FEM

Wenn sich Bauteile schnell bewegen und / oder Druck- und Temperaturbelastungen ausgesetzt sind, kommt es, zumindest lokal, zu hohen Belastungen.

Während bei Druckbehältern die maßgeblichen Bauteilbelastungen meist dem Innendruck oder Thermospannungen zuzuordnen sind, treten im Turbomaschinenbau bei vielen Bauteilen zusätzlich Fliehkräfte und andere dynamische Belastungen auf.

In beiden Fällen ist aus unserer Sicht der erste und wichtigste Schritt, die verschiedenen Mechanismen zu erkennen und zu bewerten, um in einem zweiten Schritt die richtige Berechnungsmethode auszuwählen. Bedeutsam ist hierbei, dass man die gesamte Prozesskette im Blick hat und sich nicht nur auf die quasi statischen Betriebszustände konzentriert. Bei Druckbehältern sollte zum Beispiel immer auch der An- und Abfahrprozess hinsichtlich der resultierenden Thermospannungen betrachtet werden, bevor eine Rohr- oder Flanschwanddicke als „einfache Antwort“ auf hohe Bauteilspannungen maßgeblich vergrößert wird.

Durch unsere langjährige Erfahrung im Turbinenbau und dem rechnerischen Nachweis von Druckbehältern und Flanschverbindungen sind wir mit fast allen Problemstellungen aus diesen Bereichen vertraut und haben uns dementsprechend die notwendigen Tools zur Lösung geschaffen.

Neben den klassischen analytischen Berechnungen gehört auch der Einsatz von FEM- und CFD Simulationen zu unserer täglichen Arbeit. Der parallele Einsatz beider Ansätze hat dabei doppelte Vorteile:

Die Ergebnisse der klassischen analytische Berechnung dienen dabei zuerst der Validierung der FEM- Ergebnisse, sodass systematische Fehler ausgeschlossen werden und später als übersichtlicher und schnell wiederholbarer Spannungsnachweis dienen können. Die Ergebnisse der FEM-Simulationen erlauben zum einen ein weitaus größeres und tieferes Verständnis des tatsächlichen Bauteilverhaltens und der Belastungsmechanismen und zum anderen eine detaillierte und differenzierte Beurteilung der lokalen Spannungen.

Bei wiederholbaren Berechnungen für ähnliche Bauteile können so auch die analytischen Berechnungen an die Gegebenheiten der spezifischen Bauteile angepasst werden, so dass schlussendlich der rein analytische Nachweis zur Berechnung und Bewertung bereits ausreichend ist.