Die Werkstoffnorm EN 10025-2 schreibt in Tabelle 7 Fließgrenzen fy für die jeweiligen Stahlsorten in Abhängigkeit von der Erzeugnisdicke vor. Ebenso werden in DIN EN 1993-1, Tabelle 3.1 dickenabhängige Fließgrenzen vorgegeben.
Die unterschiedlichen Fließgrenzen fy werden in RFEM 6 an unterschiedlichen Stellen berücksichtigt. Zum einen in der statischen Analyse, bei der das eingestellte Materialmodell berücksichtigt wird, zum anderen im Spannungsnachweis (z.B. mit dem Add-On Spannungs-Dehnungsanalyse), bei dem die vorgegebenen Werte für die Fließgrenzen fy je nach eingestellter Werkstoffnorm den Werten der auftretenden Spannungen gegenübergestellt werden.
Zur Veranschaulichung der folgend dargestellten drei Fälle wird ein RFEM 6 - Modell bereitgestellt. Für jeden Fall wurde ein Kragarm, bestehend aus Flächen mit unterschiedlichen Blechdicken, mit Einzellast am freien Ende modelliert.
Fall 1: Linear elastisches Materialmodell
Dieses Material unterstellt einen linearen (proportionalen) Anstieg der Spannungen in Abhängigkeit der Verzerrungen. Dadurch können Werte für die Spannungen im Material weit oberhalb der Fließgrenze auftreten.
Im RFEM-Modell wird dieser Fall vom Kragarm mit den Flächen 1 bis 5 repräsentiert.
Fall 2: Nichtlinear elastisches Materialmodell mit pauschal angesetzter Fließgrenze
Dieses Material unterstellt einen linearen (proportionalen) Anstieg der Spannungen bis zur Fließgrenze fy. Oberhalb dieses Wertes wird ein kleiner E-Modul von z.B. 2.1 N/mm2 angesetzt. Das Material kann oberhalb der Fließgrenze Spannungen aufnehmen, was allerdings mit einer großen Dehnungszunahme verbunden ist. Einzelne FE-Elemente können sich der Spannungszunahme durch Umlagerung auf Nachbarelemente entziehen.
Im RFEM-Modell wird dieser Fall vom Kragarm mit den Flächen 11 bis 15 repräsentiert.
Fall 3: Nichtlinear elastisches Materialmodell mit dickenabhängig angesetzter Fließgrenze
Das Materialverhalten entspricht Fall 2, allerdings wird hier manuell die Fließgrenze fy analog zu den Angaben der oben genannten Werkstoffnormen in der Definition des Materialmodells angesetzt. Dies führt dazu, dass die Umlagerungen in den FE-Elementen nun blechdickenabhängig gesteuert wird. Die Spannungsumlagerung setzt bei dickeren Blechen aufgrund der abgeminderten Fließgrenzen fy bereits bei kleineren Spannungen ein.
Im RFEM-Modell wird dieser Fall vom Kragarm mit den Flächen 21 bis 25 repräsentiert.
Hinweis:
Wenn bei Verwendung des Materialmodells 'Nichtlinear elastisch' Spannungen oberhalb der Fließgrenze fy auftreten, kann dies zu Instabilitäten führen. Zum Auffinden der Ursache dieser Instabilität können Sie auf das linear elastische Materialmodell umschalten und dann nach Spannungsspitzen suchen. Nähere Informationen zu Instabilitäten finden Sie in folgender FAQ:
Zusammenfassung:
Das nichtlinear elastische Materialmodell, egal ob mit oder ohne blechdickenabhängiger Definition der Fließgrenze, eignet sich für die Definition des Materialverhaltens zur Spannungsermittlung. Es besteht aber kein Zusammenhang zwischen der Definition der Fließgrenze im Materialmodell und den blechdickenabhängigen Spannungsnachweisen im Add-On Spannungs-Dehnungsanalyse, da dort die dickenabhängigen Fließgrenzen aus der gewählten Werkstoffnorm entnommen werden.
Zum Download des verwendeten Modells siehe 'Modelle zum Download' unten auf der Webseite oder klicken Sie auf das folgende Bild.
