Větrolamy jsou speciální tkaninové konstrukce, které chrání životní prostředí před škodlivými chemickými částicemi, omezují větrnou erozi a pomáhají zachovat cenné zdroje. Programy RFEM a RWIND se používají pro analýzu větrolamů jako programy pro jednosměrnou interakci proudění a konstrukce (FSI). V tomto příspěvku ukážeme, jak lze provést statické posouzení větrolamů pomocí programů RFEM a RWIND.
RWIND 2 je program pro generování zatížení větrem metodou CFD (Computational Fluid Dynamics). Simuluje proudění větru kolem budov včetně nepravidelných a unikátních geometrií pro stanovení zatížení větrem na jejich plochy a pruty. Program RWIND 2 může být integrován do programů RFEM/RSTAB pro statické výpočty nebo použit samostatně.
Programy RFEM a RSTAB nabízejí parametrické zadávání vstupních údajů jako užitečnou funkci při vytváření nebo úpravě modelů pomocí proměnných. V tomto příspěvku si ukážeme, jak lze definovat globální parametry a jak je používat ve vzorcích pro stanovení číselných hodnot.
RFEM 6 má k dispozici addon Form-finding pro nalezení rovnovážných tvarů tahem zatížených plošných modelů a osově zatížených prutů. Tento addon aktivujte v Základních údajích modelu a použijte k nalezení geometrického tvaru, ve kterém je předpětí lehkých konstrukcí v rovnováze s existujícími okrajovými podmínkami.
V běžné literatuře se uvádějí vzorce pro ruční výpočet vnitřních sil nebo deformací obvykle bez ohledu na deformaci smykem. Obzvláště v dřevěných konstrukcích se tak často deformace vlivem smykové síly podceňují.
Programy RFEM a RSTAB jsou programy pro obecné výpočty prutových konstrukcí a pro analýzu konstrukcí metodou konečných prvků, které jsou schopny pokrýt bezpočet dílčích oblastí stavebního oboru. V obou těchto programech lze také posuzovat lanové konstrukce. V našem příspěvku představíme některé nástroje pro modelování a návrh lanových konstrukcí.
Lanové a membránové konstrukce jsou považovány za velmi štíhlé a estetické stavební konstrukce. Jejich zčásti velmi složité tvary vyznačující se dvojitou křivostí lze stanovit pomocí vhodných algoritmů pro form-finding. Ein möglicher Lösungsansatz ist hier zum Beispiel die Formensuche über das Gleichgewicht zwischen der Oberflächenspannung (vorgegebene Vorspannung und zusätzliche Last wie Eigengewicht, Druck etc.) und den gegebenen Randbedingungen.
Přídavné moduly RF‑PIPING a RF‑PIPING Design slouží k posouzení potrubních systémů podle EN 13480-3 [1], ASME B31.1 a B31.3. Napětí v potrubí se přitom počítají pro evropskou normu pomocí vzorců z kapitoly 12.3 Pružnostní analýza. Podle druhu napětí se uvažuje jeden nebo několik výsledných momentů nezávisle na sobě. Tato diferenciace se například uplatňuje při výpočtu napětí od občasných zatížení.
Membránové konstrukce během projekční činnosti vyžadují speciální přístup, který respektuje jejich odlišnost od konvenčních staveb. Nedílnou součástí navrhování těchto staveb je proces hledání vhodných předepjatých tvarů a generování střihových vzorů. Text stručně popisuje dva zásadní procesy při navrhování membránových konstrukcí. Záměrem je přiblížit jejich fyzikální povahu a demonstrovat jednotlivá tvrzení doprovodnými příklady.
Přídavný modul RF-FORM-FINDING umožňuje v programu RFEM stanovit rovnovážné tvary membránových a lanových prvků. In diesem Berechnungsprozess sucht das Programm für die Membran- und Seilelemente eine geometrische Lage, in der die Oberflächenspannung/Vorspannung der Membranen und Seile im Gleichgewicht mit den natürlichen und geometrischen Randreaktionen steht. Dieser Prozess heißt Formfindung (nachfolgend FF genannt). Die FF-Berechnung wird in RFEM global in den "Basisangaben" eines Modells im Register "Optionen" aktiviert. Nach Aktivierung werden in RFEM ein Lastfall beziehungsweise ein Berechnungsprozess mit dem Namen RF-FORMFINDUNG angelegt und für die Seil- und Membraneingabe zusätzlich FF-Parameter zur Definition der Oberflächenspannung und Vorspannung freigeschaltet. Die Aktivierung der FF-Option bedeutet für das Programm, dass vor der reinen strukturellen Berechnung der Schnittgrößen, Verformung, Eigenwerte etc. immer zuerst der Formfindungsprozess gestartet und für die Folgeberechnung ein entsprechend vorgespanntes Modell vorgegeben wird.
Proces form-findingu v přídavném modulu RF-FORM-FINDING posouvá rohové uzly konečných prvků membránové plochy v prostoru tak dlouho, dokud definované napětí na ploše není v rovnováze s okrajovými podmínkami. Diese Verschiebung erfolgt unabhängig von der Elementgeometrie. Da diese freie Verschiebung bei Elementen mit vier Eckpunkten eine räumliche Drillung der Elementebene hervorrufen kann und dann die Gültigkeitsgrenzen der Berechnung nicht mehr eingehalten sind, sind für Formfindungssysteme generell Dreieckselemente zu empfehlen. Dreieckselemente bleiben unabhängig von der Verschiebung der Eckknoten eben und in den Anwendungsgrenzen der Berechnung.
Během procesu form-findingu se při hledání rovnovážného stavu zohledňuje také modul prokluzu nosné konstrukce. Große Durchbiegungen von stützenden Fachwerkträgern oder die reine Biegeverformung von Randträgern können bei der Ermittlung der Membranform berücksichtig werden.
Proces form-findingu v programu RFEM hledá rovnovážný stav, kdy jsou definované předpětí membrán a předpětí nebo délkové změny lanových prvků s okrajovými reakcemi v rovnováze. Hierbei gibt das Programm die Möglichkeit, einen isotropen oder einen orthotropen Vorspannungszustand für die Membranen zu definieren.
V programech RFEM a RSTAB lze u prutů s kruhovými dutými průřezy definovat a analyzovat kromě zatížení ohybem, kroucením, podélným zatížením a přetvořením také vnitřní tlak. Následující obvodová a normálová napětí vyplývající z vnitřního tlaku se analyzují pomocí Barlowova vzorce a přenášejí se do návrhových modulů, aby se zbylá napětí od vnitřních sil superponovala.
V programu RFEM je k dispozici souborové a přímé DXF rozhraní. Die dateibasierte DXF-Schnittstelle exportiert die Daten in eine DXF-Datei, die direkte hingegen in eine offene AutoCAD-Datei. Im Schnittstellendialog kann man anwählen, welche Daten man exportieren möchte (Ergebnisse als Isolinien, Ergebniswerte, FE-Netz mit Rand- und Integrationslinien).
Přídavný modul RF-FORM-FINDING se aktivuje v záložce "Možnosti" v základních údajích modelu. Po aktivaci této volby se v hlavním programu objeví další nabídka pro membránové a lanové prvky pro popis stavu předpětí a vytvoří se zatěžovací stav pro RF-FORM-FINDING.
U opakujících se prvků, jako jsou určité konstrukční prvky nebo normované části, lze použít parametrizaci základního modelu. Neboť v programu nejsou hlavními prvky dílce, ale jejich uzly, musíme parametrizovat tyto uzly. Například prut není definován svojí délkou, ale svým počátečním a koncovým uzlem. Díky tomuto způsobu modelování lze snadno vytvořit komplexní vzorce přímo pro trojrozměrné konstrukce.