В нашей статье описана разработка плагина Parametric FEM Toolbox (параметрическая панель инструментов МКЭ) и некоторые возможные рабочие процессы с применением этого нового инструмента.
Die Parametrisierung in RFEM und RSTAB ist ein Werkzeug, welches viele Möglichkeiten bietet, vor allem für wiederkehrende Bauteile. Innerhalb der Parametrisierung hat man die Möglichkeit, auf interne Werte des Modells zurückzugreifen, wie zum Beispiel Werte eines gewählten Querschnitts. Im Folgenden wird ein einfaches Beispiel erläutert, wie das funktionieren kann.
Sollen bei einer Struktur nur einige wenige Geometrieparameter geändert werden, ist es nicht immer notwendig, die betroffenen Strukturteile zu löschen und neu zu definieren.
Beim Dialog für die Syntax-Eingabe der Kombinatorik von Last- beziehungsweise Ergebniskombinationen handelt es sich um einen nicht modalen Dialog. Das heißt, dass nach dem Öffnen dieses Dialoges Eingaben auch außerhalb des Dialoges möglich sind. Für die Syntax-Eingabe bedeutet dies, dass der Dialog mit dem Bearbeitungsfeld parallel zum Dialog "Lastfälle und Kombinatorik bearbeiten" geöffnet sein kann.
Wenn Sie einen parametrischen Querschnitt in der Bibliothek über dessen Abmessungen definieren, werden die geometrischen Kennwerte in der Querschnittsbezeichnung codiert, beispielsweise "TO 200/100/10/10/10/10".
In RF-TENDON und RF-TENDON Design können Einstellungen zu normenabhängigen Beiwerten, Berechnungsparametern und Berechnungsverfahren über die Funktion "Norm" eingesehen und angepasst werden. In dem Dialog können die Einstellungs- und Anpassungsmöglichkeiten nach Kapitel der Norm gruppiert angezeigt werden.
Das Zusatzmodul RF-/STAHL EC3 kann den Nachweis der Halskehlnähte für alle parametrischen, geschweißten Querschnitte der Querschnittsbibliothek führen. Hierzu muss die Option in den Detaileinstellungen des Moduls aktiviert werden. Alternativ kann auch ein Flächenmodell zur Bemessung genutzt werden.
Allgemeine dünnwandige Querschnitte weisen oft unsymmetrische Geometrien auf. Die Hauptachsen solcher Profile liegen dann nicht parallel zu den horizontal und vertikal ausgerichteten Achsen Y und Z. Bei der Ermittlung der Querschnittswerte wird neben den hauptachsenbezogenen Trägheitsmomenten der Winkel α zwischen der Schwerpunktachse y und der Hauptachse u bestimmt.
In der Formeleditor-Umgebung können beliebige Parameter (Längen, Kraftgrößen etc.) zur Steuerung von Last- und Geometrieangaben in der Modellierung angegeben werden.
Наиболее частой причиной неустойчивости моделей являются выходящие из работы нелинейности стержней, например, растянутые стержни. В качестве простого примера приведем раму с опорами в основании колонны и моментными шарнирами на ее оголовке. Эта неустойчивая система стабилизируется с помощью поперечных связей растянутых стержней. Так что в случае сочетаний нагрузок с горизонтальными нагрузками, система остается устойчивой. Но при вертикальной нагрузке оба растянутых стержня выходят из работы, система теряет устойчивость и появляется ошибка в расчете. Dies lässt sich vermeiden, indem die besondere Behandlung der ausfallenden Stäbe unter "Berechnung" → "Berechnungsparameter" → "Globale Berechnungsparameter" aktiviert wird.
Die parametrisierte Eingabe ermöglicht es, Modell- und Belastungsdaten so einzugeben, dass sie von bestimmten Variablen (Parametern) abhängig sind. Die Parameter können direkt eingegeben, aus anderen Parametern und Konstanten berechnet werden und es ist zudem möglich, auf die Querschnittswerte zuzugreifen. Dies kann zum Beispiel zum Berechnen von Vorkrümmungen - abhängig von der Norm - benutzt werden.
Mit dem neuen Stabtyp "Ergebnisstab" in RFEM 5 hat man nun auch die Möglichkeit, sich die Lastsummen einzelner Geschosse einfach ermitteln zu lassen. Dazu modelliert man einen Stab in dem gewünschten oder in allen Geschossen und gibt bei den Parametern des Ergebnisstabes die zu berücksichtigenden Wände als inklusive Objekte vor. RFEM integriert dann die Flächenschnittgrößen zu Stabschnittgrößen.
Modell- und Lastobjekte können nicht nur grafisch oder tabellarisch definiert, sondern auch über Parameter erzeugt werden (siehe Handbuch). Bei dieser parametrisierten Eingabe kann auch auf Zellen bestimmter Tabellen des Programms zugegriffen werden. Таким образом, можно, например, связать параметр нагрузки с параметром данных модели. Die Referenz wird dabei durch das $-Zeichen hergestellt.
Vor Erstellung eines statischen Modells macht sich jeder Anwender Gedanken über die Randparameter des Systems und wie das Modell am besten abgebildet werden kann. Однако особое внимание следует уделить также ориентации общей системы координат. В инженерной практике общая ось Z модели обычно направлена вниз (в направлении действия постоянной нагрузки), в то время как в архитектуре она имеет тенденцию быть направленной вверх. Diese Unterschiede können oftmals zu Schwierigkeiten bei der Modellierung führen, beispielsweise beim Austausch von Gesamtmodellen oder DXF-Folien.
In den Berechnungsparametern kann die Anzahl der Stabteilungen für Ergebnisverläufe eingestellt werden. Der Effekt dieser Einstellungsmöglichkeit wird in den folgenden Bildern aufgezeigt.
Im Zusatzmodul RF-/FUND Pro kann die automatische Dimensionierung der Fundamentplattengeometrie ausgewählt werden. Im Dialog für die Auslegungsparameter der Fundamentplatte kann man beispielsweise die Schrittweite für die Vergrößerung der Sohlfläche und der Fundamentplattendicke vorgegeben. Auch eine automatische Erhöhung der Überschüttung zur stabilisierenden Wirkung bei den geotechnischen Nachweisen ist möglich.
Die Eingabemasken in RF-/STAHL EC3 unterscheiden zwischen dem Biegeknick- und Biegedrillknicknachweis. Im Folgenden sollen die biegedrillknickspezifischen Parameter an einem Beispiel vorgestellt werden.
Zur Nachweisführung einer gelenkigen Stirnplattenverbindung bietet RFEM folgende Möglichkeiten. Zunächst besteht in RF-JOINTS Stahl - Gelenkig die Möglichkeit einer schnellen und simplen Eingabe der entsprechenden Parameter, um anschließend einen dokumentierten Nachweis inklusive Grafik zu erhalten. То же соединение можно смоделировать и индивидуально в программе RFEM, а затем оценить или вручную рассчитать все результаты. В следующем примере будут объяснены все особенности данного моделирования, а для наглядности будут поперечные силы болтов сопоставлены с соответствующими результатами из модуля RF-JOINTS Steel - Pinned.
С помощью дополнительного модуля RF-/STEEL EC3 можно в программе RFEM или RSTAB применить номинальные кривые зависимости «температура - время». Дополнительно, можно в программе использовать также нормативные кривые «температура - время», кривую наружного сгорания и кривую углеводородного пожара. Кроме того, программа предоставляет возможность прямого ввода конечной температуры стали. Diese Stahltemperatur kann beispielsweise mit einer parametrischen Temperatur-Zeit-Kurve berechnet worden sein, wie diese im Anhang der DIN EN 1992-1-2 vorhanden ist. В следующей статье поясняется параметрическое действие факторов пожара.
В программе RFEM можно создавать поверхности из стержней (например, для выполнения точного моделирования КЭ на стержне). Bestimmte Parameter wie eine automatische FE-Netzverdichtung oder starre Flächen können vor dem Zerlegen eingefügt werden.
Если пересечения, созданные в RFEM 4, открываются в файле RFEM 5, управление файлами пересечений остается в старом формате для обеспечения совместимости. Die einzelnen Teilflächen der Durchdringung können dann nur über das Register "Integriert/Komponenten" aktiviert oder deaktiviert werden, alle Teilflächen können nur dieselbe Dicke aufweisen und es kann keine separate Flächen-FE-Netzverdichtung für die einzelnen Teilflächen verwendet werden.
Если вы хотите присоединить стержни по касательной к криволинейному стержню или криволинейной поверхности в RFEM, необходимо задать поворот стержня соединенных стержней. Damit diese nicht händisch ermittelt werden müssen, kann man sich den Mittelpunkt der gekrümmten Linie anzeigen lassen und darauf einen Knoten setzen. Im Nachgang wählt man die Funktion "Stabdrehung mittels Hilfsknoten" und selektiert diesen. Im Anschluss werden die Stäbe automatisch in ihrer definierten Ebene (hier x-z) gedreht und die Oberkante des gedrehten Querschnittes liegt parallel zur Tangente der gekrümmten Linie.
Начиная с версии программы x.06.1103, в модуле RF‑/FOUNDATION Pro можно вводить профиль основания. Für den Anwender bietet dies den Vorteil, dass über und unter der Fundamentsohle mehrere Bodenschichten mit verschiedenen Bodenparametern angesetzt werden können. Für die Eingabe der Bodenschichten steht eine Bibliothek mit verschiedenen Böden zur Verfügung, welche auch durch benutzerdefinierte Böden erweitert werden kann. Das vom Anwender definierte Bodenprofil wird in der interaktiven Infografik dargestellt. Jede Änderung, zum Beispiel an den Schichtdicken, wird unmittelbar grafisch dargestellt.
Дополнительный модуль RF-FORM-FINDING позволяет определить равновесные формы мембранных и вантовых элементов в программе RFEM. In diesem Berechnungsprozess sucht das Programm für die Membran- und Seilelemente eine geometrische Lage, in der die Oberflächenspannung/Vorspannung der Membranen und Seile im Gleichgewicht mit den natürlichen und geometrischen Randreaktionen steht. Dieser Prozess heißt Formfindung (nachfolgend FF genannt). Die FF-Berechnung wird in RFEM global in den "Basisangaben" eines Modells im Register "Optionen" aktiviert. Nach Aktivierung werden in RFEM ein Lastfall beziehungsweise ein Berechnungsprozess mit dem Namen RF-FORMFINDUNG angelegt und für die Seil- und Membraneingabe zusätzlich FF-Parameter zur Definition der Oberflächenspannung und Vorspannung freigeschaltet. Die Aktivierung der FF-Option bedeutet für das Programm, dass vor der reinen strukturellen Berechnung der Schnittgrößen, Verformung, Eigenwerte etc. immer zuerst der Formfindungsprozess gestartet und für die Folgeberechnung ein entsprechend vorgespanntes Modell vorgegeben wird.
Помимо общей информации о созданных снеговых и ветровых нагрузках в виде таблиц, соответствующие схематические зарисовки также доступны в протоколе результатов RFEM и RSTAB. Diese werden für jeden Lastfall separat ausgegeben.
Что касается суперпозиции или сочетания нагрузок, то немецкая норма DIN 18008 ссылается на DIN 1055‑100. Dies kommt auch für die einzelnen Parameter der Klimalasten zum Tragen. Hierbei dürfen die Temperaturänderung sowie die meteorologische Druckänderung als eine Einwirkung zusammengefasst und die Ortshöhenveränderung als ständige Einwirkung eingeordnet werden.
Кроме прямых балок, нужно иногда в программе RSTAB рассчитать или рассчитать арочные или закругленные балки. Dazu gibt es unter "Extras" -> "Modell generieren" das Werkzeug "Kreis". Mit dessen Hilfe ist es möglich, entweder Vollkreise oder Teilkreise zu erzeugen. Der wichtigste Parameter ist hier die Anzahl der neuen Knoten, denn darüber wird die Genauigkeit der Ergebnisse gesteuert.
Национальные параметры EN 1992-1-1 для каждой страны можно экспортировать из дополнительного модуля RF-/CONCRETE, RF-/CONCRETE Columns и RF-/FOUNDATION Pro. Dabei stehen die Schnittstellen zu MS Excel und CSV zur Verfügung. Durch den Export der nationalen Parameter können diese zum Beispiel in MS Excel aufbereitet und eventuelle Unterschiede zwischen einzelnen nationalen Anhängen übersichtlich dargestellt werden (siehe Bild).
Окно результатов свойств сечения можно настроить индивидуально с помощью кнопки [Фильтр] в строке меню таблицы. In einem Dialog können dann die einzelnen Querschnittsparameter ein- oder ausgeblendet werden.
Помимо ручного ввода значений, можно в диалоговом окне «Нагрузка на стержень» задать линейные нагрузки с помощью функции «Многослойная композиция». Diese ist eine Bibliothek, in der Aufbauten aus mehreren Schichten zur Aufbringung von Lasten organisiert werden. Der Schichtaufbau kann frei über die Parameter Bezeichnung, Dicke, Wichte oder Flächenlast und Kommentar je Schicht beschrieben werden.