sens.02 - Erweiterte werkstofflich-nichtlineare Analyse

Dieses erweiterte Modul wird für Reibungsfedern, Nur-Druck-Oberflächen und die plastische Analyse für Träger und Oberflächen verwendet.

Reibungsfedern in Knotenauflagern

Mithilfe von Reibungsauflagern kann modelliert werden, dass eine Reaktionskomponente von einer anderen Komponente abhängt. Beispielsweise kann die horizontale Komponente von der vertikalen Komponente abhängen. Wenn die Reibungskraft überschritten wird, gleitet das Auflager durch und es entstehen deutliche Verformungen.

Reibungsauflager können für verschiedene Arten von Strukturen verwendet werden. Nahezu jedes Auflager, das nicht fest mit der Fläche verbunden ist, auf der es steht, ist einer Reibung ausgesetzt.

Hinweis: Reibung kann in ein oder zwei Richtungen definiert werden. Es ist nicht möglich, Reibung in drei Richtungen zu definieren, da dann der „Schub“ nicht ermittelt werden könnte. Wenn eine einfache Reibung (X, Y, Z) in zwei Richtungen definiert wird, ist die Option „Unabhängig“ verfügbar. Die Option sollte verwendet werden, wenn die Reibung in eine Richtung nicht von der Reibung in die andere Richtung abhängt. Eine zusammengesetzte Reibung (YZ oder Y+Z) kann nur in eine Richtung angegeben werden.

Verwendungsbeispiel: Gerüste

 Plastische Analyse für Träger und Oberflächen

SCIA Engineer implementiert nichtlineares Werkstoffverhalten für 2D-Bauteile (Platten, Wände, Schalen): Plastizität. Die plastische Zone basiert auf der isotropen elasto-plastischen Fließbedingung (J2-Plastizitätsbedingung). Es stehen vier Arten isotrop elasto-plastische Werkstoffe zur Auswahl:

• Von Mises
• Tresca
• Drucker-Prager
• Rankine

Von-Mises- und Tresca-Fließbedingung

Die Von-Mises-Fließbedingung eignet sich allgemein für duktile Werkstoffe wie Metalle (Stahl, Aluminium usw.). Sie entspricht einer bilinearen Spannungs-Dehnungs-Beziehung, bei der Zug und Druck sich entsprechen. Der plastische Ast kann eine Neigung (Verfestigungsmodul) haben oder auch nicht.

Es handelt sich um ein symmetrisches Verhalten, das in Zug und Druck mit oder ohne Verfestigung des plastischen Asts auf die gleiche Weise wirkt.

Die Tresca-Fließbedingung wird auch als Theorie der maximalen Schubspannung bezeichnet. Diese Bedingung kann auch für Metallwerkstoffe verwendet werden.

Drucker-Prager- und Mohr-Coulomb-Fließbedingung

Die Drucker-Prager-Fließbedingung ist die am häufigsten verwendete Option für Beton, wo Normal- und Schubspannungen das Versagen bestimmen können. Diese Fließbedingung eignet sich für die Modellierung des Verhaltens des Durchstanzens, für kurze Kragsteine und zur Identifizierung der Analogie mit einem Fachwerk für die Modellierung von Druck- und Zugstrebenmodellen.

Die Mohr-Coulomb-Fließbedingung wird oft zur Modellierung von Beton, Boden oder körnigen Werkstoffen verwendet. Die Bedingung ähnelt der Tresca-Fließbedingung, unterscheidet aber zwischen Druck- und Zugspannungen.

Plastisches Verhalten mit anderen Nichtlinearitäten

Das plastische Verhalten des Werkstoffs kann mit anderen Arten von Nichtlinearität in SCIA Engineer kombiniert werden. Beispielsweise können Plastizität, Nur-Druck-Auflager und die Analyse großer Verschiebungen zusammen verwendet werden. Nur-Zug-1D-Bauteile mit Plastizitätsgrenze können zur Modellierung des Verhaltens von Bolzen in einer Verbindung verwendet werden.

Eine typische Anwendung der allgemeinen Plastizität ist die detaillierte Analyse von nicht standardmäßigen Stahlstrukturverbindungen, für die keine vereinfachten Methoden anwendbar sind. Sie kann jedoch auf beliebige Strukturen angewendet werden, die mit 2D-Bauteilen modellierbar sind.

Für 1D-Bauteile wird Plastizität nicht unterstützt. Alle Träger und Fachwerkstäbe im Modell werden als elastisch angenommen.

Arbeiten mit allgemeiner Plastizität in SCIA Engineer

Die allgemeine Plastizität ist eine besondere Art Nichtlinearität in SCIA Engineer. Nach dem Definieren geeigneter Daten im Projekt muss eine nichtlineare Analyse ausgeführt werden, um das plastische Verhalten der Struktur zu berechnen. Beachten Sie die allgemeinen Informationen zur nichtlinearen Analyse in SCIA Engineer. Die allgemein Plastizität ist eine Teilfunktion der nichtlinearen Analyse. Aktivieren Sie in den Projekteinstellungen auf der Registerkarte Funktionalität die Optionen Nichtlinearität und Allgemeine Plastizität.

Nur-Druck-Oberflächen

Für die Analyse von 2D-Bauteilen, die nur Druckkräften standhalten. Dieses Modul kann beispielsweise für die Analyse von Mauerwerkwänden und -bögen verwendet werden.

Finite Nur-Druck-Elemente

Dieses Modell ermöglicht dem Benutzer einen ausführlichen Einblick in das Verhalten von Strukturen wie Schubwänden oder Gebäudekernen. Strukturen aus (Stahl-)Beton oder Mauerwerk können in einer 3D-Umgebung modelliert werden. Der Benutzer kann mit einer nichtlinearen Analyse alle Zugspannungen in den finiten Elementen aus Beton oder Mauerwerk ausschließen, was zu einem System aus finiten Nur-Druck-Elementen führt. Im Modell können die innenliegenden Gewölbe/Streben über Öffnungen und Türen angezeigt werden. Auch Sturzbalken über Öffnungen können einfach modelliert und in der Berechnung als Gelenkträger berücksichtigt werden. Die Bewehrung im Beton, die Zugkräften standhält, wird als interne Rippe mit der Fläche und Steifigkeit des Bewehrungsgrades modelliert. Mit diesem sogenannten Stabwerkmodell verfügt der Benutzer über ein vollständiges Werkzeug für die Bemessung und den Nachweis der Bewehrung in Wänden.

Zur Berechnung mit den finiten Nur-Druck-Elementen wird eine nichtlineare Analyse ausgeführt. In mehreren Iterationsschritten wird die Steifigkeit in Richtung der Zugspannung reduziert und so die Gesamtzugspannung in der Struktur vermindert. Wenn mit der Geometrie der Struktur ein neuer Gleichgewichtszustand im GZT gefunden wird (durch Innenbögen oder Bewehrung), wird das Konvergenzkriterium erreicht.

Mit der Funktion zur Anzeige der Hauptkraft- bzw. Hauptspannungslinien kann der Benutzer das Verhalten der Struktur entsprechend überprüfen. Die innenliegenden Streben und Zuganker sind deutlich erkennbar. Die Schnittgrößen an der Bewehrung können als Längskräfte in der Struktur angezeigt werden. Weitere Ergebnisse wie Reaktionen und Verformungen geben dem Benutzer zusätzlichen Einblick in das Verhalten der Struktur.

Dieses Modul unterstützt den Benutzer beim Ausführen von Bemessungen und Nachweisen für komplexe 3D-Strukturen mit Schubwänden und Gebäudekernen. Das folgende Praxisbeispiel zeigt den Unterschied zwischen einer linearen elastischen Analyse (gemäß GZG) und einer nichtlinearen Analyse mit finiten Nur-Druck-Elementen (gemäß GZT).

Das Modul für finite Nur-Druck-2D-Elemente ist für all diejenigen unabdingbar, die häufig Berechnungen von 3D-Strukturen oder 2D-Wänden ausführen. Das Modul bietet einen detaillierten Einblick in das Strukturverhalten der Struktur. Mit diesem Modul können Strukturen aus Mauerwerk oder Stahlbeton wirksam modelliert werden. Praktische Anwendungsbeispiele sind Mauerwerkwände mit Öffnungen, Betonwände mit Öffnungen oder besondere Betondetails wie gezahnte Trägerauflager.

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Erforderliche Module:

• sen.00