Strukturstabilität | RFEM 6 / RSTAB 9
Add-On zur Stabilitätsanalyse nach Eigenwertmethode und Inkrementalverfahren
„Das RFEM-Zusatzmodul RF-STABIL ist eine perfekte Kombination mit RWIND Simulation. Mit RF-STABIL kann ich eine Knickanalyse durchführen, um genaue Knicklängen zu erhalten. Mit RWIND Simulation erhalte ich genaue Windlasten. Bei ungewöhnlichen Strukturformen wäre es reine Spekulation, ob die Windlasten aus der Norm ... nicht konservativ oder absolut konservativ berechnet werden müssen. Mein Kunde ist mit den Ergebnissen zufrieden und beeindruckt!“
Yuri Yurianto, SE, PE, M.Sc.
1. Oktober 2019
Mit dem Add-On Strukturstabilität werden Stabilitätsuntersuchungen durchgeführt. Es ermittelt kritische Lastfaktoren und die dazugehörigen Stabilitätsfiguren.
Leistungsmerkmale
- Berechnung von Modellen aus Stab-, Schalen- und Volumenelementen
- Nichtlineare Stabilitätsanalyse
- Wahlweise Berücksichtigung von Normalkräften aus Anfangsvorspannung
- Vier Gleichungslöser für effektive Berechnung verschiedenster Modelle
- Optionale Berücksichtigung der Steifigkeitsänderungen von RFEM/RSTAB
- Ermittlung der Stabilitätsfigur ab benutzerdefiniertem Laststeigerungsfaktor (Shift-Methode)
- Optionale Ermittlung der Eigenform von instabilen Modellen (um Ursache der Instabilität zu erkennen)
- Visualisierung der Stabilitätsfigur
- Grundlage für die Ermittlung der Imperfektion
Eingabe
In einem Lastfall oder einer Lastkombination wird die Stabilitätsberechnung aktiviert. Es kann ein weiterer Lastfall festgelegt werden, um z. B. eine Anfangsvorspannung zu berücksichtigen.
Es ist anzugeben, ob eine lineare oder eine nichtlineare Analyse erfolgen soll. Je nach Anwendungsfall kann eine direkte Berechnungsmethode wie z. B. nach Lanczos oder aber die ICG-Iterationsmethode ausgewählt werden. Stäbe, die nicht in Flächen integriert sind, werden in der Regel als Stabelemente mit zwei FE-Knoten abgebildet. Mit solchen Elementen kann das lokale Knicken des Einzelstabes nicht erfasst werden. Deshalb besteht die Möglichkeit, Stäbe automatisch teilen zu lassen.
Berechnung
Für die Eigenwertermittlung stehen mehrere Methoden zur Auswahl:- Direkte Methoden
Die direkten Methoden (Lanczos (RFEM), Wurzeln des charakteristischen Polynoms (RFEM), Unterraum-Iterationsmethode (RFEM/RSTAB), Inverse Iteration mit Shift (RSTAB)) sind für kleine bis mittlere Modelle geeignet. Diese schnellen Methoden für Gleichungslöser profitieren von viel Arbeitsspeicher (RAM) im Computer. - ICG-Iterationsmethode (Incomplete Conjugate Gradient (RFEM))
Diese Methode benötigt nur wenig Arbeitsspeicher. Die Eigenwerte werden nacheinander ermittelt. Sie kann eingesetzt werden, um sehr große Systeme mit wenigen Eigenwerten zu berechnen.
Mit dem Add-On Strukturstabilität kann auch mit dem Inkrementalverfahren eine nichtlineare Stabilitätsanalyse durchgeführt werden. Sie liefert auch bei nichtlinearen Systemen wirklichkeitsnahe Ergebnisse. Der kritische Lastfaktor wird ermittelt, indem die Lasten des zugrunde liegenden Lastfalls schrittweise bis zur Instabilität gesteigert werden. Bei der Laststeigerung werden Nichtlinearitäten wie z. B. ausfallende Stäbe, Lager und Bettungen sowie Materialnichtlinearitäten berücksichtigt. Nach der Laststeigerung kann optional am letzten stabilen Zustand eine lineare Stabilitätsanalyse durchgeführt werden, um die Stabilitätsfigur zu ermitteln.
Ergebnisse
Als erste Ergebnisse werden die kritischen Lastfaktoren präsentiert. Damit ist eine Beurteilung der Stabilitätsgefährdung möglich. Bei Modellen mit Stäben werden die Knicklängen und kritischen Lasten der Stäbe tabellarisch ausgegeben.
In weiteren Ergebnismasken können die normierten Eigenformen knoten-, stab- und flächenweise überprüft werden. Die grafische Ausgabe der Eigenwerte ermöglicht eine Beurteilung des Knick- bzw. Beulverhaltens. Sie erleichtert es, Gegenmaßnahmen vorzusehen.
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