Die neue Schnittebenenfilter-Methode in FEMFAT max

Berechnungen in FEMFAT max können sehr rechenintensiv sein. Um diesen Berechnungsaufwand zu verringern, gibt es in FEMFAT verschiedene Möglichkeiten: 

  • Auswahl einer entsprechenden Gruppe, auf die die Rechnung beschränkt werden soll
  • Definition eines Knoten-Berechnungsfilters 
  • Definition von Schnittebenenparametern für die Schnittebenenfilterung

Bei der Definition von Schnittebenen-/Knotenfiltern kann sich der Berechner auf 2D- oder 3D-Spannungen an Oberflächenknoten beschränken oder alle Knoten mit 3D-Spannungen analysieren. Zusätzlich gibt es die Möglichkeit den Winkel zwischen den Schnittebenen zu definieren oder bestimmte Filtermethoden anzuwenden, um die Berechnung nur für jene Schnittebenen durchzuführen, von denen erwartet wird, dass sie einen signifikanten Einfluss auf das Ergebnis haben werden (vgl. dazu Abbildung 1).

Abbildung 1: Auswahl der Knoten- und Schnittebenenfilter in FEMFAT

Bei den Filtermethoden war es bisher möglich, 

  • auf den Filter gänzlich zu verzichten („None“), 
  • die Methode 1 auszuwählen, bei der Schnittebenen auf Basis der maximalen Vergleichsspannungen aller Kanäle ausgewählt werden oder
  • die Methode 2 auszuwählen, bei der auf Basis des Mehrachsigkeitsgrades gearbeitet wird.

Bei Methode 1 kam es gelegentlich vor, dass Vergleichsspannungsverläufe mit hohen Mittelspannungen und niedrigen Amplituden verglichen mit Vergleichsspannungsverläufen mit niedriger Mittelspannung und großer Amplitude als unkritisch eingestuft wurden, obwohl sie in Verbringung mit dem Haigh-Diagramm als kritisch zu bewerten sind.

Um die Zuverlässigkeit der Filtermethoden zu erhöhen, wurde die Methode 3 eingeführt. Dabei wird ähnlich der Methode 1 gearbeitet mit der Ausnahme, dass statt der Oberspannung ein inverser Sicherheitsfaktor auf Basis der größten auftretenden Spannungsamplitude verwendet wird. Wie in Abbildung 2 ersichtlich ist, wird der größte inverse Sicherheitsfaktor für alle Schnittebenen berechnet. Für die Berechnung werden jene Schnittebenen ausgewählt, deren inverser Sicherheitsfaktor innerhalb des Filterlimits liegt. Die zu berechnenden Schnittebenen werden aus dem Filterlimit in Verbindung mit dem maximalen inversen Sicherheitsfaktor abgeleitet.

Abbildung 2: Inverser Sicherheitsfaktor als Funktion des Schnittebenenwinkels und Filterlimit

Für den Spezialfall der Vorgabe einer Einheitsmatrix für die Last-Zeitverläufe in ChannelMAX (d.h. „Ein-Ausschalten“ von Kanälen) wird die Anwendung des Filters 3 nicht empfohlen. Stattdessen soll auf Filter 1 umgestellt oder die Analyse ganz ohne Filter durchgeführt werden.

Aufgrund der gegenüber Methode 1 im Allgemeinen erhöhten Treffsicherheit (bei gleichbleibender Rechenzeitersparnis) ist die Filtermethode 3 die neue Standardeinstellung in FEMFAT 5.3.