Was ist hydrostatischer Druck?
Der hydrostatische Druck ist der Druck, den ein Fluid (Flüssigkeiten und Gase) durch die Erdanziehungskraft auf die berührenden Flächen ausübt. Bekannt ist auch das hydrostatische Paradoxon, bei dem eine kleine Menge Fluid eine große Kraft auswirkt. Als Beispiel sei hier die Geschichte von Blaise Pascal (1623 – 1662) zu nennen, der mit nur ein paar Gläsern Wein ein ganzes Fass gesprengt haben soll. Das erklärt sich dadurch, dass sich die relativ kleine Gewichtskraft an den Kontaktflächen um ein Vielfaches multipliziert und dadurch ein enormer Druck entsteht.
Wo spielt der hydrostatische Druck eine Rolle?
Der hydrostatische Druck ist allseits vorhanden, da wir permanent von Luft umströmt werden. Er spielt überall eine Rolle: in der Medizin, im Tauchsport, im Behälterbau u.v.m.
Nehmen wir den Behälterbau als Beispiel: Bei LKW-Transporten von z. B. Flüssiggas, Milch, Öl usw. müssen die Behälter der Last der Fluide standhalten. Das muss vorab berechnet werden, was seit der Version Solid Edge 2022 in der Simulation-Umgebung möglich ist. Am Beispiel eines einfachen Zylinders zeigen wir Ihnen die Anwendung der Funktion „hydrostatischer Druck“.
Hydrostatischer Druck am Beispiel eines zylindrischen Behälters
In unserem Beispiel liegt ein Behälter mit 3 m Durchmesser, 5 m Höhe und 1 mm Wandstärke vor, der auf Belastung geprüft werden soll. Die Abmaße werden wir dann, je nach Ergebnis, anpassen. Liegt zu viel Sicherheit vor, können wir an Material sparen, ist Sie zu gering, muss verstärkt werden.
Sie finden den Befehl „hydrostatischer Druck“ in der Multifunktionsleiste.
Der Befehl im Detail
Teilfläche wählen: Definiert die Fläche, auf welche die Kraft wirken soll
Freiraum auswählen: Definiert die Füllgrenze des Behälters
Füllhöhe (Offset): Definiert den Abstand zur Füllgrenze und damit die Füllhöhe
Schwerkraft: Schaltet die Schwerkraft ein und aus (standardmäßig 9,81m/S²); Hier können aber auch eigene Werte angegeben werden.
Fluid Dichte: Definiert die Dichte des Fluids
Die Zuweisungen
Wählen Sie die innere Mantelfläche als Kraftfläche und definieren das obere Zylinderende als Freiraum. Über den Offset-Befehl können Sie den gewünschten Abstand zur obersten Kante und damit die Füllhöhe definieren. Anschließend müssen Sie einen Fixpunkt wählen, der in unserem Beispiel untere Zylinderkante ist.
Berechnung und Ergebnisse
Stellen Sie die gewünschte Vernetzungsgröße ein und klicken Sie auf „Berechnen“.
Sie bekommen die Ergebnisse wie gewohnt dargestellt – die Farben von Magenta bis Rot zeigen Ihnen die Spannungsbereiche an. An der Skala ist zu erkennen, dass noch genügend Reserve vorhanden ist. Wir können also überlegen, ob wir z. B. die Wandstärke reduzieren, um Material und damit Kosten zu sparen. Auch die Verschiebungen liegen sozusagen im grünen Bereich. Jetzt können wir mit anderen Kräften oder Abmaßen experimentieren, um so die ideale Geometrie zu erzeugen.
Der hydrostatische Druck kann mit allen anderen Lasten, wie z. B. senkrechter Last, Druckkraft, Fliehkraft usw. kombiniert werden, damit sich das Simulationszenario möglichst nahe an die Ergebnisse in der Realität annähert.
Spannungen
Verschiebungen
Fazit:
Wie Sie sehen, können Sie mit der neuen Funktion „hydrostatischer Druck“ auf einfachste Weise auch komplexe Belastungszenarien aufbauen.
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