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Windsimulation & Windlast-Generierung

Handbücher zu RWIND Simulation

Mit dem Einzelprogramm RWIND Simulation lassen sich mittels eines digitalen Windkanals Windströmungen um einfache oder komplexe Stukturen simulieren.

Die generierten Windlasten, die auf diese Objekte wirken, können in RFEM bzw. RSTAB importiert werden.

  1. Folienkissen mit Materialmodell Isotrop plastisch 2D/3D

    Nichtlineares Materialgesetz für Membranen

    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.

  2. RF-FORMFINDUNG | Leistungsmerkmale

    • Formfindung von:
      • zugbelasteten Membran- und Seilkonstruktionen
      • druckbelasteten Schalen und Stabtragwerken
      • druck- und zugbelasteten Konstruktionen
    • Berücksichtigung von Gasvolumen zwischen Flächen
    • Interaktion mit der Tragkonstruktion
    • Flächen als 2D- und Stäbe als 1D-Element
    • Definition von verschiedenen Vorspannungsbedingungen für Flächen (Membranen und Schalen)
    • Definition von Kräften oder geometrischen Anforderungen für Stäbe (Seile und Balkenstäbe)
    • Berücksichtigung sämtlicher Lasten (Eigengewicht, Innendruck, etc.) bei der Formfindung
    • Temporäre Lagerdefinitionen für den Formfindungsprozess
    • Definition von isotropem oder orthotropem Material für die statische Berechnung
    • Optionale Definition von freien Polygonlasten
    • Transformation der gefundenen Form in NURBS-Flächenelemente 
    • Möglichkeit der kombinierten Formfindung über die Integration der vorläufigen Formfindung
    • Grafische Auswertung der neuen Form über farbige Koordinaten- und Neigungsplots
    • Volle Dokumentation der Berechnung mit benutzerdefinierten adaptiven Auswertungsbildern
    • Exportmöglichkeit des FE-Netzes als dxf- oder Excel-Datei
  3. Verformtes FE-Netz nach Formfindung

    RF-FORMFINDUNG | Ergebnisse

    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.

  4. Berechnungsparameter

    RF-FORMFINDUNG | Berechnung

    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
  5. Vorspannungs-Parameter für Membrane

    RF-FORMFINDUNG | Eingabe

    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
  6. RF-ZUSCHNITT | Berechnung

    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 
    • Anwendung der Vernetzung der Hauptberechnung
  7. Zerlegung einer Membranfläche mit Hilfe des Linientyps "Schnitt mittels zwei Linien"

    RF-ZUSCHNITT | Eingabe

    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
    • Unterschiedliche Zuschläge (Schweißnaht, Randlinie)
    • Vorläufige Darstellung des Schnittmusters in dem seitlichen Grafikfenster ohne die nichtlineare Hauptberechnung zu starten
  8. RF-ZUSCHNITT | Leistungsmerkmale

    • Ebene und geodätische Schnittlinien
    • Ebnung von doppelt gekrümmten Flächenteilen vom Membranen oder pneumatischen Kissen
    • Definition von Schnittmustern über Begrenzungslinien, die nicht zwingend verbunden sein müssen
    • Hochwertige Ebnung über die Theorie der minimalen Energie
    • Schweißnaht- und Randzuschläge
    • Konstante oder lineare Kompensation in Kett- und Schussrichtung
    • Unterschiedliche Kompensationen für Begrenzungslinien möglich
    • Adaptive Datenorganisation (jede nachträgliche Änderung in den Eingabedaten wird bis zur letzten „Naht“ berücksichtigt)
    • Grafische Darstellung der Schnittmustero
    • Statistische Information zu jedem Zuschnittmuster (Breite, Länge, Größe)
    • Option, Schnittmuster automatische aus Zellen zu generieren
       
  9. Darstellung der Schnittmuster im RFEM-Modell

    RF-ZUSCHNITT | Ergebnisse

    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

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