Formfindung von Membran- und Seilkonstruktionen

1. April 2015

Das RFEM-Modul RF-FORMFINDUNG sucht die Form von Membran- und Seilkonstruktionen. Die Form wird dabei über das Gleichgewicht zwischen der Oberflächenspannung (Vorspannung) und den natürlichen bzw. geometrischen Randreaktionen ermittelt.

In den nachfolgenden statischen Analysen wird dann die neue Form unter Berücksichtigung der geometrisch nichtlinearen Berechnungstheorie nach III. Ordnung (Theorie der großen Verformungen) berechnet.

Leistungsmerkmale

  • Membran als 2D- und Seil als 1D-Element
  • Simulation der Membranelemente im Gesamtsystem
  • Berücksichtigung der Nachgiebigkeit der Unterkonstruktion
  • Simulation von isotropen und orthotropen Membranen
  • Isotrope, orthotrope und radiale Vorspannungsfelder für Membrane
  • Geometrische Auslenkung, Kraft oder Kraftdichte bei Seilelementen
  • Berücksichtigung von Eigengewichtskräften bei der Formfindung
  • Berücksichtigung von Innendrücken bei der Formfindung (pneumatische Modelle)
  • Grafische Auswertung der neuen Form über farbige Koordinaten- und Neigungsplots
  • Belastung der Membran durch geometrieunabhängige freie Lastblöcke
  • Volle Dokumentation der Berechnung mit benutzerdefinierten adaptiven Auswertungsbildern
  • Temporäre Lagerdefinitionen für den Formfindungsprozess
  • Simulation von Gewebe aus Glas/PTFE- und ETFE-Folien
  • Exportmöglichkeit des FE-Netzes als dxf- oder Excel-Datei

Arbeiten mit RF-FORMFINDUNG

Zunächst werden die Lagerungsbedingungen und Eigenschaften der Membran definiert. Dabei werden in den Membraneigenschaften die Vorspannungs-Parameter festgelegt.

Danach erfolgt ein iterativer Formfindungsprozess unter Einhaltung des Gleichgewichtes zwischen den definierten Vorspannungen und den Randreaktionen.

Nach der Formfindung ersetzt RFEM die Anfangseingabe durch die neue Form, indem es im Hintergrund ein neues „deformiertes“ Netz mit dem resultierenden Spannungszustand aus der Formfindung ansetzt. Dieses neue Modell mit eingeprägtem Spannungszustand steht dann für alle Folgeberechnungen bereit.

Des Weiteren gibt die Formfindungsberechnung in dem Lastfall RF-FORMFINDUNG die Kräfte in der Membran bzw. im Seil aus (Seilkräfte und -spannungen, Membrankräfte und -spannungen, Netzhöhe und -neigung, Auflagerreaktionen).

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