Die Netzgenerierung ist der Prozess der Diskretisierung von Bauteilen in FE-Elemente zum Zweck der rechnerischen Analyse. Mit der Erzeugung eines FE-Netzes wird das Tragwerk in Teilsysteme zerlegt, die durch mathematisch definierte Elemente dargestellt werden (Bild 1). Dadurch können Computerprogramme wie RFEM 6 die für jedes Element festgelegten Gleichgewichtsbeziehungen numerisch lösen und FEM-Simulationen durchführen.
Eine gezielte Diskretisierung ist nämlich ein entscheidender Schritt für die FE-Analyse und für den Bemessungsablauf. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein detaillierteres Netz die 3D-Geometrie genauer darstellt und zu einer besseren Approximation führt. Andererseits würde ein zu detailliertes Netz zu mehr Punkten für die FE-Analyse führen, für die zusätzliche Gleichungen gelöst werden müssen; dies würde die Berechnungszeit erheblich verlängern. Man muss also abschätzen können, ob der zusätzliche Rechenaufwand für den beabsichtigten Analyse- oder/und Bemessungszweck wirklich notwendig ist.
Wenn das gleiche Ergebnis mit einem einfacheren Netz erreicht werden kann, ist es sinnvoll, die Generierung eines sehr detaillierten Netzes zu vermeiden, das die Berechnung nur verlangsamt, ohne die Qualität der Ergebnisse wesentlich zu verbessern. So kann es sinnvoll sein, eine andere Größe zu verwenden und ein unabhängiges Netz für zwei oder mehr separate Objekte im selben Projekt zu haben. RFEM 6 macht dies mit der Funktion "Unabhängiges Netz bevorzugt" möglich, mit der für einzelne Objekte, die ineinander integriert sind, ein FE-Netz mit einem anderen Detaillierungsgrad generiert werden kann.
Dies ist vor allem bei Objekten mit unterschiedlichen Größen relevant, die einen unterschiedlichen Detaillierungsgrad für die Berechnung erfordern. Ein Beispiel ist eine Platte auf einem Bodenmassiv, wie in Bild 2 dargestellt. Der Volumenkörper des Bodenmassivs kann mit einem gröberen FE-Netz modelliert werden als die Platte und gleichzeitig kann das FE-Netz der integrierten Bodenplatte verfeinert werden.
Ein einfacher Fall ist auch in Bild 3 dargestellt, wo ein durch Flächen dargestelltes Balkenelement mit einem Bodenmassiv verbunden wird, das in RFEM 6 durch einen Volumenkörper dargestellt wird. Um eine Parallele zwischen einem Netz, das ohne die Funktion "Unabhängiges Netz bevorzugt" generiert wurde, und einem Netz, das mit dieser Funktion generiert wurde, zu ziehen, generieren wir zunächst das Netz, indem wir einfach auf die Schaltfläche "Netz generieren" klicken (d.h. ohne die oben erwähnte Funktion zu verwenden).
Das auf diese Weise erzeugte Netz ist in Bild 4 dargestellt. Hier fällt auf, dass die feine Vernetzung der Flächen, die mit dem Volumenkörper im Boden verbunden werden müssen, insgesamt ein feines Netz ergibt. Betrachtet man jedoch die Netzstatistiken, welche im Menü "Berechnen" wie in Bild 5 zu finden sind, stellt man fest, dass diese Netzgenerierung auch zu einer hohen Anzahl (47162) von 3D-FE-Elementen führt und daher mehr Rechenzeit benötigt.
Verwenden wir jetzt die Option "Unabhängiges Netz bevorzugt" und schauen uns an, was passiert. Öffnen Sie hierzu den Dialog "Netz-Einstellungen", der die FE-Generierung in RFEM 6 verwaltet. Dieser Dialog kann wie in Bild 6 gezeigt im Menü "Berechnen" über den Eintrag 'Netz-Einstellungen' aufgerufen werden.
Neben allgemeinen Einstellungen wie der angestrebten FE-Länge (die steuert, mit welcher Maschenweite das FE-Netz generiert wird) und dem maximalen Knoten-zu-Linie-Abstand (der angibt, wie weit ein Knoten von der Linie entfernt ist, wenn er automatisch in die Linie integriert wird), kann nun auch die Option "Unabhängiges Netz bevorzugt" über das in Bild 7 dargestellte Kontrollfeld aktiviert werden. Um das Netz zu generieren, klicken Sie auf "OK und Anwenden".
Wie oben beschrieben ermöglicht die Aktivierung dieser Option dem Programm, spezifische FE-Netze für die einzelnen Objekte zu erzeugen. Die einzige Voraussetzung ist, dass diese Objekte ineinander integriert sind. Da diese Voraussetzung für die betreffenden Objekte erfüllt ist, wird ein FE-Netz wie in Bild 8 dargestellt erzeugt. Im Bild fällt sofort auf, dass der Volumenkörper nun mit einem gröberen FE-Netz modelliert ist.
Ein weniger detailliertes FE-Netz für den Volumenkörper im Vergleich zu demjenigen, das ohne Verwendung der Funktion "Unabhängiges Netz bevorzugt" erstellt wurde, führt nun zu einer geringeren Anzahl von FE-Elementen, wie in der Netzstatistik in Bild 9 zu sehen ist. Bitte beachten Sie, dass die Anzahl der 3D-FE-Elemente jetzt 2.400 beträgt und damit deutlich unter den 47.162 liegt, die wir vorher hatten. Dies ermöglicht eine wesentlich übersichtlichere Gestaltung der FE-Netze und führt zu einer deutlich kürzeren Rechenzeit.
Abschließende Worte
Mit der Option 'Unabhängiges Netz bevorzugt' können Sie unterschiedliche FE-Netze zwischen den Objekten im Modell erstellen. Mit anderen Worten kann für verschiedene Objekte ein individuelles FE-Netz erzeugt werden, sofern die Objekte miteinander integriert sind. Dadurch können Sie die Anzahl der FE-Elemente reduzieren und gleichzeitig die Genauigkeit und Detaillierung Ihrer statischen Berechnungen maximieren. Ein solcher Ansatz ist sehr praktisch für Modelle, bei denen einzelne Objekte mit unterschiedlichen FE-Netz-Detailstufen in der Berechnung berücksichtigt werden sollen. Durch Aktivierung der Funktion im Dialog "Netz-Einstellungen" wird ein wesentlich besser strukturiertes FE-Netz erzeugt und die Anzahl der FE-Elemente reduziert, wodurch Sie Berechnungszeit und -aufwand sparen.
