Formfindung für RFEM 6

Leistungsmerkmale

• Formfindung von zugbelasteten Membran- und Seilkonstruktionen
• Druckformfindung von stabförmigen Stützkonstruktionen
• Formensuche unter Berücksichtigung des Gesamtsystems mit anschließender Bemessung
• Hochwerte Formfindung durch Nutzung der iterativen URS-Methode
• Pneumatische Vorspannung mittels Gasdrucklasten 
• Nutzung eines idealen Gases in einer Membranhülle
• Geometrische und kraftbasierte Formfindungsvorgaben für Stabbauteile
• Isotrope und Orthotrope Flächenvorspannung
• Stabilisierte Formfindung für konische Formen mit tangentialer und radialer Vorspannung
• Organisation sämtlicher Formfindungsvorgaben in einem Lastfall
• Anwendung für isotrope und orthotrope Materialien mit ausgeprägter Kett- und Schussrichtung
• Berücksichtigung nichtlinearen Materialgesetze mittels des Add-Ons „Nichtlineares Materialverhalten“
• Gestaffelte Formfindungsprozesse und temporäre Modellstützungen mittels des Add-Ons „Analyse von Bauzuständen (CSA)“
• Ausgabe eines universal einsetzbaren formgefundenen Anfangszustands mit eingeprägten Dehnungen
• Grafische Formauswertung durch farbige Koordinaten- und Neigungsplots
• Automatische Zuordnung des Anfangszustands durch Lastkombinationsassistenten
• Darstellung aller Ergebnisse auf der anfänglichen und verformten Form sowie der Inkrementergebnisse auf der jeweils zugehörigen verformten Elementgeometrie

Eingabe

Mit Aktivierung des Add-Ons Formfindung in den Basisangaben wird den Lastfällen mit der Lastfallkategorie „Vorspannung“ in Verbindung mit den Formfindungslasten aus dem Stab-, Flächen- und Volumenlastkatalog eine formgebende Wirkung zugewiesen. Ein solcher Vorspannungslastfall mutiert damit zu einer Formfindungsanalyse für das Gesamtmodell mit allen darin definierten Stab, Flächen- und Volumenelementen. Die Formgebung der relevanten Stab- und Membranelemente inmitten des Gesamtmodells erfolgt durch spezielle Formfindungslasten und regulären Lastdefinitionen. Die Formfindungslasten beschreiben hierbei den erwarteten Verformungs- bzw. Kraftzustand nach der der Formfindung in den Elementen und die regulären Lasten die externe Belastung des Gesamtsystems.

Berechnung

Der Formfindungsprozess der Lastfälle mit der Lastfallkategorie „Vorspannung“ verschiebt die anfängliche Netzgeometrie mittels iterativen Berechnungsschleifen an eine optimal im Gleichgewicht stehende Position. Für diese Aufgabe verwendet das Programm die Updated Reference Strategy (URS) Methode von Prof. Bletzinger und Prof. Ramm. Diese Technologie zeichnet sich durch Gleichgewichtsformen aus, die nach der Berechnung annähernd genau die initial vorgegebenen Formfindungsrandbedingungen (Durchhang, Kraft und Vorspannung) einhalten.

Durch den integralen Ansatz der URS wird neben der reinen Beschreibung der zu erwartenden Kräfte oder Durchhänge auf den zu formenden Elementen auch eine Berücksichtigung von regulären Kräften ermöglicht. Das erlaubt im gesamtheitlichen Prozess z. B. eine Beschreibung des Eigengewichts bzw. eines pneumatischen Drucks durch entsprechende Elementlasten.

Mit all diesen Optionen erhält der Berechnungskern das Potential, antiklastische und synklastische im Kräftegleichgewicht stehende Formen für flächige oder rotationssymmetrische Geometrien zu errechnen. Um beide Typen einzeln oder zusammen in einer Umgebung praxisnah umsetzen zu können, gibt die Berechnung zwei Arten zur Beschreibung der Formfindungskraftvektoren an:

• Zugmethode – Beschreibung der Formfindungskraftvektoren im Raum für flächige Geometrien
• Projektionsmethode – Beschreibung der Formfindungskraftvektoren auf einer Projektionsebene mit Fixierung der horizontalen Lage für konische Geometrien

Ergebnisse

Der Formfindungsprozess gibt im „Vorspannungslastfall“ ein Strukturmodell mit eingeprägten Kräften aus. Dieser Lastfall zeigt in den Verformungsergebnissen die Verschiebung von der initialen Eingabeposition zur formgefundenen Geometrie und in den kraft- bzw. spannungsbasierten Ergebnissen (Stab- und Flächenschnittgrößen, Volumenspannungen, Gasdrücke, etc.) den Zustand zur Aufrechterhaltung der gefundenen Form. Für die Analyse der Formgeometrie wir ein flächiger Umrisslinienplot mit Ausgabe der absoluten Höhe und einen Neigungsplot zur Visualisierung der Gefällesituation angeboten.

Zur Weiterrechnung und statischen Analyse des Gesamtmodells transferiert das Programm die formgefundene Geometrie inklusive der elementweisen Dehnungen in einen universell einsetzbaren Anfangszustand zur Nutzung in den Lastfällen und Lastkombinationen.