scia.a.adv_mat_nl - erweiterte Materialnichtlinearität

Dieses Erweiterungsmodul enthält Reibungsfedern, reine Druckflächen und plastisches Verhalten für Flächenelemente.

Reibungsfedern in Knotenauflagern

Die Auflager mit Reibung können verwendet werden, um die Tatsache zu modellieren, dass eine Reaktionskomponente von einer anderen Komponente abhängt. Die horizontale Komponente hängt zum Beispiel von der vertikalen Komponente ab. Wenn die Reibungskraft überschritten wird, rutscht das Auflager durch, was zu großen Verformungen führt.

Die Auflager mit Reibung können für verschiedene Arten von Konstruktionen verwendet werden. Fast jedes Auflage, das nicht starr mit dem Boden verbunden ist, auf dem es steht, unterliegt der Reibung.

Beispiel für die Verwendung - Gerüstbau

Plastisches Verhalten bei Flächenelementen

Dieses Modul erlaubt nichtlineares Materialverhalten für 2D-Teile (Platten, Wände, Schalen). Die plastische Zone basiert auf der isotropen elasto-plastischen Fließbedingung (J2-Plastizitätsbedingung). Es besteht die Möglichkeit, aus vier Arten von isotropem elasto-plastischem Verhalten zu wählen:

• von Mises
• Tresca
• Drucker–Prager
• Mohr–Coulomb
   

Von Mieses und Tresca Fließbedingungen

Die von-Mises-Fließbedingung ist geeignet für duktile Materialien im Allgemeinen, wie Metalle (Stahl, Aluminium usw.). Sie entspricht einer bilinearen Spannungs-Dehnungs-Beziehung, die bei Zug und Druck identisch ist. Der plastische Zweig kann eine Steigung haben (Verfestigungsmodul) oder keine.
Es handelt sich um ein symmetrisches Verhalten, das auf Zug und Druck in gleicher Art und Weise wirkt, mit oder ohne Verfestigung im plastischen Bereich.
Die Tresca-Fließbedingung ist auch als Theorie der maximalen Schubspannung bekannt. Sie kann auch für metallische Werkstoffe verwendet werden.
 

Drucker - Prager und Mohr-Coulomb Fließbedingung

Die Drucker-Prager-Fließbedingung ist eine häufig verwendete Option für Beton, bei dem sowohl Normal- als auch Schubspannungen zum Bruch führen können. Diese Fließbedingung kann für die Modellierung des Verhaltens von Durchstanzen, kurzen Konsolen und für die Identifizierung von Fachwerk analog zur Modellierung von 'Strut and Tie'-Modellen verwendet werden.

Die Mohr-Coulomb-Fließbedingung wird ebenfalls häufig zur Modellierung von Beton, Boden oder Granulaten verwendet. Dieses Materialmodell ist ähnlich wie das von Tresca, mit zusätzlichen Regelungen für Materialien mit unterschiedlichen Zug- und Druckfließgrenzen.

Plastisches Verhalten mit weiteren Nichtlinearitäten

Das plastische Verhalten von Flächenelementen kann in SCIA Engineer mit anderen Arten der Nichtlinearität kombiniert werden. Zum Beispiel können das plastische Verhalten von Flächenelementen, reine Druckauflager und große Verschiebungsanalysen zusammen verwendet werden.

Eine typische Anwendung der allgemeinen Plastizität ist eine detaillierte Analyse von nicht standardisierten Stahlverbindungen, für die vereinfachte Methoden nicht anwendbar sind. Sie kann jedoch auf jede Struktur angewendet werden, die mit 2D-Teilen modelliert werden kann.

Beachten Sie, dass diese Art des plastischen Verhaltens bei 1D-Teilen nicht unterstützt wird. Jeder Balken oder Fachwerkstab, der im Modell vorhanden ist, wird als elastisch behandelt.
 

 

Reine Druckflächen

Diese Funktion erlaubt die Analyse von 2D-Teilen, die nur Druckkräften widerstehen können. Sie kann zum Beispiel für die Analyse von Mauerwerkswänden und Bögen verwendet werden.

Dieses Modell gibt dem Benutzer einen sehr guten Einblick in das Verhalten von Strukturen wie Schubwänden oder Gebäudekernen. Es ist möglich, (bewehrte) Beton- oder Mauerwerkstragwerke in einer 3D-Umgebung effektiv zu modellieren. Mit Hilfe einer nichtlinearen Analyse kann der Benutzer alle Zugspannungen in den Finiten Elementen des Betons oder Mauerwerks reduzieren, was zu einem System von Finiten Elementen führt, die nur Druck haben. Das Modell kann die inneren Bögen/Druckstreben über Öffnungen und Türen darstellen. Auch Stürze über Öffnungen lassen sich einfach modellieren und in der Berechnung als gelenkige Träger berücksichtigen. Die Bewehrung im Beton, die in der Lage ist, den Zugkräften zu widerstehen, wird als innere Rippe mit der Fläche und Steifigkeit des Bewehrungsgrades modelliert. Mit diesem sogenannten Streben- und Rippenmodell erhält der Anwender ein vollständiges Werkzeug zur Bemessung und zum Nachweis der Bewehrung in Wänden.

Es wird eine nichtlineare Analyse durchgeführt, um mit den reinen Druck-Finite-Elementen zu rechnen. Durch eine Reihe von Iterationsschritten wird die Steifigkeit in Richtung der Zugspannungen reduziert, wodurch die Zugspannungen in der Struktur effektiv verringert werden. Wenn die Geometrie der Struktur so ist, dass ein neuer Gleichgewichtszustand im Grenzzustand der Tragfähigkeit gefunden wird, z. B. durch interne Bögen oder Bewehrungen, wird das Konvergenzkriterium erreicht.

Mit der Funktion zur Anzeige der Trajektorien der Hauptkräfte oder -spannungen kann der Benutzer das Verhalten der Struktur ausreichend überprüfen. Die inneren 'Struts and Ties' sind deutlich zu erkennen. Die inneren Kräfte auf die Bewehrung können als Axialkräfte in der Struktur dargestellt werden. Andere Ergebnisse wie Reaktionen und Verformungen helfen dem Benutzer ebenfalls, das Verhalten des Tragwerks richtig einzuschätzen.

Dieses Modul hilft dem Ingenieur bei der Bemessung und dem Nachweis von komplexen 3D-Strukturen mit Schubwänden und Gebäudekernen. Ein praktisches Beispiel zeigt den Unterschied zwischen einer linear-elastischen Analyse (entsprechend dem Gebrauchszustand der Tragfähigkeit) und einer nicht-linearen Analyse mit reinen Druck-Finite-Elementen (entsprechend dem Grenzzustand der Tragfähigkeit).

Das Modul 'Reine 2D-Druckflächen' ist ein Muss für den Ingenieur, der in der täglichen Praxis 3D-Strukturen oder 2D-Wände berechnet. Dieses Modul liefert einen adäquaten Überblick über das statische Verhalten des Bauwerks. Mit diesem Modul kann der Anwender Mauerwerk oder Stahlbetonkonstruktionen effektiv modellieren. Praktische Anwendungen sind z.B. Mauerwerkswände mit Öffnungen, Betonwände mit Öffnungen, spezielle Betondetails wie z.B. Auflager von Balken.

Plastische Gelenke für 1D-Elemente

Wenn eine normale lineare Berechnung durchgeführt wird und die Grenzspannung in irgendeinem Teil der Struktur erreicht wird, muss die Größe der kritischen Elemente erhöht werden. Wenn jedoch plastische Gelenke berücksichtigt werden, führt das Erreichen der Grenzspannung dazu, dass automatisch plastische Gelenke in die entsprechenden Knoten eingefügt werden und die Berechnung mit einem weiteren Iterationsschritt fortgesetzt werden kann. Die Spannung wird auf andere Teile der Struktur umverteilt, und es wird eine bessere Ausnutzung der Gesamttragfähigkeit der Struktur erreicht.

Plastische Gelenke können in jedem FE-Knoten der einzelnen 1D-Teile auftreten. Bei der Berechnung mit plastischen Gelenken erfolgt keine Auswahl der 1D-Teile durch den Anwender. Wird diese Art der Berechnung gewählt, können alle 1D-Teile der Struktur plastischen Gelenken unterliegen.
Das Solver-Setup bietet die Möglichkeit, den nationalen Bemessungsnormen (EC, DIN, NEN) zu wählen, der für die Korrektur der in den Plastikgelenken entwickelten Grenzmomente verwendet wird.