Sonntag, 26. Dezember 2010

Lasten auf ausfallenden Stäben

In RSTAB gibt es ja einige nichtlineare Stabtypen. Fast jeder Anwender hat schon einmal einen Zugstab eingesetzt. Seit RSTAB 6 gibt es auch die Möglichkeit, normale Balkenstäbe mit Nichtlinearitäten zu versehen. Es gibt beispielsweise die Möglichkeit, Stäbe auf Zug oder Druck ausfallen zu lassen oder bei einer bestimmten Kraft reißen zu lassen. Das heißt also, dass die Stäbe aus dem System herausgenommen werden. Was passiert aber wenn die Stäbe belastet sind? "Verschwinden" die Lasten dann auch?


Mit einem ganz einfachen System habe ich mal das Verhalten von RSTAB überprüft. In diesem Fall ist es RSTAB 7 aber ich denke, dass auch in allen anderen Versionen das Verhalten genau so sein wird.

Im folgenden System ist der Stab 4 ein Zugstab.



Der Stab ist mit einer Linienlast versehen. Um ein Ausfallen des Zugstabes zu provozieren wurde der Stab 3 (oberer Riegel) mit einer Temperaturlast um 100K abgekühlt. Dadurch bekommt der Zugstab Druck und fällt aus. An den Auflaferkräften sieht man ganz klar, dass die Last auf dem Zugstab nicht verloren geht. Ansonsten wären keine vertikalen Auflagerkräfte vorhanden.

Damit ist das Verhalten von RSTAB für Zug- und Druckstäbe geklärt. Wie ist es nun aber bei Balkenstäben mit Stabnichtlinearitäten?

Das soll ein ganz ähnliches System klären. Der Zugstab wurde durch einen Balkenstab mit "Ausfall bei Druck" ersetzt.



Auch hier gibt es vertikale Auflagerkräfte. Das Verhalten gleicht also Zug- und Druckstäben.

Fazit: Verwendet man in RSTAB ausfallende Stäbe mit Belastungen, dann muss man keine Angst haben, dass Lasten "verloren" gehen.

Sonntag, 5. Dezember 2010

Linktipp: fem-tech.de

Durch Zufall bin ich auf die Webseite der Firma FEM TECH gestoßen. Das ist ein Anbieter von Engineeringdienstleistungen für den Maschinenbau.

Eine interessante Veröffentlichung ist hier zu finden. In diesem Dokument wird sehr anschaulich erklärt, wie Computer Aided Optimization (CAO) funktioniert.

Nach der Spannungsberechnung wird die zu optimierende Spannung einer Temperaturlast gleichgesetzt. Der wird berechnet und die sich daraus ergebenden Verschiebungen werden zu den Knotenkoordinaten vom FE-Netz addiert. Dann beginnt der Zyklus erneut mit der Spannungsberechnung.

Ich muss sagen, das ist richtig clever. Das hört sich erst einmal relativ einfach an, ich bin mir aber sicher, dass da eine Menge Know-How dahinter steckt.

Sonntag, 28. November 2010

Radiale Bewehrung in RFEM definieren

Es gibt bestimmte Situationen im Stahlbetonbau, in denen eine radiale Verlegung der Bewehrung vorteilhaft ist. Bei einem kreisrunden Silo oder einem Kläranlagenbehälter käme sicherlich niemand auf die Idee, die Bewehrung im Boden orthogonal zu verlegen. Wie kann aber mit RFEM eine radiale Bewehrung verlegt werden?

Im FAQ von Dlubal gibt es dazu einen Hinweis. Die Anleitung ist jedoch etwas umständlich. Seit der 4er Version von RFEM gibt eine wesentlich einfachere Möglichkeit.

Die Richtung der Bewehrung richtet sich immer nach dem Koordinatensystem der einzelnen Elemente. Es müsste also nur gelingen, die Koodinatensysteme radial auszurichten. Und das ist ganz einfach.

Die Fläche muss schon definiert sein. Dann wird mit einem Doppelklick der Bearbeiten-Dialog aufgerufen und zur Registerkarte "Achsen" gewechselt.
Achsensysteme in RFEM drehen

Dort kann das Achsensystem geändert werden. Im obrigen Fall habe ich es auf den Punkt (0;0;0) ausgerichtet, es kann aber auch ein beliebiger anderer Punkt sein. Das Ergebnis sieht dann so aus:
Gedrehte FE-Achsensysteme in RFEM

Die x-Achse jedes Element zeigt jetzt zum Zentrum.

Bei der Betonbemessung wird die Bewehrungsrichtung 1 normalerweise in Richtung der x-Achse ausgerichtet. Damit ist der radiale Bewehrung generiert.

Sonntag, 14. November 2010

Linien verbinden, Durchdringungen

Schon seit RSTAB 5 gibt es eine kleines Tool zum grafischen Verbinden von Stäben. In RFEM kann man das noch zu ein paar interessanten Sachen mehr benutzen. In diesem kleinen Video wird gezeigt, wie man damit umgeht. Verwand mit dieser Funktion ist das Erzeugen von Durchdringungen zwischen zwei Flächen. Das wird ebenfalls im Video dargestellt.

Um das Video in optimaler Qualtität anzuschauen sollte auf HD und auf Vollbild geschaltet werden.

Sonntag, 7. November 2010

Linktipp: Mathepedia

Die Mathematik ist das Handwerkszeug jedes Ingenieurs. Leider vergisst man allzu schnell das, was man mal im Studium gelernt hatte. Bei Mathepedia kann man sein Wissen auffrischen. Auf der Webseite werden sehr viele Teilbereiche der Mathematik in einer verständlichen Art und Weise dargestellt. Mittels der Suchfunktion lässt sich die Seite sehr gut als Nachschlagewerk benutzen.

Sonntag, 24. Oktober 2010

Unterschiede zwischen Lastfallgruppen und Lastfallkombinationen

In RSTAB und in RFEM gibt es seit je her zwei Möglichkeiten, Lastlälle zu überlagern. Es gibt Lastfallkombinationen und Lastfallgruppen. In beiden kann man Überlagerungsvorschriften für Lastfälle definieren. Die Frage ist, was genau sind Lastfallkombinationen und wie werden Lastfallgruppen berechnet.
Wenn eine Lastfallkombination gebildet wird, dann werden zunächst mal die darin enthaltenen enthaltenen Lastfälle an den Rechenkern übergeben und die Ergebnisse berechnet. Dann werden die Ergebnisse überlagert.
Bei Lastfallgruppen ist es etwas anders. Zuerst werden die Lasten nach der Überlagerungsvorschrift zusammengefasst. Das wird dann an den Rechenkern übergeben, der dann die Ergebnisse ermittelt.
Nochmal der Ablauf bei Lastfallkombinationen:
  1. Berechnung der Lastfälle
  2. Überlagerung
Und bei Lastfallgruppen:
  1. Überlagerung der Lasten
  2. Berechnung
Das bisher gesagte trifft auf alle Versionen von RSTAB und RFEM zu. Im Laufe der Entwicklung wurde die Behandlung etwas geändert.

Unterschiede zwischen den Versionen

In RSTAB 5 war es grundsätzlich so, dass Lastfallgruppen immer nach Theorie II. Ordnung gerechnet wurden. Einstellmöglichkeiten gab es nicht. Wenn man nach Theorie I. Ordnung rechnen wollte, dann mussten Lastfallkombinationen verwendet werden.
Ab RSTAB 6 und RFEM 1 war das anders. Ab diesen Versionen konnte eingestellt werden, nach welcher Theorie Lastfälle und Lastfallgruppen berechnet werden sollten. Es ist nun auch ohne weiteres möglich, Lastfallgruppen nach Theorie I. Ordnung zu berechnen. Doch wozu das?

Wann Gruppe wann Kombination verwenden?

Eigentlich sind Lastfallkombinationen eine bequeme Sache. Beispiel:
LF1 ist Eigengewicht, LF2 Wind von rechts und LF3 Wind von links. Man könnte jetzt so eine Lastfallkombination definieren:
  • LK1: LF1/S+LF2 oder LF3
Es kann also in einer Lastfallkombination Wind von rechts und Wind von links mit Hilfe einer sogenannten Oder-Kombination untersucht werden. Das ist für RSTAB auch kein Problem, da ja nur die Ergebnisse überlagert werden.
Bei Lastfallgruppen ist das nicht möglich, das Belastungen überlagert werden. Hier kann nicht von vorne herein entschieden werden, welche Belastungen zu Minimum und Maximum führen. Deswegen müssten für den oben genannten Fall zwei Lastfallgruppen definiert werden:
  • LG1: LF1+LF2
  • LG2: LF1+LF3
Lastfallgruppen machen also erst mal mehr Arbeit. Doch sie haben auch Vorteile. Sobald das System nichtlinear ist, dann dürfen keine Ergebnisse mehr überlagert werden. Bei nichtlinearen Systemen gilt das Superpositionsgesetz nicht mehr. Man darf in diesem Fall also nicht mehr mit Lastfallkombinationen arbeiten. Doch wann ist ein System nichtlinear? Dabei sind drei Fälle zu unterscheiden:
  1. Geometrische Nichtlinearität
  2. Strukturelle Nichtlinearität
  3. Physikalische Nichtlinearität
Geometrische Nichtlinearität: Damit ist die Berechnung nach Theorie II. und III. Ordnung sowie die Postkritische Analyse gemeint. Sobald man also nicht mehr nach Theorie I. Ordnung rechnen kann, dann sind Lastfallgruppen notwendig. Das ist nichts Neues. Wozu aber Lastfallgruppen nach Theorie I. Ordnung?
Strukturelle Nichtlinearität: Darunter fallen beispielsweise nichtlineare Stabelemente. Das sind z. B. Zugstäbe. Durch solche nichtlinearen Elemente kann sich das statische System von Lastfall zu Lastfall ändern. Beispiel:

Statisches System beim Lastfall 1

Statisches System beim Lastfall 2

Ergebnisse aus unterschiedlichen statischen Systemen dürfen natürlich nicht überlagert werden. Das betrifft in RFEM die folgenden Nichtliniearitäten:
  • Stabnichtlinearitäten
    • Ausfall bei Zug
    • Ausfall bei Druck
    • Reißen
    • Fließen
    • Fließgelenke
    • Schlupf
  • Zugstab
  • Druckstab
  • Knickstab
  • Nichtlineare Lagerungenen
    • Flächenbettung mit Ausfall bei Zug oder Druck
    • Nichtlineare Linienlager
    • Nichtliniare Knotenlager
  • Kontaktelemente
Kommen solche Elemente in der Datei vor, dann können Lastfallkombinationen zu falschen Ergebnissen führen. Deswegen wird vom Programm auch eine Warnung ausgegeben.
Es sind einige Hintergrundinformationen notwendig, um Lastfallgruppen und Lastfallkombinationen richtig einzusetzen.

Freitag, 15. Oktober 2010

Begrüßung

Bereits im Studium habe ich die benutzerfreundliche Statiksoftware von Dlubal kennengelernt.

Ich werde in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen in etwas ausführlicheren Artikeln von meinen Erfahrungen mit dieser benutzerfreundlichen Software berichten. Die ersten Artikel befinden sich bereits in Vorbereitung...