In RFEM 6 ist es möglich, zwischen Flächen Linienschweißnähte zu definieren und mit Hilfe des Add-Ons Spannungs-Dehnungs-Berechnung die Schweißnahtspannungen zu berechnen.
Es stehen folgende Anschlusstypen zur Verfügung:
Stumpfstoß
Eckstoß
Überlappungsstoß
T-Stoß
Abhängig vom gewählten Anschlusstyps können folgende Ausführungen der Schweißnaht gewählt werden:
Im Vergleich zum Zusatzmodul RF-/STAHL (RFEM 5 / RSTAB 8) sind im Add-On Spannungs-Dehnungs-Berechnung für RFEM 6 / RSTAB 9 folgende neuen Features hinzugekommen:
Behandlung von Stäben, Flächen, Volumen, Schweißnähten (Linienschweißverbindungen zwischen zwei bzw. drei Flächen mit anschließender Spannungsbemessung)
Ausgabe von Spannungen, Spannungsverhältnissen, Spannungsschwingbreiten und Dehnungen
Grenzspannung abhängig von dem zugeordneten Material oder einer benutzerdefinierten Eingabe
Individuellen Vorgabe der zu berechnenden Ergebnisse durch frei zuweisbare Einstellungstypen
Nicht modale Ergebnisdetails mit aufbereiteter Formeldarstellung und zusätzlicher Ergebnisdarstellung auf der Querschnittsebene von Stäben
Wenn Sie die Bemessung abgeschlossen haben, sorgt das Programm für übersichtliche Ergebnisse. So werden Ihnen die maximalen Spannungen und Ausnutzungen geordnet nach Querschnitten, Stäben/Flächen, Volumen, Stabsätzen, x-Stellen usw. ausgegeben. Neben den tabellarischen Ergebniswerten zeigt Ihnen das Add-On stets die zugehörige Querschnittsgrafik mit Spannungspunkten, Spannungsverlauf und Werten an. Den Ausnutzungsgrad können Sie auf jede beliebige Spannungsart beziehen. Die aktuelle Stelle wird Ihnen im RFEM-/RSTAB-Modell gekennzeichnet.
Neben der tabellarischen Auswertung bietet Ihnen das Programm noch mehr. Sie können daher auch eine grafische Kontrolle der Spannungen und Ausnutzungen am RFEM-/RSTAB-Modell auswählen. Die Farb- und Wertezuweisungen können Sie dabei benutzerdefiniert anpassen.
Die Darstellung der Ergebnisverläufe am Stab oder Stabsatz ermöglicht Ihnen eine gezielte Auswertung. Für jede Bemessungsstelle können Sie die relevanten Profilkennwerte und Spannungskomponenten an jedem Spannungspunkt kontrollieren. Am Ende haben Sie die Möglichkeit, sich die zugehörige Spannungsgrafik mit allen Details auszudrucken.
Das Add-On Aluminiumbemessung bietet Ihnen noch weitere Möglichkeiten. Hier können auch allgemeine Querschnitte nachgewiesen werden, die nicht in der Querschnittsbibliothek vordefiniert sind. Erstellen Sie beispielsweise einen Querschnitt mit dem Programm RSECTION und importieren Sie ihn anschließend in RFEM/RSTAB. Je nach verwendeter Bemessungsnorm haben Sie verschiedene Nachweisformate zur Auswahl. Dazu gehört beispielsweise der Vergleichsspannungsnachweis.
Ist zudem eine Lizenz für RSECTION und Effektive Querschnitte vorhanden, so können Sie die Nachweise auch unter Berücksichtigung der effektiven Querschnittswerte nach EN 1999-1-1 führen.
Haben Sie für die Bestimmung des kritischen Lastfaktors im Rahmen des Stabilitätsnachweises den Add-On-internen Eigenwertlöser genutzt? In diesem Fall können Sie sich anschließend als Ergebnis die maßgebende Eigenform des zu bemessenden Objektes durch das Programm anzeigen lassen.
Für die Eigenwertermittlung stehen Ihnen mehrere Methoden zur Auswahl:
Direkte Methoden
Die direkten Methoden (Lanczos (RFEM), Wurzeln des charakteristischen Polynoms (RFEM), Unterraum-Iterationsmethode (RFEM/RSTAB), Inverse Iteration mit Shift (RSTAB)) sind für kleine bis mittlere Modelle geeignet. Diese schnellen Methoden für Gleichungslöser sollten Sie nur verwenden, wenn Ihr Computer über eine höhere Zahl an Arbeitsspeicher (RAM) verfügt.
Diese Methode benötigt dagegen nur wenig Arbeitsspeicher. Die Eigenwerte werden nacheinander ermittelt. Sie kann eingesetzt werden, um sehr große Systeme mit wenigen Eigenwerten zu berechnen.
Mit dem Add-On Strukturstabilität können Sie auch das Inkrementalverfahren nutzen, um eine nichtlineare Stabilitätsanalyse durchzuführen. Diese Analyse liefert auch bei nichtlinearen Systemen wirklichkeitsnahe Ergebnisse. Der kritische Lastfaktor wird ermittelt, indem die Lasten des zugrunde liegenden Lastfalls schrittweise bis zur Instabilität gesteigert werden. Bei der Laststeigerung werden Nichtlinearitäten wie z. B. ausfallende Stäbe, Lager und Bettungen sowie Materialnichtlinearitäten berücksichtigt. Nach der Laststeigerung können Sie optional am letzten stabilen Zustand eine lineare Stabilitätsanalyse durchführen, um die Stabilitätsfigur zu ermitteln.
Stabilitätsnachweise für Biegeknicken, Drillknicken und Biegedrillknicken unter Druckbeanspruchung
Biegedrillknicknachweise für Bauteile mit Momentenbeanspruchung
Übernahme von Knicklängen aus der Berechnung mit dem Add-On Strukturstabilität möglich
Grafische Eingabe und Kontrolle von definierten Knotenlagern und Knicklängen für den Stabilitätsnachweis
Je nach Norm Auswahl zwischen benutzerdefinierter Eingabe von Mcr, analytischer Methode aus der Norm und Nutzung des internen Eigenwertlösers
Berücksichtigung von Schubfeld und Drehbettung bei Nutzung des Eigenwertlösers
Grafische Darstellung der Eigenform, wenn der Eigenwertlöser genutzt wurde
Stabilitätsnachweise für Bauteile mit kombinierter Druck- und Biegebeanspruchung je nach Bemessungsnorm
Nachvollziehbare Berechnung sämtlicher benötigten Beiwerte wie Interaktionsfaktoren
Alternative Berücksichtigung aller Effekte für den Stabilitätsnachweis bereits bei der Schnittgrößenermittlung in RFEM/RSTAB (Theorie II. Ordnung, Imperfektionen, Steifigkeitsreduktion, ggf. in Kombination mit dem Add-On Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade)
Im Vergleich zum Zusatzmodul RF-/ALUMINIUM (RFEM 5 / RSTAB 8) sind im Add-On Aluminiumbemessung für RFEM 6 / RSTAB 9 folgende neuen Features hinzugekommen:
Neben dem Eurocode 9 ist die US-Norm ADM 2020 integriert
Berücksichtigung der stabilisierenden Wirkung von Pfetten und Blechen in Form von Drehbettungen und Schubfeldern
Grafische Ausgabe der Ergebnisse im Bruttoquerschnitt
Ausgabe der verwendeten Nachweisformeln (inklusive Hinweis auf verwendete Gleichung aus der Norm)
Im Vergleich zu den Zusatzmodulen RF-STABIL (RFEM 5) und RSKNICK (RSTAB 8) sind im Add-On Strukturstabilität für RFEM 6 / RSTAB 9 folgende neuen Features hinzugekommen:
Aktivierung als Eigenschaft eines Lastfalls oder einer Lastkombination
Automatisierte Aktivierung der Stabilitätsberechnung über Kombinationsassistenten für mehrere Lastsituationen in einem Schritt
Inkrementelle Laststeigerung mit benutzerdefinierten Abbruchkriterien
Veränderung der Eigenformnormierung ohne Neuberechnung
Das Add-On Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade) ermöglicht Ihnen die Berechnung von Stabstrukturen in RFEM und RSTAB unter Berücksichtigung der Querschnittsverwölbung. Alle Schnittgrößen (N, Vu, Vv, Mt,pri, Mt,sec, Mu, Mv, Mω), die Sie auf diese Weise ermittelt haben, können Sie im Vergleichsspannungsnachweis der Aluminiumbemessung berücksichtigen. Beachten Sie: Dieses Feature ist aktuell noch nicht für die Bemessungsnorm ADM 2020 verfügbar.
Als erste Ergebnisse präsentiert Ihnen das Programm die kritischen Lastfaktoren. Anschließend können Sie eine Beurteilung der Stabilitätsgefährdung durchführen. Bei Modellen mit Stäben werden Ihnen die Knicklängen und kritischen Lasten der Stäbe tabellarisch ausgegeben.
Sie können weitere Ergebnismasken nutzen, um die normierten Eigenformen knoten-, stab- und flächenweise zu überprüfen. Die grafische Ausgabe der Eigenwerte macht Ihnen eine Beurteilung des Knick- bzw. Beulverhaltens möglich. Sie erleichtert es Ihnen, Gegenmaßnahmen einzubringen.
Sie können sich sicher denken, dass gerade die Kosten ein wichtiger Faktor in der Planung jedes Projektes sind. Auch die Bestimmungen zur Emissionsabschätzung sind unbedingt einzuhalten. Das zweiteilige Add-On Optimierung & Kosten / CO2-Emissionsabschätzung erleichtert es Ihnen, sich im Dschungel der Normen und Möglichkeiten zurechtzufinden. Es nutzt die künstliche-Intelligenz-Technik (KI) der Partikelschwarmoptimierung (PSO), um für parametrisierte Modelle und Blöcke die passenden Parameter zu finden, die Ihnen die Einhaltung üblicher Optimierungskriterien garantieren. Zum anderen schätzt dieses Add-On die Modellkosten bzw. CO2-Emissionen durch Vorgabe von Stückkosten bzw. -emissionen je Materialdefinition für das Strukturmodell ab. Mit diesem Add-On sind Sie auf der sicheren Seite.
Sie wissen sicher, dass Sie für den Tragfähigkeitsnachweis beim Anschluss zugbeanspruchter Bauteile mit Schraubverbindungen die Querschnittsschwächung durch die Schraubenlöcher berücksichtigen müssen. Auch hierfür haben die Statikprogramme eine Lösung. Im Add-On Aluminiumbemessung können Sie dafür eine lokale Stabquerschnittsreduzierung eingeben. An relevanten Stellen geben Sie hier die Reduzierung des Querschnitts als Absolutwert oder den prozentualen Anteil der Gesamtfläche an.
Wenn Sie dem Programm einen Lastfall oder eine Lastkombination vorlegen, wird die Stabilitätsberechnung aktiviert. Sie können einen weiteren Lastfall festlegen, um z. B. eine Anfangsvorspannung zu berücksichtigen.
Dabei müssen Sie angeben, ob eine lineare oder eine nichtlineare Analyse erfolgen soll. Je nach Anwendungsfall können Sie eine direkte Berechnungsmethode, wie z. B. nach Lanczos, oder aber die ICG-Iterationsmethode auswählen. Stäbe, die nicht in Flächen integriert sind, werden in der Regel als Stabelemente mit zwei FE-Knoten abgebildet. Mit solchen Elementen kann das Programm das lokale Knicken des Einzelstabes nicht erfassen. Aus diesem Grund haben Sie die Möglichkeit, Stäbe automatisch teilen zu lassen.
Ihre Bemessung war erfolgreich? Sehr gut, nun kommt der entspannte Teil. Denn das Programm gibt Ihnen die geführten Nachweise tabellarisch aus. Sie können dabei sämtliche Ergebnisdetails detailliert anzeigen lassen. Anhand der übersichtlich präsentierten Nachweisformeln wird es Ihnen problemlos möglich sein, die Ergebnisse auch nachvollziehen zu können. Bei Dlubal-Software gibt es keinen Blackbox-Effekt.
Die Nachweise werden an allen maßgebenden Stellen der Stäbe geführt und Ihnen grafisch als Ergebnisverlauf dargestellt. In der Ergebnisausgabe finden Sie weitere Detailgrafiken vor. Dazu gehören beispielsweise ein Spannungsverlauf am Querschnitt oder die maßgebende Eigenform.
Die gesamten Eingabe- und Ergebnisdaten sind Teil des RFEM-/RSTAB-Ausdruckprotokolls. Den Inhalt des Protokolls und die gewünschte Tiefe der Ausgabe für die einzelnen Nachweise können Sie gezielt selektieren.
Die Berechnung war erfolgreich? Nun können Sie die Ergebnisse der einzelnen Bauzustände in RFEM grafisch und tabellarisch betrachten. Dabei ermöglicht es Ihnen RFEM, Bauzustände in der Kombinatorik zu berücksichtigen und darüber bei der Bemessung mit einzubeziehen.
Wenn Geometriedifferenzen zwischen dem idealen System und dem aufgrund des vorhergehenden Bauzustandes verformten System entstehen, werden diese intern ausgeglichen. Dabei setzt das neu hinzugefügte System auf das unter Spannung stehende System der vorherigen Bauphase auf. Diese Berechnung erfolgt nichtlinear.
Bemessung auf Zug, Druck, Biegung, Schub, Torsion und kombinierte Schnittgrößen
Zugnachweis unter Berücksichtigung einer reduzierten Querschnittsfläche (z. B. Lochschwächung) möglich
Automatische Klassifizierung der Querschnitte zur Überprüfung lokalen Beulens
Schnittgrößen aus der Berechnung mit Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade) werden über den Vergleichspannungsnachweis berücksichtigt (aktuell noch nicht für die Bemessungsnorm ADM 2020 verfügbar).
Bemessung von Querschnitten der Klasse 4 mit effektiven Querschnittswerten nach EN 1999-1-1 (für RSECTION-Querschnitte sind Lizenzen für RSECTION und Effektive Querschnitte erforderlich)
Schubbeulnachweis unter Berücksichtigung von Quersteifen möglich
Einfache Definition von Bauzuständen in der RFEM-Struktur mit Visualisierung
Hinzufügen, Entfernen, Modifizieren und Reaktivieren von Stab-, Flächen- und Volumenelementen und deren Eigenschaften (z. B. Stab- und Liniengelenke, Freiheitsgrade für Lager usw.)
Automatische und manuelle Kombinatorik mit Lastkombinationen in den einzelnen Bauzuständen (z. B. zur Berücksichtigung von Montagelasten, Montagekranen etc.)
Berücksichtigung nichtlinearer Effekte wie Zugstabausfall oder nichtlinearen Lagern
Sie haben die gesamte Struktur in RFEM erstellt? Sehr gut, nun ordnen Sie die einzelnen Bauteile sowie Lastfälle den entsprechenden Bauzuständen zu. Dabei können Sie in den jeweiligen Bauzuständen beispielsweise die Gelenkdefinitionen von Stäben und Lagern modifizieren.
Modellieren Sie damit Systemänderungen, wie diese z. B. beim abschnittsweisen Verguss von Brückenträgern oder Stützensenkungen vorkommen. Anschließend ordnen Sie die in RFEM erstellten Lastfälle den Bauzuständen als ständige oder nicht-ständige Last zu.
Wussten Sie schon? Die Kombinatorik ermöglicht es Ihnen, die ständigen und nicht-ständigen Lasten in Lastkombinationen zu überlagern. So ist es Ihnen z. B. möglich, die maximalen Schnittgrößen aus verschiedenen Kranstellungen zu ermitteln oder nur in einem Bauzustand vorhandene Montagelasten zu berücksichtigen.
Achten Sie darauf, dass im Add-On Aluminiumbemessung die Festlegung der effektiven Längen eine wesentliche Voraussetzung für den Stabilitätsnachweis ist. Definieren Sie dazu im Eingabedialog Knotenlager und Knicklängenbeiwerte. Sie wollen die Knotenlager und resultierenden Segmente mit zugehörigem Knicklängenbeiwert übersichtlich dokumentieren? Zur Überprüfung der Eingabedaten nutzen Sie am besten die grafische Darstellung im Arbeitsfenster von RFEM/RSTAB. Dadurch können Sie die Bemessung auch ohne viel Aufwand jederzeit nachvollziehen.
Der Modale Relevanzfaktor (MRF) kann Ihnen dabei helfen, zu beurteilen, inwieweit Elemente an einer Eigenform beteiligt sind. Die Berechnung basiert auf der relativen elastischen Verformungsenergie jedes einzelnen Bauteils.
Mit dem MRF kann zwischen lokalen und globalen Eigenformen unterschieden werden. Wenn mehrere Stäbe einen signifikanten MRF (z. B. > 20 %) aufweisen, ist eine Instabilität der gesamten Konstruktion oder einer Teilkonstruktion sehr wahrscheinlich. Liegt hingegen die Summe aller MRFs für eine Eigenform bei etwa 100 %, ist mit einem lokalen Stabilitätsproblem (z. B. Knicken eines einzelnen Stabes) zu rechnen.
Darüber hinaus können mit dem MRF kritische Verzweigungslasten und äquivalente Knicklängen bestimmter Bauteile ermittelt werden (z. B. für die Stabilitätsbemessung). Eigenformen, für die ein bestimmter Stab kleine MRF-Werte aufweist (z. B. < 20 %), können in diesem Zusammenhang vernachlässigt werden.
Der MRF wird in den Ergebnisstabelle unter Stabilitätsanalyse --> Ergebnisse stabweise --> Knicklängen und Verzweigungslasten eigenformweise ausgegeben.
Nachweise finden Sie im Add-On Aluminiumbemessung in Form von übersichtlichen Tabellen. Des Weiteren können Sie den Verlauf der Ausnutzungen grafisch darstellen. Ihnen stehen dabei sowohl in der Tabelle als auch in der grafischen Ausgabe umfangreiche Filteroptionen zur Verfügung. So können Sie sich vom Programm gezielt die gewünschten Nachweise nach Grenzzustand oder Nachweisart anzeigen lassen.
Große Auswahl an verfügbaren Profilen wie z.B. gewalzte I-Profile, U-Profile, T-Profile, Winkel, rechteckige und runde Hohlprofile, Rundstähle, symmetrische und unsymmetrische, parametrische I-, T- und Winkelprofile, Zusammengesetzte Querschnitte (Eignung für Nachweisverfahren abhängig von gewählter Norm)
Nachweise für allgemeine RSECTION Querschnitte möglich (in Abhängigkeit der in der jeweiligen Norm zur Verfügung stehenden Nachweisformate), bspw. Vergleichsspannungsnachweis
Bemessung von gevouteten Stäben (Nachweisverfahren je nach Norm)
Anpassung der wesentlichen Nachweisbeiwerte und Normparameter möglich
Flexibilität durch detaillierte Einstellmöglichkeiten für Berechnungsgrundlagen und Berechnungsumfang
Schnelle und übersichtliche Ergebnisausgabe für einen sofortigen Überblick über den Verlauf der Nachweise nach der Bemessung
Detaillierte Ausgabe der Bemessungsergebnisse und der wesentlichen Formeln (nachvollziehbarer und prüfbarer Ergebnisweg)
Übersichtliche numerische Ergebnisausgabe in Masken und die Möglichkeit, diese grafisch in der Struktur darzustellen
Integration der Ausgabe in das RFEM-/RSTAB-Ausdruckprotokoll
Ihnen stehen für den Optimierungsprozess zwei Methoden zur Verfügung, mit denen Sie optimale Parameterwerte nach einem Gewichts- oder Verformungskriterium finden können.
Die effizienteste Methode mit der niedrigsten Berechnungszeit ist die naturnahe Partikelschwarmoptimierung (PSO). Haben Sie bereits davon gehört oder gelesen? Diese künstliche-Intelligenz-Technologie (KI) weist eine starke Analogie zum Verhalten von Tierschwärmen auf, die auf der Suche nach einem Rastplatz sind. In solchen Schwärmen finden Sie zahleiche Individuen (vgl. Optimierungslösung – z. B. Gewicht), die gerne in einer Gruppe bleiben und der Gruppenbewegung folgen. Nehmen wir an, dass jedes einzelne Schwarmmitglied das Rastbedürfnis auf einem optimalen Rastplatz (vgl. beste Lösung – z. B. niedrigstes Gewicht) hat. Dieses Bedürfnis steigt mit Annäherung zum Rastplatz an. Somit wird das Schwarmverhalten auch durch die Eigenschaften des Raums (vgl. Ergebnisdiagramm) beeinflusst.
Wieso der Ausflug in die Biologie? Ganz einfach – der PSO-Prozess in RFEM bzw. RSTAB geht ähnlich vor. Der Berechnungslauf beginnt mit einem Optimierungsergebnis aus einer zufälligen Belegung der zu optimierenden Parameter. Dabei ermittelt dieser immer wieder neue Optimierungsergebnisse mit variierten Parameterwerten, die auf der Erfahrung der bereits vorher getätigten Modellmutationen basieren. Dieser Prozess läuft so lange ab, bis die vorgegebene Anzahl von möglichen Modell-Mutationen erreicht ist.
Alternativ zu dieser Methode steht Ihnen im Programm noch eine Stapelverarbeitungsmethode zur Verfügung. Diese Methode versucht, sämtliche möglichen Modell-Mutationen durch eine zufällige Vorgabe der Werte für die Optimierungsparameter bis zum Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von möglichen Modell-Mutationen zu prüfen.
Beide Varianten kontrollieren nach der Berechnung einer Modellmutation auch die jeweils aktivierten Bemessungsergebnisse der Add-Ons. Des Weiteren speichern sie die Variante bei einer Auslastung < 1 mit zugehörigem Optimierungsergebnis und Wertebelegung der Optimierungsparameter ab.
Die geschätzten Gesamtkosten und -emissionen können Sie aus den jeweiligen Summen der einzelnen Materialien ermitteln. Dabei setzen sich die Summen der Materialien aus den gewichtsbasierten, volumenbasierten und flächenbasierten Teilsummen der Stab-, Flächen- und Volumenelemente zusammen.