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Hallo zusammen,

ich simuliere zur Zeit mit ANSYS Workbench 18.2 eine sequentiell gekoppelte thermisch-mechanische Analyse zum thermomechanischen Verhalten einer Hohlprofilverbundstütze (bestehend aus einem betongefüllten Stahlrohr). Jetzt stehe ich vor der weitreichenden Entscheidung, Volumen- oder Schalenelemente für das Rohr zu benutzen. Für die Betonfüllung nehme ich natürlich Volumenelemente (SOLID90 in der thermischen, SOLID186 in der mechanischen Analyse) aber für das dünne Stahlrohr (5mm Blechdicke bei einem Radius von 220mm) kommt m.E. beides infrage (SOLID90 oder SHELL132 in der thermischen, SOLID186 oder SHELL281 in der mechanischen Analyse). Nach einiger Recherchearbeit über die Vor- und Nachteile von Schalenelementen gegenüber Volumenelementen bin ich leider nicht viel schlauer geworden. Die wichtigsten Vor- und Nachteile, die ich den Schalenelementen zugeschrieben habe sind folgende:

- Bei der Verwendung von Schalenelementen bleibt ein möglicher Gradient der Ergebnisgröße (z.B. Temperatur
  oder Spannung) über die Elementdicke unberücksichtigt.
+ Modelle aus Schalenelementen benötigen geringere Rechenzeiten als qualitativ hochwertige Modelle aus Volumenelementen.

Nach meiner Recherche kann ich aber sagen, dass beides nicht so ganz richtig ist. Z.B. habe ich gelesen, dass SHELL132-Elemente über die Dicke sehr wohl Temperaturgradienten nachbilden können, konnte dies in einem Ersatzmodell aber nicht bestätigen. Um die zweite Aussage zu prüfen, habe ich mein Modell mit drei unterschiedlichen Diskretisierungen berechnet:

1) Ein Schalenelement über die Blechdicke
2) Ein Volumenelemente über die Blechdicke
3) Drei Volumenelemente über die Blechdicke

Sowohl die Temperaturfelder als auch die Verformungen sind in allen drei Modellen (fast) identisch und die Rechenzeit ist nur für Modell 3) erhöht. Die Modelle 1) und 2) unterscheiden sich diesbezüglich kaum (Modell 1 mit Schalenelementen rechnet sogar ein paar Minuten länger).

Es wäre super, wenn mir jemand erklären könnte, was der prinzipielle Unterschied zwischen Schalen- und Volumenelementen ist und welcher Elementtyp in meinem Fall angemessen ist.

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