Frage:
Wie kann ich einen Druckkontakt mit Zugausfall zwischen einem Querstab und einer schwach gekrümmten Membranfläche erreichen?
Antwort:
Der nichtlineare Kontakt zwischen Querstab und Membran kann über eine Schar von Stabelementen zwischen dem Stab und der Fläche erledigt werden. Dies erfordert, dass der Stab exzentrisch in der Ebene der Druckkraft-Resultierenden aus der Membranwirkung und der Anschlusslinie des Membrananschlusses liegt. Der geometrische Abstand zwischen Stab und Membran selbst ist auf den physikalischen Abstand zwischen Stabachse und Membrananschluss auszurichten.
Damit die Kopplung homogen über die komplette Koppellänge verläuft, ist eine gleichmäßige Anordnung mit jeweils gleicher Anzahl von FE-Knoten auf der Stabachse und auf der projizierten Kontaktlinie auf der Membranfläche sicherzustellen. Diese Aufteilung und Ausrichtung der FE-Knoten wird über eine entsprechende Platzierung von Topologieknoten auf der Stabachse und der korrespondierenden Kontaktlinie auf der Fläche erreicht. Dabei sollte der Abstand der Topologieknoten affin zur gewählten Netzmaschenweite der anschließenden Membranfläche gewählt werden.
Die Kopplung selbst ist mit einem nichtlinear unter Drucklast ausfallenden Starrstab zwischen den entstandenen Knotenpaaren auszuführen. Die genannte Nichtlinearität ist in diesem Fall mit einer Stabnichtlinearität "Ausfall bei Zug" umzusetzen. Der Anschluss des Starrstabes ist im Bereich des exzentrischen Stabes voll kompatibel (biegesteif) und mit einem lokal zum Starrstabachse bezogenen freien Translationsgelenk in der y/z Achse im Bereich der Membran auszuführen.
Diese Kontaktmodellierung ist aufgrund der gewählten Nichtlinearität und der Ausrichtung auf die Druckkraftresultierende in Verbindung mit dem freien Translationsgelenk in der Lage, nur Druckkräfte auf den angeschlossenen Querträger zu übertragen. Im Fall einer Sogbelastung fallen die Koppelbauteile aus und die Membran bewegt sich ungehindert von dem Querträger weg.
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