Flächen gibt es in den Strukturen in unzähligen Größen und Formen, von einfachen Ebenen wie Wänden, Decken oder Platten über einfach gekrümmte Zylinder wie Silos bis hin zu mehrfach gekrümmten Membranstrukturen. Die Steifigkeit einer Fläche hängt von ihrem Material und ihrer Dicke ab.
Zur statischen Berechnung und Generierung von FE-Netzen werden auf den Flächen 2D-Elemente erstellt, die in ihrer Schwerachse zur Berechnung eingesetzt werden. So können Verformungen sowie innere Kräfte und Momente ermittelt werden, die anschließend nach Material und Normen bemessen werden können.
Alle oben genannten Strukturen können in RFEM 6 berücksichtigt werden, da Sie im Programm die Flächen mit unterschiedlichen Steifigkeiten, Geometrien, Materialien und Dicken definieren können. Die Flächen sind im Daten-Navigator als "Basisobjekte" zu finden, wie in Bild 1 dargestellt. Durch einen Doppelklick auf den Eintrag wird ein neues Fenster geöffnet, in dem die betreffende Fläche festgelegt werden kann.
Die grundlegenden Flächenparameter werden auf der Registerkarte "Basis" des in Bild 1 gezeigten Fensters "Neue Fläche" definiert. Zwei dieser Parameter sind Flächentyp und Flächensteifigkeit, die ebenfalls im Mittelpunkt dieses Artikels stehen. Auf diese Weise können Flächen unterschiedlicher Geometrien definiert werden:
- Ebene
- Viereck
- NURBS
- Gestutzt
- Rotation
- Rohr
Für den Steifigkeitstyp können Sie aus den folgenden Optionen wählen:
- Standard
- Ohne Dicke
- Starr
- Membran
- Ohne Membranspannung
- Lastweiterleitung
Wie bereits erwähnt, können Sie diese Optionen verwenden, um jede ebene oder gekrümmte Fläche zu beschreiben und später zu bemessen, wie sie in einem Gebäudemodell erscheinen könnte. In kommenden Artikeln werden die oben aufgeführten Typen erläutert. Dieser spezifische Text bietet Ihnen hingegen einen detaillierteren Einblick in die Flächentypen "Rotation", "Gestutzt", "Ohne Dicke" und "Lastweiterleitung" in RFEM 6.
Flächentyp „Rotation“
Wenn Sie sich für die Modellierung von Kuppeln, kreisförmigen Wänden, Silos und Lagertanks interessieren, ist dies der Flächentyp, den Sie kennen müssen. Im Allgemeinen wird eine gedrehte Fläche durch die Rotation einer Linie um eine feste Achse erzeugt. Beim Generieren einer gedrehten Fläche in RFEM 6 gilt die gleiche Logik: Grenzlinie, Rotationsachse und Drehwinkel müssen definiert werden. Wenn Sie also den Flächentyp "Rotation" auf der Registerkarte "Basis" im Fenster "Neue Fläche" auswählen, wird eine neue Registerkarte angezeigt, auf der Sie diese Parameter definieren können (Bild 2).
Wie im Bild dargestellt, kann die Drehachse durch die Auswahl zweier Punkte (P und R) definiert werden. Sie können die Koordinaten dieser Punkte entweder direkt in das Dialogfeld eingeben oder die Punkte einzeln in Grafiken auswählen. Mit der Funktion "Rotationsachsenpunkte in Grafik wählen" können beide Punkte gleichzeitig ausgewählt werden.
Wenn Sie Material, Dicke und Steifigkeit der Fläche bereits auf der Registerkarte "Basis" im Fenster "Neue Fläche" definiert haben, erstellt das Programm die Fläche. Dabei berücksichtigt es die Start- und Endposition der Linie sowie die Rotation der Linien-Definitionspunkte. Wie bereits erwähnt, ist es dadurch sehr einfach, nicht nur Komponenten, sondern ganze Modelle auf sehr einfache und schnelle Weise zu erstellen.
Ein Beispiel hierfür ist die Modellierung der Kuppel und der kreisförmigen Wand, wie in Bild 3 dargestellt. Beide Flächen werden durch Geometrietyp "Rotation" erstellt. Um die Parameter, die man zum Erstellen dieses Flächentyps verwendet, besser zu verstehen, zeigt das Bild die Grenzlinie (Linie Nr. 2) und die Rotationsachse (dargestellt durch die Knoten P und R) der Fläche, die die Kuppel darstellt. Die Fläche entsteht, indem die Grenzlinie um die Drehachse gedreht wird, wobei der Drehwinkel a = 360° ist.
Flächentyp "Gestutzt"
Die gestutzte Fläche hängt mit einer neuen Funktion in RFEM 6 zusammen. Diese ermöglicht die Durchdringung von gekrümmten Oberflächen und Festkörpern. Die Generierung des Flächentyps "Gestutzt" erfolgt im Programm durch das Erstellen der Durchdringung. Mit dieser Funktion können Sie selbst sehr komplexe Geometrien, wie Rohrdurchdringungen oder gekrümmte Öffnungen, einfach und schnell erstellen.
Schauen Sie sich beispielsweise das in Bild 5 gezeigte Modell an. Es gibt drei Rohren, für die eine Durchdringung erstellt werden muss. Um es zu machen, ist es notwendig, diese zunächst wie im Bild dargestellt auszuwählen. Verwenden Sie dann die Funktion "Mittels Durchdringung teilen", die Sie im Kontextmenü der ausgewählten Objekte finden.
Mit dieser Funktion werden die Anfangsflächen an den Schnittlinien geteilt und es werden automatisch Öffnungen an den Schnittflächen erzeugt. Dadurch entstehen neue Flächen, die als unabhängige Objekte bearbeitet oder gelöscht werden können. Auf diese Weise können unnötige Flächen gelöscht und die Rohrdurchdringung erhalten werden (siehe Bild 6). Wie auf dem Bild zu sehen, sind die Flächen nun vom Typ "Gestutzt".
Dies ist nur ein Beispiel für die Verwendung der Funktion "Mittels Durchdringung teilen" in Kombination mit dem Flächentyp "Gestutzt". Wie bereits erwähnt, können mit diesem einfachen Verfahren viele andere komplexe gekrümmte Flächen oder Lochkörper erstellt werden.
Flächentyp "Ohne Dicke"
Diese Flächen werden zur Definition von Festkörpern benötigt. Die Fläche weist keine Steifigkeit auf und soll als Grenzfläche eines Festkörpers verwendet werden. Flächen mit dem Steifigkeitstyp "Ohne Dicke" können jedoch immer noch durch verschiedene Geometrietypen konfiguriert werden. Beispiele hierfür sind Ebene, Quadrangel, Gestutzt usw. Ein Beispiel für solche Flächen ist in Bild 7 dargestellt.
Die in Bild 7 dargestellte Tabelle "Flächen" veranschaulicht, dass die Flächen mit den Nummern 59 bis 72 den Steifigkeitstyp "Ohne Dicke" aufweisen. Dies liegt daran, dass es sich um Grenzflächen des Festkörpers Nr. 21 handelt, wie in Bild 8 dargestellt.
Flächentyp "Lastweiterleitung"
RFEM 6 bietet einen neuen Flächentyp namens "Lastweiterleitung". Dieser erleichtert die Lastanwendung zusätzlich zu den Lastassistenten, die das Eingeben von Lasten vereinfachen. Die Erstellung einer Fläche mit diesem Steifigkeitstyp ermöglicht dem Programm die Generierung einer neuen Fläche ohne Dicke und ohne strukturellen Effekt, bei der eine Weiterleitung der Lasten anwendbar ist.
Dies ist ein vorteilhaftes Merkmal von RFEM 6: Lasten können nun auch durch Flächen berücksichtigt werden, die nicht unbedingt im Modell selbst enthalten sind (z. B. Fassadenkonstruktionen, Glasflächen, trapezförmige Dachteile usw.).
Ein Beispiel wird in Bild 9 dargestellt, wo Fläche Nr. 18 mit dem Steifigkeitstyp "Lastweiterleitung" erstellt wird, um Windlasten auf der nicht modellierten Fassadenwand der Struktur zu berücksichtigen.
Wie im Beispiel dargestellt, können Lastweiterleitungsflächen verwendet werden, um Flächenlasten auf Bereiche anzuwenden, die nicht direkt als Fläche modelliert wurden. Die Belastung dieser Fläche verteilt sich auf die Kanten oder die integrierten Objekte. Werden Stablasten erzeugt, wird die Last basierend auf den tatsächlichen Stablängen in die globalen Richtungen umgewandelt (Lastrichtungen XL, YL, ZL).
Im Gegensatz zu den Lastassistenten, bei denen der Lastbereich jedes Mal neu definiert werden muss, kann eine Lastweiterleitungsfläche mehrmals für unterschiedliche Lastanwendungen verwendet werden. Dieser Ansatz ermöglicht es, unterschiedliche Flächenlasten zuzuweisen. Und zwar durch die Verwendung einer einzigen Lastweiterleitungsfläche. Informationen zu diesem Flächentyp und zur Definition seiner Parameter sind in folgendem Knowledge Base-Artikel zu finden: Verwendung einer Lastübertragungsfläche in RFEM 6 .
