Antwortspektrumanalyse

Die Antwortspektrumanalyse gehört zu den Methoden der Dynamik im Bereich der FEM. Ihr primäres Ziel ist die Ermittlung der Reaktion einer Struktur, die einem bekannten, nicht dauerhaften Anregungsspektrum ausgesetzt ist. Als Anregungsspektrum versteht man hierbei die Beschreibung einer Last als Funktion der Frequenz. Das Ergebnis sind maximale Verschiebungen, Dehnungen und Spannungen. Die Analyse liefert eine konservative Abschätzung der Strukturbelastung. Sie beinhaltet keine Informationen zur Reihenfolge und Häufigkeit, mit der diese maximale Strukturantwort auftreten wird. Neben der Reaktion werden darüber hinaus noch die Beteiligungsfaktoren (participation factors) der einzelnen Eigenschwingungen berechnet.

Die Antwortspektrumanalyse findet im Frequenzbereich statt und basiert auf den Ergebnissen einer Modalanalyse. Daher können nichtlineare Effekte wie beispielsweise die Änderung des Kontaktzustandes oder ein plastisches Materialverhalten keine Berücksichtigung finden.

Nach der Art der Anregung wird bei der Antwortspektrumanalyse unterschieden zwischen der Einfach- und der Mehrfachanregung. Im Normalfall der Einfachanregung werden alle Anregungspunkte mit dem gleichen Spektrum beaufschlagt, wohingegen bei der Mehrfachanregung unterschiedliche Spektren an verschiedenen Punkten der Struktur angreifen.

Rechenzeit / Modellgrösse

Die Durchführung einer Antwortspektrumanalyse ist mit einem geringen zusätzlichen numerischen Aufwand zur vorgelagerten Modalanalyse verbunden. Bezüglich Modellgrösse und Rechenzeit gelten daher im Wesentlichen die Limitierungen der Modalanalyse.

Bedeutung

Durch den konservativen Charakter der Ergebnisse und den vergleichsweise niedrigen Aufwand für die Modellierung und die Lösung des Gleichungssystems hat die Antwortspektrumanalyse eine wichtige Stellung im Bereich der FEM-Simulation. Insbesondere für den Nachweis der Standsicherheit von Anlagen und Gebäuden infolge von Erdbeben, Windlasten und Wellen kommt diese Methode zum Einsatz.