Sowohl die Ermittlung von Eigenschwingungen als auch das Antwortspektrenverfahren werden stets an einem linearen System durchgeführt. Sind Nichtlinearitäten im System vorhanden, werden diese linearisiert und somit nicht berücksichtigt. Dies können z.B. Zugstäbe, nichtlineare Auflager oder nichtlineare Gelenke sein. In diesem Beitrag soll gezeigt werden, wie diese in einer dynamischen Analyse behandelt werden können.
Wie Sie vielleicht bereits wissen, bietet Ihnen RFEM 6 die Möglichkeit, Materialnichtlinearitäten zu berücksichtigen. In diesem Beitrag wird erläutert, wie Schnittgrößen in Platten, die mit nichtlinearem Material modelliert wurden, ermittelt werden.
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.
Komplexe Strukturen beinhalten zahlreiche Strukturelemente mit unterschiedlichen Eigenschaften. Dennoch können bestimmte Elemente dieselben Eigenschaften hinsichtlich Lagern, Nichtlinearitäten, Endmodifikationen, Gelenken etc. sowie der Bemessung (z. B. Knicklängen, Bemessungsauflager, Bewehrung, Nutzungsklassen, Querschnittsreduzierungen etc.) aufweisen. In RFEM 6 lassen sich diese Elemente anhand ihrer gemeinsamen Eigenschaften gruppieren und können so bei der Modellierung und Bemessung gemeinsam betrachtet werden.
Auflager, die nur bei Druck oder nur bei Zug zum Lastabtrag beitragen, sind in RFEM und RSTAB als nichtlineare Auflager definierbar. Dabei fällt es dem Anwender nicht immer leicht, die richtige Nichtlinearität für "Ausfall bei Zug" oder "Ausfall bei Druck" auszuwählen.
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.
Wenn nichtlineare Effekte - wie zum Beispiel ausfallende Lager, Bettungen, Stabnichtlinearitäten oder Kontaktvolumina - im Modell verwendet werden, so ist es möglich, diese in den globalen Berechnungsparametern zu deaktivieren.
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.
In RFEM 5 gibt es die Möglichkeit, eine Vielzahl verschiedener Stabnichtlinearitäten für die Bemessung eines Modells zu verwenden. Im Folgenden wird ein Bespiel für die Verwendung der Stabnichtlinearität "Schlupf" aufgezeigt. Hierbei handelt es sich um ein vereinfachtes Modell eines Betonschachtes mit einem quadratischen Grundriss.
Sowohl die Ermittlung von Eigenschwingungen als auch das Antwortspektrenverfahren werden stets an einem linearen System durchgeführt. Sind Nichtlinearitäten im System vorhanden, werden diese linearisiert und somit nicht berücksichtigt. Gerade Zugstäbe werden in der Praxis sehr häufig verwendet. Wie diese näherungsweise in einer dynamischen Analyse korrekt abgebildet werden können, soll in diesem Beitrag gezeigt werden.
In einem System können zahlreiche Nichtlinearitäten vorhanden sein. Um diese in einer Dynamischen Analyse realitätsnah abzubilden wurde das Zusatzmodul RF-DYNAM Pro - Nichtlinearer Zeitverlauf entwickelt. Zur Anwendung des Zusatzmoduls wird im Folgenden die Vorgehensweise anhand eines Beispiels beschrieben.
In der Praxis steht der Ingenieur häufig vor der Aufgabe, die Lagerbedingungen so realistisch wie möglich abzubilden, um Verformungen und Schnittgrößen der Struktur unter deren Einfluss analysieren zu können und um möglichst wirtschaftliche Konstruktionen zu ermöglichen. RFEM und RSTAB bieten zahlreiche Varianten der nichtlinearen Auflagerdefinitionen für Knotenlager. In diesem zweiten Teil sollen an einem einfachen Beispiel die Möglichkeiten der nichtlinearen Lagerausbildung für eine Einspannung gezeigt werden. Zum besseren Verständnis wird parallel immer das Ergebnis für ein linear definiertes Lager gezeigt.
RFEM und RSTAB bieten zahlreiche Varianten der nichtlinearen Definitionen von Knotenlagern. Nachfolgend sollen in Fortführung eines früheren Beitrags an einem einfachen Beispiel die weiteren Möglichkeiten der nichtlinearen Lagerausbildung für ein verschiebliches Auflager gezeigt werden. Zum besseren Verständnis wird parallel immer das Ergebnis für ein linear definiertes Lager gezeigt.
In der Praxis steht der Ingenieur häufig vor der Aufgabe, die Lagerbedingungen so realistisch wie möglich abzubilden, um Verformungen und Schnittgrößen der Struktur unter deren Einfluss analysieren zu können und um möglichst wirtschaftliche Konstruktionen zu ermöglichen. RFEM und RSTAB bieten zahlreiche Varianten der nichtlinearen Auflagerdefinitionen für Knotenlager. In diesem ersten Teil sollen an einem einfachen Beispiel die Möglichkeiten der nichtlinearen Lagerausbildung für ein verschiebliches Auflager gezeigt werden. Zum besseren Verständnis wird parallel immer das Ergebnis für ein linear definiertes Lager gezeigt.
Werden in einem Modell Nichtlinearitäten wie zum Beispiel Kontaktvolumen verwendet, so kann es vorkommen, dass am Ende der Berechnung eine Warnmeldung wegen lokal nicht eingehaltener Konvergenzkriterien erscheint. Die Ursache dafür ist, dass während der Berechnung die Konvergenz der globalen Iterationsbedingungen maßgebend ist.
In RFEM und RSTAB gibt es die Möglichkeit, nichtlineare Auflager zu definieren. In RFEM sind dies Knotenlager, Linienlager und Flächenlager. Immer wieder erreichen uns Kundenanfragen, bei denen die Nichtlinearität scheinbar nicht wie gewünscht wirkt. Die Anwender definieren ausfallende Linienlager. Damit die Struktur statisch bestimmt gelagert ist, wird dann meist noch ein lineares Knotenlager eingefügt. Liegt dieses Knotenlager am Anfang oder Ende einer nichtlinear gelagerten Linie, so ist hier keine eindeutige Definition der Freiheitsgrade gegeben und die Nichtlinearität kann nicht richtig berücksichtigt werden. RFEM gibt in diesem Fall einen Warnhinweis aus.
Bei der Definition von Stabendgelenken sowie Stabnichtlinearitäten spielt unter anderem das lokale Koordinatensystem des Stabes eine große Rolle. Je nach Ausrichtung der Achsen werden anschließend die Definitionen vorgenommen. Die Sichtbarkeit dieser Stabachsen kann temporär mittels der Vorselektion gesteuert werden.