FAQ 002257 DE

Modellierung | Struktur RSTAB RFEM RF-STABIL RSKNICK

Mein Modell ist instabil. Was kann die Ursache sein?

Antwort

Ein Berechnungsabbruch wegen eines instabilen Systems kann verschiedene Gründe haben. Einerseits kann er auf eine „reelle“ Instabilität auf Grund einer Überlastung des Systems hinweisen, anderseits können jedoch auch Modellierungsungenauigkeiten für diese Fehlermeldung verantwortlich sein. Nachstehend finden Sie eine mögliche Vorgehensweise, um die Ursache der Instabilität ausfindig zu machen.

Zuerst sollte überprüft werden, ob das System von Seiten der Modellierung in Ordnung ist. Dazu kann man die Struktur z. B. unter reinem Eigengewicht in einem Lastfall nach Theorie 1. Ordnung berechnen. Werden im Anschluss Ergebnisse ausgegeben, ist die Struktur hinsichtlich der Modellierung stabil. Sollte dies nicht der Fall sein, sind im Folgenden die häufigsten Ursachen aufgelistet (siehe Video 1):

- Auflager fehlen oder wurden falsch definiert
- Stäbe tordieren um die eigene Achse (der Stab wird um die eigene Achse nicht gehalten)
- Stäbe sind nicht miteinander verbunden (Extras-->Modellkontrolle)
- Knoten liegen augenscheinlich an selber Stelle, bei genauerer Betrachtung weichen diese jedoch minimal voneinander ab (häufige Ursache bei CAD Import, Extras-->Modellkontrolle)
- Stabendgelenke/Liniengelenke verursachen eine „Gelenkkette“
- Die Struktur ist nicht ausreichend ausgesteift
- Nichtlineare Strukturelemente (z. B. Zugstäbe) fallen aus

Zu letztem Punkt wird in Bild 2 ein Beispiel aufgezeigt. Es handelt sich um einen gelenkigen Rahmen welcher durch Zugstäbe ausgesteift wird. Wegen der Stielverkürzungen infolge der Vertikallasten erhalten die Zugstäbe im ersten Berechnungsdurchgang kleine Druckkräfte. Sie werden aus dem System entfernt (da nur Zug aufgenommen werden kann). Im zweiten Rechendurchgang ist das Modell ohne diese Zugstäbe dann instabil. Es gibt mehrere Möglichkeiten dieses Problem zu lösen. Sie können den Zugstäben eine Vorspannung (Stablast) erteilen, um die kleinen Druckkräfte zu „eliminieren“, den Stäben eine kleine Steifigkeit zuweisen (siehe Bild 2) oder die Stäbe nacheinander in der Berechnung entfernen lassen (siehe Bild 2).

Um eine grafische Darstellung der Ursache einer Instabilität zu erhalten, kann das Modul RF-Stabil (RFEM) weiterhelfen. Mit der Option „Eigenform des instabilen Modells ermitteln, …“ (Siehe Bild 3) lassen sich vermeintlich instabile Systeme berechnen. Es wird anhand der Strukturdaten eine Eigenwertanalyse durchgeführt, so dass als Ergebnis die Instabilität des betroffenen Bauteils graphisch dargestellt wird.


Lassen sich Lastfälle/Lastkombinationen nach Theorie 1. Ordnung berechnen und die Berechnung steigt erst ab Theorie 2. Ordnung aus, so liegt in den meisten Fällen ein “Verzweigungsproblem“ vor (Verzweigungslastfaktor kleiner 1,00). Der Verzweigungslastfaktor gibt an, mit welchem Faktor die Belastung multipliziert werden muss, damit das Modell unter der zugehörigen Last instabil wird (ausknickt). Daraus folgt: Ein Verzweigungslastfaktor kleiner 1,00 bedeutet, dass das System instabil ist. Nur ein positiver Verzweigungslastfaktor größer 1,00 lässt die Aussage zu, dass die Belastung infolge der vorgegebenen Normalkräfte multipliziert mit diesem Faktor zum Knickversagen des stabilen Systems führt. Um die „Schwachstelle“ ausfindig machen zu können, empfiehlt sich folgende Vorgehensweise, welche das Modul RS-Knick (RSTAB) bzw. RF-Stabil (RFEM) voraussetzt (siehe Video 2):

Zuerst sollte die Last der betroffenen Lastkombination solange verringert werden, bis die Lastkombination stabil wird. Als Hilfsmittel dient dabei der Lastfaktor in den Berechnungsparametern der Lastkombination (siehe Video 2). Dies entspricht auch einer manuellen Ermittlung des Verzweigungslastfaktors, falls das Modul RS-Knick bzw. RF-Stabil nicht zur Verfügung steht. Im Anschluss kann auf Basis dieser Lastkombination im Modul RS-Knick bzw. RF-Stabil die Knick- oder Beulfigur berechnet und grafisch ausgegeben werden. Durch die grafische Ausgabe kann die „Schwachstelle“ im System ausfindig gemacht und diese im Anschluss gezielt optimiert werden.

Anhänge
Video 1-de.wmv (16.52 MB)
Video 2-de.wmv (23.97 MB)

Schlüsselwörter

Instabil, Verzweigungslast, Singulär,

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