anzahl von Moden \(p < n\), sollte auf eine Systemanregung von mindesten 85 bis 90 Prozent der Gesamtmasse \(m\ti{ges}\) je Raumrichtung geachtet werden. +\[ + \sum\limits_{i=1}^p m_{ik}\ho{eff} \approx m\ti{ges} +\] +Hierin ist \(m_{ik}\ho{eff}\) die \emph{effektive Masse} zu der \(i\)"=ten Mode und der \(k\)"=ten Raumrichtung. +Berechnet wird die effektive Masse mit der modalen Masse und den zugehörigen \emph{modalen Beteiligungsfaktor} \(\Gamma_{ik}\) +\[ + m_{ik}\ho{eff} = \tilde{m}_i \Gamma_{ik}^2 +\] +Der modale Beteiligungsfaktor \(\Gamma_{ik}\) gibt mit der folgenden Beziehung +\[ + \Gamma_{ik} = \frac{1}{\tilde{m}_i} \tensor{\phi}_i \tensor{M} \tensor{d}_k +\] +an, wie groß der Anteil einzelner Moden je Raumrichtung ist. +Hierin beschreibt \(d_k\) die Starrkörperbewegung des Systems in die Richtung von \(k\). +Soll beispielsweise, für ein globales System mit den globalen Freiheitsgraden \(xyz\), die \(x\)"=Richtung beurteilt werden, nimmt der Vektor zur Beschreibung der Starrkörperbewegung folgenden Form an +\[ + \tensor{d}_k = \begin{bmatrix} + 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & \cdots & 1 & 0 & 0 + \end{bmatrix}^\T +\] + + %\paragraph{Stationäre Analyse}~\\ @@ -787,7 +830,7 @@ bestehen. Sowohl die Faserarchitektur als auch der Laminataufbau haben signifikanten Einfluss auf das makroskopische Werkstoffverhalten. In den nachfolgenden Unterabschnitte wird gezeigt wie das Werkstoffverhalten von Faserverbundwerkstoffen beschrieben werden kann. -Grundlage dieses Abschnittes bildet dabei das Werke \citetitle{ermanni04} von \citeauthor{ermanni04}~ \cite{ermanni04}. +Grundlage dieses Abschnittes bildet dabei das Werke \citetitle{ermanni04} von \citeauthor{ermanni04}~\cite{ermanni04}. \subsubsection{Werkstoffgesetze} Das im Abschnitt zur Strukturmechanik~\ref{statik} aufgezeigt Materialgesetzt mit 21 unabhängigen Elastizitätskonstanten, beschreibt ein anisotropes Materialgesetz.