Auswirkung unterschiedlicher Modellierung von Linienlagern im Glasbau

Fachbeitrag

Durch die speziellen Eigenschaften des Materials Glas ist es erforderlich, bei der Modellierung in einem FE-Modell auch ein besonderes Augenmerk auf Detailpunkte zu werfen. Das Glas besitzt eine sehr hohe Druckfestigkeit und wird daher tendenziell nur auf seine Zugspannungen bemessen. Ein besonderer Nachteil des Materials ist seine Sprödheit. In der Berechnung auftretende Spannungsspitzen dürfen daher nicht ohne Weiteres vernachlässigt werden.

Unterschiedliche Berechnungsoptionen in RFEM

Durch unterschiedliche Möglichkeiten der Lageranordnung können solche Spannungsspitzen erzeugt beziehungsweise vermieden werden. Bereits bei der Definition des Schichtaufbaus ist es deshalb notwendig, gewisse Punkte zu beachten und die Funktionsweise des Programmes zu kennen. Grundsätzlich stehen zwei Berechnungsmöglichkeiten zur Verfügung: die Option "2D" oder "3D". Die Berechnungsart "2D" beschreibt eine interne Modellierung des Schichtaufbaus mittels Flächen. Die Glasscheiben werden mittels Flächenelementen in RFEM abgebildet. Bei der Verwendung von VSG-Gläsern wird eine äquivalente Dicke der Schicht ermittelt. Bei Berücksichtigung des Schubverbunds erreicht diese Theorie jedoch bei einem zu großen Steifigkeitsunterschied ihre Grenzen, so dass die Option "3D" angewendet werden muss. Hierbei wird der Schichtaufbau als Volumenelemente abgebildet und berechnet. Der Vorteil dieses zeitintensiveren Verfahrens ist, dass die Steifigkeiten jeder Schicht exakt in der Berechnung berücksichtigt werden und Zusammenhänge wie der Schubverbund in tatsächlicher Weise erfasst werden können. RFEM stellt teilweise bereits eine Berechnungsoption vorab ein, welche nicht verändert werden kann.

Bild 01 - Einstellungen

Wahl der Lageranordnung

Ist der Berechnung die Plattentheorie zugrunde gelegt, stellt dies die einfachste Form zur Lageranordnung dar. Die Auflager werden automatisch der Systemlinie zugeordnet.

Bild 02 - System 2

Bei der Berechnung nach Volumentheorie stehen jedoch mehrere Möglichkeiten zur Auswahl. An jeder Glasschicht können Auflager definiert werden, was jedoch dazu führen kann, dass ungewollte Einspannmomente im Auflagerbereich entstehen. Auf dieses Phänomen gilt es bereits bei der Eingabe zu achten, da bei der Ergebnisauswertung diese Einstellung nicht ohne weiteres ersichtlich ist.

Bild 03 - System 1

Ergebnisvergleich und Fazit

Vergleicht man die Ergebnisse beider Berechnungen einer einfachen Verbundglasscheibe, gelagert an einer Kante einerseits und andererseits gelagert an allen Kanten, so zeigt sich, dass die Ausnutzung des Systems 2 sogar günstiger ist als mit dem System 1. Dies ergibt sich eben daraus, dass durch die Lagerung eine Einspannung entsteht, dem Auflager somit mehr Steifigkeit zugewiesen wird und dadurch in Feldmitte eine geringere Verformung und geringere Schnittkräfte entstehen. Diese geringere Ausnutzung ist jedoch ein Trugschluss, da im Regelfall der Rahmen des Glases beziehungsweise die Befestigung der Glasscheibe mit dem Rahmen nicht auf diese Kräfte bemessen sind. Die Ergebnisse zeigen aber auch auf, dass die Unterschiede in den Berechnungen sehr klein sind und dadurch oftmals nicht bemerkt werden. Dieser Beitrag soll deshalb den Anwender sensibilisieren, sich speziell im Glasbau Detailpunkte vor der Berechnung zu konstruieren, um die Modellbildung im FE-Programm so exakt wie möglich gestalten zu können.

Bild 04 - Ergebnisvergleich

Schlüsselwörter

Auflager Glasbau Modellierung Auflager Scheiben

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