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In der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) können komplexe Flächen, die nicht vollständig massiv sind, mithilfe eines porösen und durchlässigen Mediums modelliert werden. In der Praxis sind das beispielsweise textile Bauten für Windschutzkonstruktionen, Drahtgewebe, perforierte Fassaden und Verkleidungen, Jalousien sowie Rohrbündel (übereinander angeordnete, horizontale Zylinder) usw.
Nicht alle Strukturelemente des realen Bauwerks werden im statischen Modell herangezogen. Als Beispiel hierfür soll eine Rohrleitung dienen, die auf einem Stahlträgergerüst verläuft.
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.
In RFEM 5 und RSTAB 8 können Stabendgelenken Nichtlinearitäten zugeordnet werden. Es steht hierbei neben den Nichtlinearitäten "Fest, falls..." und "Teilweise Wirkung..." auch "Diagramm..." zur Verfügung. Wählt man die Option "Diagramm...", sind im zugehörigen Dialog die entsprechenden Einstellungen für die Wirkung des Stabendgelenks einzutragen. Hierbei sind für die einzelnen Definitionspunkte die Abszissen- und Ordinatenwerte (Verformungen beziehungsweise Verdrehungen und zugehörige Schnittgrößen) einzutragen, welche das Gelenk definieren.
Rohrleitungssysteme sind einer Vielzahl von Belastungen ausgesetzt. Zu den maßgebendsten gehört der Innendruck. Dieser Beitrag wird sich daher mit den Spannungen und Verformungen befassen, die sich aus einer reinen Innendruckbelastung in der Rohrwandung beziehungsweise für das Rohr ergeben.
Die Zusatzmodule RF-PIPING und RF-PIPING Design ermöglichen die Bemessung von Rohrleitungen nach EN 13480-3 [1], ASME B31.1 und B31.3. Für die Euronorm werden die Spannungen im Rohr basierend auf den Formeln des Kapitels 12.3 Elastizitätsanalyse ermittelt. Je nach Spannungsart sind ein oder mehrere resultierende Momente unabhängig voneinander anzusetzen. Diese Differenzierung kommt beispielsweise bei der Ermittlung der Spannungen aufgrund gelegentlich wirkender Lasten vor.
In RF-PIPING können jetzt auch Axialkompensatoren verwendet werden. Diese dienen zur Aufnahme von Ausdehnungs- und Druckbewegungen in Achsenrichtung aufgrund von Wärmedehnungen der Rohrleitung.
Einige Normen verwenden die „Wanddickenbemessung“ zur Spannungsberechnung. Die Wanddicke erhält man, indem man Zuschläge aus Korrosion, Abnutzung, Fertigung (Gewinde, Nuten etc.) und die Walztoleranzen von der Nennwanddicke abzieht. Alle benötigten Werte können im Dialog „Rohrleitungsquerschnitt“, Register „Spannungsanalye-Parameter“ eingegeben werden.
Wie für RFEM steht auch für RF-PIPING die automatische Kombination der Lastfälle zur Verfügung. Dieses Feature wird standardmäßig aktiviert und erzeugt die empfohlenen Last- und Ergebniskombinationen für die Rohrleitungsbemessung. Die entsprechende Einwirkungskategorie muss dabei den Lastfällen zugeordnet werden, um korrekte Kombinationen zu erzeugen. Hier wurden speziell für Lasten auf Rohrleitungen neue Einwirkungskategorien implementiert.
Druck-Temperatur-Bedingungen werden als Sätze mit erstem (zweitem, drittem, ...) Lastfall der Kategorie „Druck“ und als erster (zweiter, dritter, ...) Lastfall der Kateogire „Temperatur“ erzeugt. Standardmäßige Einstellungen können im Dialog „Gruppierung von thermischen und Innendruck-Lastfällen für Betriebskombinationen“ eingesehen bzw. geändert werden. Dieser Dialog ist im Register „Rohrleitungs-Kombinationen“ des Dialogs „Lastfälle und Kombinationen bearbeiten“ zugänglich. Der genannte Dialog wird automatisch angeboten, um jede Änderung eines Lastfalls der Kategorie „Druck“ oder „Temperatur“ zu kontrollieren.
In RFEM kann ein Gerüstrohrstoß (stumpfer Rohrstoß mit Stummel) mit einem nichtlinearen Stabgelenk vom Typ "Gerüst" simuliert werden. Das Gelenk nimmt dabei an, dass zwischen den zwei äußeren Rohren eine druckkraftabhängige Momententragfähigkeit besteht und der Stummel aus seiner Biegetragfähigkeit ebenfalls eine bestimmte Momententragfähigkeit besitzt.
In RFEM und RSTAB kann man neben einer Biege-, Torsions-, Längs- und Dehnungslast auch einen Innendruck für Stäbe mit kreisförmigen Hohlquerschnitten definieren und berechnen. Die aus der Innendrucklast folgenden Umfangsspannungen und Axialspannungen werden mittels der "Kesselformel" ausgewertet und an die Bemessungsmodule zur Überlagerung mit den restlichen Spannungen aus den Schnittgrößen übergeben.
Diagonalen aus Doppelwinkeln werden unter anderem im Rohrbrückenbau oder für reine Fachwerkträger verwendet. Sie werden vorwiegend auf Zug beansprucht, müssen aber je nach Lastangriff auch kleinere Druckkräfte übertragen. Besonders wenn die Diagonalen sehr schlank sind, sollte auch Biegung aus Eigengewicht berücksichtigt werden.