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Ein entscheidender Schritt bei der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) ist es, ein Validierungsbeispiel zu erstellen, um Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Simulationsergebnisse zu gewährleisten. Bei diesem Vorgang werden die Ergebnisse der CFD-Simulationen mit experimentellen oder analytischen Daten aus realen Szenarien verglichen. Es soll der Nachweis erbracht werden, dass das CFD-Modell die physikalischen Phänomene, die es simulieren soll, wirklichkeitsgetreu abbilden kann. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Schritte bei der Entwicklung eines Validierungsbeispiels für die CFD-Simulation erläutert, von der Auswahl eines geeigneten physikalischen Szenarios bis zur Analyse und dem Vergleich der Ergebnisse. Bei sorgfältiger Einhaltung dieser Schritte können sowohl Ingenieure als auch Experten in Forschung und Entwicklung die Glaubwürdigkeit ihrer CFD-Modelle erhöhen und so den Weg für deren effektiven Einsatz in verschiedenen Bereichen wie der Aerodynamik, der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Umwelttechnik ebnen.
Das Add-on Geotechnische Analyse stellt RFEM zusätzliche spezifische Bodenmaterialmodelle zur Verfügung, die in der Lage sind, das komplexe Bodenmaterialverhalten geeignet abzubilden. Der vorliegende Fachbeitrag soll als Einführung dienen und aufzeigen, wie die spannungsabhängige Steifigkeit von Bodenmaterialmodellen ermittelt werden kann.
Großmaßstäbliche Modelle sind Modelle, die eine mehrdimensionale Skalierung enthalten und daher eine erhöhte Rechenleistung erfordern. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie Sie die Berechnung solcher Modelle vereinfachen und im Hinblick auf die gewünschten Ergebnisse optimieren können.
Flächen in Gebäudemodellen können viele verschiedene Größen und Formen aufweisen. Alle Flächen können in RFEM 6 berücksichtigt werden, da es möglich ist, unterschiedliche Materialien und Dicken sowie Flächen mit unterschiedlichen Steifigkeits- und Geometrietypen zu definieren. Dieser Beitrag konzentriert sich auf vier dieser Flächentypen: Rotation, gestutzt, ohne Dicke und Lastübertragung.
Das Add-On Nichtlineares Materialverhalten ermöglicht die Berücksichtigung von Materialnichtlinearität in RFEM 6. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die verfügbaren nichtlinearen Materialmodelle, die nach Aktivierung des Add-Ons in den Basisangaben des Modells zur Verfügung stehen.
In diesem Beitrag wurde ein neuartiger Ansatz zur Generierung von CFD-Modellen auf Gemeindeebene durch die Integration von Building Information Modeling (BIM) und geografischen Informationssystemen (GIS) entwickelt, um die Generierung eines hochauflösenden 3D-Gemeindemodells zu automatisieren als Eingabe für einen digitalen Windkanal mit RWIND verwendet werden.
In RFEM 6 ist es möglich, mehrschichtige Flächentragwerke mithilfe des Add-ons "Mehrschichtige Flächen" zu definieren. Wenn Sie also das Add-on in den Basisangaben des Modells aktiviert haben, ist es möglich, Schichtaufbauten eines beliebigen Materialmodells zu definieren. Sie können auch Materialmodelle von z. B. isotropen und orthotropen Materialien kombinieren.
In diesem Beitrag erfahren Sie, wie Sie mit dem Add-On Optimierung & Kosten / CO2-Emissionsabschätzung die Modellkosten abschätzen können. Außerdem wird gezeigt, wie Sie beim Arbeiten mit parametrisierten Modellen und Blöcken bestimmte Parameter kostensparend optimieren können.
Als vorteilhaftes Produktmerkmal bieten RFEM- und RSTAB-Programme parametrisierte Eingaben, um Modelle über Variablen zu bilden oder anzupassen. In diesem Beitrag erfahren Sie, wie Sie globale Parameter definieren und diese in Formeln zur Ermittlung von Zahlenwerten verwenden.
Die dynamische Berechnung in RFEM 6 und RSTAB 9 ist in mehrere Add-Ons gegliedert. Das Add-On Modalanalyse ist Voraussetzung für alle anderen Add-Ons zur dynamischen Berechnung, da es die Eigenschwingungsanalyse für Stab-, Flächen- und Volumenmodelle durchführt.
Mauerwerkskonstruktionen können in RFEM 6 mit dem Add-On Mauerwerksbemessung unter Anwendung der Finite-Elemente-Methode modelliert und bemessen werden. Da das Tragverhalten von Mauerwerk und die unterschiedlichen Versagensmechanismen abgebildet werden, ist ein nichtlineares Materialmodell implementiert. Sie können Mauerwerkskonstruktionen direkt in RFEM 6 eingeben, modellieren und das Materialmodell für Mauerwerk mit allen gängigen RFEM-Add-Ons kombinieren. Dadurch wird eine Bemessung von Gesamtgebäudemodellen in Verbindung mit Mauerwerk ermöglicht.
Zusätzlich zu den vordefinierten Modellen, die im Dlubal Center | Blöcke zur Verfügung stehen, können neue Blöcke angelegt und gespeichert werden, wie im Knowledge-Base-Artikel "Modelle als Blöcke in RFEM 6 speichern" beschrieben wurde.
In RFEM 6 ist es möglich, selektierte Objekte, aber auch ganze Strukturen als Blöcke zu speichern und in anderen Modellen wieder zu verwenden. Es lassen sich drei Arten von Blöcken unterscheiden: Ohne Parameter, mit Parameter und dynamische Blöcke (mittels JavaScript). In diesem Beitrag wird der erste Blocktyp (ohne Parameter) vorgestellt.
Die Berechnung komplexer Strukturen mittels Finite-Elemente-Software erfolgt in der Regel am Gesamtmodell. Der Bau solcher Bauwerke ist jedoch ein mehrstufiger Prozess, bei dem der Endzustand des Gebäudes durch die Kombination der einzelnen Bauteile erreicht wird. Um Fehler bei der Berechnung von Gesamtmodellen zu vermeiden, muss der Einfluss des Bauablaufs berücksichtigt werden. In RFEM 6 ist dies mit dem Add-On Analyse von Bauzuständen (CSA) möglich.
Zur Ermittlung der Gleichgewichtsformen von zugbelasteten Flächenmodellen und normalkraftbeanspruchten Stäben steht in RFEM 6 das Add-On Formfindung zur Verfügung. Dieses Add-On lässt sich in den Basisangaben des Modells aktivieren und kann verwendet werden, um die geometrische Lage ausfindig zu machen, in der die Vorspannung von Leichtbautragwerken im Gleichgewicht mit den vorhandenen Randreaktionen steht..
Strukturen sind in der Realität dreidimensional, sie lassen sich jedoch vereinfachen und als 2D- oder 1D-Modelle analysieren. Der Modelltyp hat einen entscheidenden Einfluss auf die Beanspruchung der Bauteile und sollte vor der Modellierung und Berechnung definiert werden.
In RFEM 5 und RSTAB 8 in RF-/FUND Pro können die Fundamentabmessungen für alle fünf Fundamenttypen in einer benutzerdefinierten Bibliothek mit Fundamentvorlagen gespeichert und in anderen Modellen wieder verwendet werden.
Stabsätze werden in RF-/STAHL EC3 standardmäßig nach dem allgemeinen Verfahren (EN 1993-1-1, Kap. 6.3.4) auf Stabilität bemessen. Hierzu ist es notwendig, für das Ersatzsystem mit vier Freiheitsgraden die richtigen Lagerbedingungen zu bestimmen. Bei den heute üblichen 3D-Modellen kann man schnell die Übersicht über die Lage der Stabsätze im System verlieren.
Das Zusatzmodul RF-STABIL ermittelt die Verzweigungslastfaktoren, Knicklängen und Eigenformen von RFEM-Modellen. Die Stabilitätsuntersuchungen können dabei nach verschiedenen Eigenwertmethoden erfolgen, die je nach System und Rechnerkonfiguration ihre Vorteile haben.
Speziell im Anlagenbau, aber auch bei der Detailbetrachtung von statischen Strukturen kann es notwendig werden, Rohrquerschnitte als Flächenmodelle analysieren zu müssen. Für diese Zwecke bietet RFEM die Möglichkeit, anhand einer Linie automatisch Rohrquerschnitte zu erzeugen.
Die häufigste Ursache für instabile Modelle sind ausfallende Stabnichtlinearitäten wie Zugstäbe. Als einfachstes Beispiel dient dazu ein Rahmen, dessen Stützen am Fußpunkt gelenkig gelagert sind und am Stützenkopf Momentengelenke aufweisen. Dieses labile System soll durch einen Kreuzverband aus Zugstäben stabilisiert werden. Bei Lastkombinationen mit horizontalen Lasten bleibt dieses System stabil. Wird es jedoch ausschließlich vertikal belastet, fallen beide Zugstäbe aus und das System wird instabil, was zu einem Berechnungsabbruch führt. Dies lässt sich vermeiden, indem die besondere Behandlung der ausfallenden Stäbe unter "Berechnung" → "Berechnungsparameter" → "Globale Berechnungsparameter" aktiviert wird.
Vor Erstellung eines statischen Modells macht sich jeder Anwender Gedanken über die Randparameter des Systems und wie das Modell am besten abgebildet werden kann. Ein besonderes Augenmerk sollte hierbei auch auf die Orientierung des globalen Koordinatensystems gelegt werden. Im ingenieurtechnischen Bereich wird die globale Z-Achse in der Regel nach unten orientiert (in Richtung der Eigengewichtskraft), wobei sie im architektonischen Bereich meist nach oben ausgerichtet verläuft. Diese Unterschiede können oftmals zu Schwierigkeiten bei der Modellierung führen, beispielsweise beim Austausch von Gesamtmodellen oder DXF-Folien.
Bei der Verwendung des Zusatzmoduls RF-GLAS besteht die Möglichkeit, im Hauptprogramm lediglich die Geometrie sowie die Belastungssituation des zu bemessenden Bauteils zu definieren. Die zugehörigen Lagerbedingungen und alle weiteren bemessungsrelevanten Definitionen, wie zum Beispiel Scheibenaufbau und Lagerbedingungen, können weiter im Modul angegeben werden.
In RFEM und RSTAB ist es möglich, Modelle oder Teile des Modells in einem benutzerdefinierten Koordinatensystem zu verschieben oder kopieren. Um diese Option zu nutzen, muss natürlich ein eigendefiniertes Koordinatensystem vorhanden sein.
Unter dem Materialmodel Isotrop nichtlinear elastisch gibt es die Möglichkeit, Fließgesetze gemäß der Fließregeln nach von Mises, Tresca, Drucker-Prager und Mohr-Coulomb auszwählen. Damit ist elasto-plastisches Materialverhalten beschreibbar. Die Fließfunktion ist dabei von den Hauptspannungen beziehungsweise den Invarianten des Spannungstensors abhängig. Die Kriterien sind für 2D- und 3D-Materialmodelle verwendbar.
Wenn die Berechnung eines Stabmodells nach Theorie II. Ordnung mit einer Fehlermeldung endet, liegt die Ursache dieser Instabilität nicht selten an ausgefallenen Zugstäben: Sobald in einem Berechnungsschritt Druckkräfte in einem Zugstab auftreten, wird dieser Stab in den folgenden Iterationen nicht mehr berücksichtigt. Dadurch kann das Modell instabil werden.
Bei manchen Strukturen ist es nötig, dass diese in verschiedenen Konfigurationen bemessen werden müssen. So kann es sein, dass eine Hebebühne sowohl in der Stellung am Boden, in der Mitte und ausgefahren analysiert werden muss. Da solche Aufgaben das Anlegen mehrere Modelle erfordert, welche aber nahezu identisch sind, ist eine Aktualisierung aller Modelle mit nur einem Mausklick eine erhebliche Arbeitserleichterung.