Analysemodell

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Die neu entwickelte CBFEM (Component Based Finite Element Model) ermöglicht eine schnelle Analyse von Anschlüssen verschiedenster Formen und Konfigurationen.
Das Modell besteht aus Bauteilen, auf die die Last angewendet wird, und Fertigungsoperationen (einschließlich aussteifender Bauteile), welche zum Verbinden der Bauteile dienen. Bauteile dürfen nicht mit Fertigungsoperationen verwechselt werden, da ihre Schnittkanten über starre Verbindungen mit dem Verbindungsknoten verbunden sind, sodass sie sich nicht korrekt verformen, wenn sie anstatt von Fertigungsoperationen (z.B. durch die Operation „Aussteifendes Bauteil“) verwendet werden.

Das analysierte FEM-Modell wird automatisch generiert; sodass der Konstrukteur nicht das FEM-Modell, sondern den Anschluss mittels Fertigungsoperationen erstellt – zu sehen im nachfolgenden Bild.

Fertigungsoperationen/Elemente, die für die Bemessung des Anschlusses verwendet werden können

Jede Fertigungsoperation fügt der Verbindung neue Elemente hinzu – Schnitte, Platten, Schrauben, Schweißnähte.

Gelagertes Bauteil und Lagerungen

Ein Bauteil des Anschlusses wird stets als “gelagert” eingestellt. Alle anderen Bauteile sind “verbunden”. Das tragende Bauteil kann vom Anwender ausgewählt werden und vom Typ “Durchgehend” (Zwei Bauteilenden mit Lagerungen an beiden Enden) oder “Ende” (Ein Bauteilende mit einseitiger Lagerung an einem Ende) sein.

Verbundene Bauteile können, je nach Belastung, mehrere Modelltypen aufweisen:

  • Typ N - Vy - Vz - Mx - My - Mz –   Bauteil kann alle 6 Komponenten der Schnittkräfte übertragen/ aufnehmen.
  • Typ N - Vy - Mz – Übertragung/ Aufnahme nur von Belastungen in der XY-Ebene – Schnittkräfte N, Vy, Mz.
  • Typ N - Vz - My – Übertragung/ Aufnahme nur von Belastungen in der XZ-Ebene – Schnittkräfte N, Vz, My.
  • Typ N - Vy - Vz –   Keine Übertragung/ Aufnahme von Momenten – Schnittkräfte N, Vy, Vz.

Die Platte-zu-Platte Verbindung überträgt alle Schnittkraft-Komponenten

Anschlussblech Verbindung. Die Verbindung kann nur Lasten in der XZ-Ebene übertragen – Schnittgrößen N, Vz, My.

Fachwerkverbindung. Die Verbindung kann nur Axialkräfte (N) und Querkräfte (Vy, Vz) übertragen

Jeder Anschluss befindet sich während der Berechnung der Rahmenstruktur im Gleichgewichtszustand. Wenn die Lasten einzelner Bauteile auf das detaillierte CBFEM-Modell angewendet werden, ist dort der Gleichgewichtszustand ebenfalls erreicht. Daher wäre es nicht notwendig, Lagerungen im Analysemodell zu festzulegen. Aus praktischen Gründen wird die Lagerung trotzdem am tragenden Bauteil festgelegt. Dies beeinflusst weder den Spannungszustand noch die Schnittgrößen, sondern nur die Darstellung der Verformungen.

Entsprechende Lagertypen, die die einzelnen Bauteil-Typen berücksichtigen, sind am Ende der verbundenen Bauteile definiert, um das Auftreten von Instabilität zu verhindern.

Die Standardlänge eines jeden Bauteils (ohne Bearbeitung durch Fertigungsoperationen, ausgehend vom Knoten) ist definiert als das Zweifache seiner Höhe. Nach der letzten Fertigungsoperation (Schweißnaht, Öffnung, Steife etc.)  sollte, aufgrund der korrekten Verformungen nach den starren Verknüpfungen, die das abgeschnittene Ende eines Bauteils mit dem Verbindungsknoten verbinden, die Länge mindestens einmal der Querschnittshöhe entsprechen.


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