Modelování modelu prutu
RFEM bietet die Möglichkeit, dünnwandige Querschnitte als Stäbe in Flächenmodelle umzuwandeln. Aus diesem Grund sollte zunächst das Stabmodell angelegt und dann die entsprechenden Stäbe umgewandelt werden. Das für diesen Beitrag zugrunde gelegte Modell ist in Bild 01 a zu sehen.
Jedná se o jeden rám haly s tuhým rámovým spojem, část rámu označená šipkou byla převedena na plošný model. Die Länge der Stäbe spielt dabei natürlich aus zweierlei Sicht eine große Rolle.
- Plošný model vyžaduje dělení na mnohem více konečných prvků než prut. Die Länge des Stabes sollte daher möglichst klein gewählt werden, um den Berechnungsaufwand und damit die Dauer der Berechnung zu minimieren. Auf der anderen Seite steigt auch die Genauigkeit der Berechnung, wenn noch mehr FE-Elemente und auch ein großer Teil des Stabes als Flächenmodell vorliegen.
- Der Übergang von Stab- zu Flächenmodell braucht eine gute Lasteinleitung, da die Stabkräfte von einem Knoten auf die Linien des Querschnitts übertragen werden müssen. Um eine möglichst realitätsnahe Lastausbreitung zu erhalten, sollte der Stab daher nicht zu kurz sein.
Um beide Anforderungen zu erfüllen, kann man die Faustregel der Lastausbreitung unter einem Winkel von 60° verwenden. Délka prutů by měla být minimálně stejná jako největší šířka průřezu.
Bild 02 zeigt den Vergleich dreier modellierter Rahmenecken in einem Schnitt, welcher bei halber Querschnittsbreite b angesetzt wurde. Referenční hodnotou je srovnávací napětí von Mises. Es ist gut zu erkennen, dass es noch größere Unterschiede zwischen Variante 1 mit einfacher und Variante 2 mit zweifacher Querschnittsbreite als Länge l gibt. Ab der dreifachen Länge in Variante 3 scheinen die Unterschiede kaum noch ablesbar. Es sollte daher auf der sicheren Seite liegend die zweifache Querschnittsbreite als Länge angesetzt werden. Stejnou délku použijeme také na nosník. Der Einfachkeit halber wurde hier auf eine Kürzung verzichtet und die gesamte Voute verwendet.
Vzhledem k tomu, že sloup by měl přesahovat nad průsečík střednic, byl prodloužen nahoru o další prut. Dabei sollte die Länge dieses Stabes so gewählt werden, dass er mindestens über die Voute hinausragt, da er später auf die richtige Länge gekürzt wird. Upravený rámový roh je vidět na obrázku 01 b.
Vytvoření modelu z ploch
Pruty budou nyní převedeny na plochy. Man klickt dazu rechts auf einen Stab und wählt "Zerlegen in Flächen". Das so entstandene Modell hat allerdings diverse Überschneidungen. Des Weiteren fehlen die Stirnplatten, Rippen und auch die korrekte Neigung der Stütze am oberen Ende.
Ze všeho nejdříve je třeba opravit kolidující plochy. Dazu kann man das Werkzeug "Linien/Stäbe verbinden" wählen. Wenn damit zwei sich schneidende Flächen markiert werden, werden Schnittpunkte an den Begrenzungslinien bei der Durchdringung erzeugt. Es wäre auch möglich, eine Durchdringung zu erzeugen und diese in eine Linie zu konvertieren. Auf diese neuen Punkte können dann die Endpunkte der Voute verschoben werden, wie in Bild 03 deutlich wird.
Es ist möglich, dass dabei Flächen fehlerhaft oder gelöscht werden. Tyto plochy jsou červeně zvýrazněny v Navigátoru > Data > Plochy a lze je opravit výběrem správných hraničních linií v jejich vlastnostech. Nachdem noch alle überflüssigen Linien und Knoten gelöscht wurden, sollte ein Modell wie in Bild 04 vorhanden sein.
Další krok je oříznutí sloupu. Pro získání správného sklonu náběhu a vektoru posunutí pro kopírování použijeme jeden z krajních bodů horní pásnice. In Bild 04 ist der Vorgang dargestellt. Zkopíruje se horní průsečík pásnice sloupu a nosníku. Im Dialog "Kopieren/Verschieben" wird eine Kopie eingetragen und als Vektor der Anfangs- und der Endknoten der Riegelflanschkante angeklickt. Da sich der Riegel verjüngt, muss der Wert für diese Richtung (hier dY) auf 0 gesetzt werden. Nyní může být vytvořena linie mezi těmito dvěma uzly. Tato linie nyní také protíná opačný okraj pásnice sloupu. Über das Werkzeug "Linien/Stäbe verbinden" kann der Schnittpunkt erzeugt werden.
Nachdem auf diesem Weg die korrekte Neigung abgebildet wurde, wird der neue Knoten auf die andere Seite der Stütze gespiegelt oder kopiert und danach die Knoten des Stützenendes auf diese neuen Knoten heruntergezogen (Bild 05 a). An dieser Stelle kann auch gleich der Stoß zwischen der Stütze und der angelegten Verlängerung auf die untere Kante der Voute gezogen und die zusätzlichen Linien für die Steifen und die Stirnplatte angelegt werden, wie es in Bild 05 b dargestellt ist.
Poté bude vytvořen čelní plech náběhu. Linie průsečíku sloupu a nosníku mohou být zkopírovány kolmo na sloup. Vzdálenost závisí na tloušťce pásnice a plechu. Sečteme obě poloviny tlouštěk. V tomto případě má pásnice tloušťku 13,5 mm a čelní plech 12 mm. Výsledná tloušťka je 13 mm. Po zkopírování linií pro výztuhy lze linie nosníku posunout o tuto vzdálenost (obrázek 06) a vytvořit tak nové linie čelního plechu. Nach diesem Schritt werden die Flächen der Voute nicht mehr vorhanden sein, da die sich die Begrenzungslinien verändert haben.
K dokončení modelu je ještě nutné vytvořit linie žeber, linie ztracených a nových ploch. Für den vorliegenden Fall würde das Ergebnis wie in Bild 07 aussehen. Pro názornost jsou plochy zobrazeny v různých barvách v závislosti na tloušťce.
Modelování šroubů
Spojení mezi čelním plechem nosníku a pásnicí sloupu je vytvořeno pomocí kontaktního tělesa a prutů. Das Kontaktvolumen wird zwischen die beiden Flächen (Stütze/Riegel) gelegt und kann den Ausfall bei Zug zwischen den Flächen simulieren. Tahové síly by měly být přeneseny šrouby, které jsou modelovány pomocí prutů.
Ze všeho nejdříve je potřeba vytvořit otvory pro šrouby. Základem otvorů pro šrouby jsou otvory v pásnici a čelním plechu. Horní rohový uzel čelního plechu je zkopírován do správné pozice (obrázek 08 a). An dieser Stelle kann dann ein Kreis erstellt werden (Arbeitsebene beachten). Hraniční plochy kontaktních těles musí mít vždy čtyři hraniční linie. Da dies bei diesem Loch mit seinen Innenflächen noch nicht gegeben ist, muss der Kreis in zwei Segmente geteilt werden (Linie einfügen und "Linien/Stäbe verbinden" anwenden). Danach kann über "Begrenzungslinien selektieren..." die Öffnung erstellt werden (Bild 08 b).
Im nächsten Schritt wird die erstellte Bohrung samt Mittelpunkt nach unten kopiert. Oba otvory lze zrcadlit (obrázek 09 a). Kontaktní tělesa můžeme vytvořit po vybrání protějších plechů kliknutím na „Vytvořit těleso s kontaktem... “ (obrázek 09 b). Již hotové kontaktní těleso je viditelné na obrázku 09 c. „Neúčinnost při tahu“ se nastaví v dialogovém okně kontaktu.
Für die Modellierung der Schrauben können Stäbe mit Querschnitt Rundstahl entsprechend des Kerndurchmessers der verwendeten Schrauben eingesetzt werden. Šroub může být zatížen předpětím. Pro přenos zatížení mezi prutem a plechem lze použít plochu „Bez membránového tahu“. Nelineární působení v otvoru je simulováno pomocí neúčinnosti v tahu (obrázek 10).
Připojení k prutovému modelu je vytvořeno pomocí tuhých prutů. Dazu wird an beiden Enden die Querschnittskontur des Flächenmodells mit Starrstäben versehen, welche einen gleichmäßigen Lasteintrag des Punktes vom Stab- zum Flächenmodell gewährleisten.
Tipy & Triky
Koherentní modelování se projeví během generování sítě konečných prvků. Darum nachfolgend drei typische Probleme und wie man diese beheben kann.
- „Hraniční linie plochy nejsou uzavřené.“
Das Problem tritt auf, wenn Begrenzungslinien einer Fläche abgeändert wurden. V tomto případě se jednalo o několik ploch náběhu. Diese alten Flächen wurden bereits durch neue Flächen ersetzt und die alten fehlerhaften Flächen können gelöscht werden. Generell kann man sagen, dass die Korektur einer Fläche meist länger dauert als eine neue über "Begrenzungslinien selektieren..." anzulegen. - „Počet objektů integrovaných v kontaktních plochách neodpovídá“
Při modelování kontaktního tělesa musí být obě plochy absolutně identické. Dort, wo ein Knoten in einer Fläche ist, muss der Knoten entlang der Flächennormale auch in der anderen Fläche sein. Hraniční plochy kontaktního tělesa musí stejné všude stejné. - „Boční plocha XX nemá čtyři hraniční linie.“
Všechny boční plochy kontaktního tělesa musí mít čtyři hraniční linie. To platí i pro otvory v kontaktním tělese. In Bild 11 ist dazu ein kleines Beispiel dargestellt. In Fall a hat die dargestellte Berandungsfläche genau vier Linien (2, 22, 10, 23), in Fall b jedoch fünf, was nicht zulässig ist. Die Anzahl der Berandungslinien der Deckflächen ist hingegen nicht von Bedeutung.
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