Mit Hilfe der Lastart Pfützenbildung können Sie Regeneinwirkungen auf mehrfach gekrümmte Flächen unter Berücksichtigung der Verschiebungen nach Theorie III. Ordnung simulieren.
Dieser numerische Regenvorgang untersucht die zugeordnete Flächengeometrie und legt fest, welche Regenanteile abfließen und welche sich in Pfützen (Wassersäcken) auf der Fläche sammeln. Die Pfützengröße ergibt dann für die statische Analyse eine entsprechende Vertikallast.
Dieses Feature lässt sich beispielsweise für die Analyse von annähernd horizontalen Membrandachgeometrien unter einer Regenbelastung anwenden.
Zusätzliche formgebende Lastrandbedingungen für Stäbe (Maximale Kraft im Stab, Minimale Kraft im Stab, Horizontale Zugkomponente, Zug am Ende i, Zug am Ende j, Mindestzug am Ende i, Mindestzug am Ende j)
Materialtyp “Gewebe” und “Folie” in Materialbibliothek
Parallel Formfindungen in einem Modell
Simulation von sich nacheinander aufbauenden Formfindungszuständen in Verbindung mit dem Add-On Analyse von Bauzuständen (CSA)
Wenn Sie das Add-On Formfindung in den Basisangaben aktivieren, wird den Lastfällen mit der Lastfallkategorie „Vorspannung“ in Verbindung mit den Formfindungslasten aus dem Stab-, Flächen- und Volumenlastkatalog eine formgebende Wirkung zugewiesen. Dabei handelt es sich um einen Vorspannungslastfall. Dieser mutiert damit zu einer Formfindungsanalyse für das Gesamtmodell mit allen darin definierten Stab, Flächen- und Volumenelementen. Die Formgebung der relevanten Stab- und Membranelemente inmitten des Gesamtmodells erreichen Sie durch spezielle Formfindungslasten und reguläre Lastdefinitionen. Diese Formfindungslasten beschreiben hierbei den erwarteten Verformungs- bzw. Kraftzustand nach der Formfindung in den Elementen. Die regulären Lasten beschreiben die externe Belastung des Gesamtsystems.
Wissen Sie genau, wie eine Formfindung berechnet wird? Zunächst verschiebt der Formfindungsprozess der Lastfälle mit der Lastfallkategorie „Vorspannung“ die anfängliche Netzgeometrie mittels iterativen Berechnungsschleifen an eine Position, die optimal im Gleichgewicht steht. Für diese Aufgabe verwendet das Programm die Updated Reference Strategy (URS) Methode von Prof. Bletzinger und Prof. Ramm. Diese Technologie zeichnet sich durch Gleichgewichtsformen aus, die nach der Berechnung annähernd genau die initial vorgegebenen Formfindungsrandbedingungen (Durchhang, Kraft und Vorspannung) einhalten.
Durch den integralen Ansatz der URS wird Ihnen neben der reinen Beschreibung der zu erwartenden Kräfte oder Durchhänge auf den zu formenden Elementen auch eine Berücksichtigung von regulären Kräften ermöglicht. Das erlaubt Ihnen im gesamtheitlichen Prozess z. B. eine Beschreibung des Eigengewichts bzw. eines pneumatischen Drucks durch entsprechende Elementlasten.
Mit all diesen Optionen erhält der Berechnungskern das Potential, antiklastische und synklastische im Kräftegleichgewicht stehende Formen für flächige oder rotationssymmetrische Geometrien zu errechnen. Um beide Typen einzeln oder zusammen in einer Umgebung praxisnah umsetzen zu können, haben Sie in der Berechnung zwei Arten der Beschreibung von Formfindungskraftvektoren zur Auswahl:
Zugmethode – Beschreibung der Formfindungskraftvektoren im Raum für flächige Geometrien
Projektionsmethode – Beschreibung der Formfindungskraftvektoren auf einer Projektionsebene mit Fixierung der horizontalen Lage für konische Geometrien
Im „Vorspannungslastfall“ gibt Ihnen der Formfindungsprozess ein Strukturmodell mit eingeprägten Kräften aus. Dieser Lastfall zeigt in den Verformungsergebnissen die Verschiebung von der initialen Eingabeposition zur formgefundenen Geometrie. In den kraft- bzw. spannungsbasierten Ergebnissen (Stab- und Flächenschnittgrößen, Volumenspannungen, Gasdrücke, etc.) verdeutlicht er den Zustand zur Aufrechterhaltung der gefundenen Form. Für die Analyse der Formgeometrie bietet Ihnen das Programm einen flächigen Umrisslinienplot mit Ausgabe der absoluten Höhe und einen Neigungsplot zur Visualisierung der Gefällesituation an.
Nun kommt es zur Weiterrechnung und statischen Analyse des Gesamtmodells. Zu diesem Zweck transferiert das Programm die formgefundene Geometrie inklusive der elementweisen Dehnungen in einen universell einsetzbaren Anfangszustand. Nun kann sie in den Lastfällen und Lastkombinationen von Ihnen genutzt werden.
Durch die aktivierte Option 'Topologie auf der Formfindungsform' im Projekt-Navigator - Zeigen erfolgt eine optimierte Modelldarstellung auf Basis der Formfindungsgeometrie. Dabei werden bspw. die Lasten auf das verformte System bezogen angezeigt.
In RFEM besteht die Option zur Kopplung von Flächen mit dem Steifigkeitstypen „Membran“ und „Membran-Orthotrop“ mit den Materialmodellen „Isotrop nichtlinear elastisch 2D/3D“ und „Isotrop plastisch 2D/3D“ (Zusatzmodul RF-MAT NL erforderlich).
Diese Funktionalität erlaubt die Simulation des nichtlinearen Dehnungsverhaltens von z. B. ETFE-Folien.
Die nichtlineare Berechnung übernimmt die reale Netzgeometrie der ebenen, geknickten, einfach gekrümmten oder doppelt gekrümmten Flächenbauteile von dem ausgewählten Schnittmustersatz und ebnet dieses flächige Bauteil mittels der Minimierung der Distorsionsenergie unter Annahme eines definierten Materialverhaltens.
Vereinfacht beschrieben versucht diese Methode die Netzgeometrie in einer Presse unter Annahme eines reibungsfreien Kontakts zusammenzudrücken und den Zustand zu suchen, bei der die Spannungen aus der Verebnung im Bauteil in der Ebene im Gleichgewicht stehen. In dieser Anordnung wird ein Minimum an Energie und ein Optimum an Genauigkeit des Zuschnitts erreicht. Kompensation für Kett- und Schussfaden sowie Kompensation für Begrenzungslinien werden berücksichtigt. Dann werden die definierten Zuschläge an den Begrenzungslinien auf die resultierende ebene Flächengeometrie aufgebracht.
Features:
Minimierung der Distorsionsenergie im Ebnungsprozess für sehr genaue Zuschnitte
Anwendung für fast alle Netzanordnungen
Erkennung der Nachbarschnittmusterdefinitionen zur Erhaltung gleicher Längen
RF-ZUSCHNITT wird zunächst in dem Optionsregister in den Basisangaben einer beliebigen RFEM-Position aktiviert. Diese Aktivierung bewirkt, dass im Zweig Modelldaten ein neues Objekt „Schnittmuster“ dargestellt wird. Ist die Aufteilung der Membranflächen in der Grundposition für den Zuschnitt zu groß, kann die Fläche über Schnittlinien (Linien mit dem Typ „Schnitt mittels zwei Linien“ oder „Schnitt mittels Schnittfläche“) in entsprechende Teilstreifen zerlegt werden.
Im Nachgang definiert man mittels dem Objekt „Schnittmuster“ für jedes Schnittmuster einen eigenen Eingabesatz. In diesem Eingabesatz werden die Begrenzungslinien, Kompensation und Randzugaben eingestellt.
Arbeitsschritte:
Erstellung von Schnittlinien
Mustererstellung durch Selektion der Begrenzungslinien oder mittels halbautomatischer Generierung
Freie Wahl der Kett- und Schussfadenausrichtung über Winkeleingabe
Aufbringen der Kompensationswerte
Optionale Definition verschiedener Kompensationen für die Begrenzungslinien
Die Ergebnisse des Formfindungsprozesses sind eine neue Form und dazugehörige innere Kräfte. Übliche Ergebnisse wie Verformungen, Kräfte, Spannungen etc. können im RF‑FORMFINDUNGS-Fall angezeigt werden.
Diese vorgespannte Form ist als Anfangszustand für alle anderen Lastfälle und Lastkombinationen bei der statischen Berechnung verfügbar.
Zur Erleichterung der Definition von Lastfällen kann die NURBS-Transformation verwendet werden (Berechnungsparameter/Formfindung). Dieses Leistungsmerkmal verschiebt die ursprünglichen Flächen und Seile in die Position nach der Formfindung.
Wenn die Rasterpunkte der Flächen oder die Definitionsknoten der NURBS-Flächen verwendet werden, können freie Lasten an ausgewählten Teilen der Struktur liegen.
Die Formfindungsfunktion wird im Dialog Basisangaben, Register Optionen aktiviert. Vorspannungen (oder geometrische Anforderungen für Stäbe) lassen sich in den Parametern für Flächen und Stäbe definieren. Der Formfindungsprozess wird durch die Berechnung des Falls RF-FORMFINDUNG durchgeführt.
Arbeitsschritte:
Erstellung des Modells in RFEM (Flächen, Träger, Seile. Lager, Materialdefinition etc.)
Festlegung der erforderlichen Vorspannung für Membranen und Kraft oder Länge/Durchhang für Stäbe (z. B. Seile)
Optionale Berücksichtigung anderer Lasten für den Formfindungsprozess in speziellen Formfindungslastfällen (Eigengewicht, Druck, Stahlknotengewicht etc.)
Festlegung von Lasten und Lastkombinationen für weitere statische Berechnungen
Mit Berechnungsstart führt das Programm eine Formfindung am Gesamtsystem durch. Die Berechnung berücksichtigt die Interaktion zwischen den Formfindungselementen (Membranen, Seile etc.) und der Tragkonstruktion.
Der Formfindungsprozess wird iterativ als eine spezielle nichtlineare Analyse, inspiriert von URS (Updated Reference Strategy) von Prof. Bletzinger / Prof. Ramm, realisiert. Dadurch erhält man Formen, die sich im Gleichgewicht befinden unter Berücksichtigung der definierten Vorspannung.
Weiterhin besteht mit dieser Variante die Möglichkeit, bei der Formfindung individuelle Lasten wie Eigengewicht oder den Innendruck für pneumatische Modelle zu berücksichtigen. Die Vorspannung für Flächen (z. B. Membranen) kann auf zwei verschiedene Arten definiert werden:
Standardmethode - Vorschreiben der erforderlichen Vorspannung in einer Fläche
Projektionsmethode - Vorschreiben der erforderlichen Vorspannung in der Projektion einer Fläche, Stabilisierung vor allem für konische Formen
Nach der Berechnung wird das Register „Punkt Koordinaten“ in dem Schnittmuster dargestellt. In diesem Register wird das Ergebnis in Form einer Koordinatentabelle und als Fläche in Grafikfenster dargestellt. Die Koordinatentabelle gibt für jeden Netzknoten die neuen geebneten Koordinaten bezogen auf den Schwerpunkt des Schnittmusters an. Gleichzeitig wird das Schnittmuster mit Koordinatensystem im Schwerpunkt in einem Grafikfenster dargestellt. Die selektierte Knotentabellenzeile wird mit einem Hinweispfeil Grafikfenster angezeigt. Zusätzlich wird unter der Knotentabelle die Fläche des Schnittmusters angegeben.
Des Weiteren werden im RF-ZUSCHNITT-Lastfall im RFEM-Fenster die Standardergebnisse wie Spannungen und Verzerrungen dargestellt. Features:
Tabellenausgabe der Zuschnitt-Informationen
Intelligente Tabelle mit Bezug zur Grafik
Export der geebneten Geometrie in eine DXF-Datei
Ausgabe von Verzerrungen nach der Ebnung für die Beurteilung der Zuschnitte
Ausgabe der Ergebnisse im globalen Ausdruckprotokoll