Rohr-/Trägerzylinderstabilität

Durchführen einer Zylinderstabilitätsanalyse mit einem Verbundrohr

Um die Analyse zu starten, navigieren Sie zur Registerkarte Zylinderstabilität im Fenster Rohr-/Trägeranalyse, wie unten dargestellt. Die Grundlage für die Berechnung der verschiedenen Belastungen wurde aus NASA SP-8007 abgeleitet (Ref. 11.4). Zudem wurde auf die Interpretation von NASA SP-8007 in "The Behavior of Structures Composed of Composite Materials" Bezug genommen (Ref. 9.1, S. 161-169).

Nachdem Sie die Laminat- und die Rohrgeometrie definiert haben, führen Sie die folgenden Schritte in der Registerkarte Zylinderstabilität aus:

1. Lasttyp angewendet: Der Lasttyp der Analyse wird aus dem Dropdown-Menü ausgewählt. Eine bildliche Darstellung des ausgewählten Lasttyps wird angezeigt. Die zur Definition der Analyse erforderlichen Bemaßungen und Belastungen werden in der Zeichnung abgebildet.

   Es sind vier grundlegende Lasttypen verfügbar: Axiale Kompression, Biegung, Außendruck und Torsion. Zudem sind drei kombinierte Lasttypen verfügbar: Axiale Kompression + Biegung, Axiale Kompression + Außendruck und Axiale Kompression + Torsion.

   Die folgenden Einschränkungen gelten für die grundlegenden Lasttypen:

   • Axiale Kompression: muss ein ausgeglichenes symmetrisches Layup sein.
   • Biegung: muss ein ausgeglichenes symmetrisches Layup sein.
   • Torsion: muss ein symmetrisches Layup ([B]=[0]) sein.

   Nach der Erstellung eines Layups sollten Sie die Matrizen [A], [B] und [D] daraufhin überprüfen, ob diese Einschränkungen befolgt wurden, bevor Sie die Zylinderstabilitätsanalyse durchführen. Sie überprüfen die Matrizen [A], [B] und [D], indem Sie die Option [ABD], [ABD] Invers im Modul "Laminat" ausführen.

2. Axiale Kompression Layup-Typ: Wenn Sie das definierte Laminat bei einem Belastungsszenario mit axialer Kompression verwenden möchten, wählen Sie die Option "Speziell, Mittelebene-Symmetrie [B] = 0" aus, um anzugeben, dass ein symmetrisches Laminat verwendet wird. Um anzugeben, dass ein unsymmetrisches Laminat verwendet wird, wählen Sie die Option "Allgemein, keine Mittelebene-Symmetrie". Wenn Sie ein unsymmetrisches Laminat verwenden, können Sie im unteren Feld (Nr. 8) einen Abminderungsfaktor festlegen.
3. Länge: Geben Sie die Gesamtlänge des Zylinders an.
4. Max. Anzahl Halbwellen bei Knickung in Längsrichtung (m): (Ganzzahleingabe) Eine Knickung in einem Zylinder in der (axialen) Längsrichtung tritt zusammen mit einer Reihe von Störungen oder Wellen auf. Ausschlaggebend für die Analyse ist, zu bestimmen, wie viele dieser Wellen auftreten, wenn die minimale Knicklast erreicht ist. Für jeden ganzzahligen Wert "m" wird eine eindeutige Knicklast berechnet. Helius Composite startet mit (m=1) und überprüft die minimale Knicklast bis (m=Max. Anzahl Halbwellen bei Knickung in Längsrichtung). Der Vorgabewert ist 50.
5. Max. Anzahl Wellen durch Knickung in Umlaufrichtung (n): Siehe Anweisungen für (4); dies gilt jedoch spezifisch für die Umlaufrichtung.
6. Drucklast: Geben Sie die axiale Drucklast an, die auf den Zylinder wirkt (positive Zahl (+)).
7. Torsionslast: Geben Sie das auf den Zylinder angewandte Drehmoment an (positive Zahl (+)).
8. Abminderungsfaktor: Wenn unter (2) "Allgemein, keine Mittelebene-Symmetrie" ausgewählt ist, was angibt, dass ein unsymmetrisches Laminat in der Analyse verwendet wird, haben Sie die Möglichkeit, einen Abminderungsfaktor (auch "Korrekturfaktor" genannt) festzulegen, um die experimentellen Daten mit der Theorie zu korrelieren.
9. Berechnen: Wenn Sie die Eingabe abgeschlossen haben, können Sie die Zylinderstabilitätsanalyse durch einen Klick auf die Schaltfläche Berechnen durchführen. Im Ausgabefeld auf der rechten Seite des Fensters werden die Ergebnisse der definierten Analyse angezeigt. Jedem der berechneten Ergebnisse gehen erforderliche Annahmen voraus, die für die Gültigkeit des Ergebnisses entscheidend sind. Diese sollten Sie beim Ausführen einer zylindrischen Knickanalyse beachten. Die folgenden berechneten Ergebnisse werden angezeigt:
   • Kritische Drucklast: (Krafteinheiten) Die Last, unter der der Zylinder unter Einwirkung einer axialen Drucklast knicken wird.
   • Kritische Biegungslast: (Krafteinheiten) Das Moment pro Gesamtzahl der Endfläche des Zylinders, bei dem der Zylinder unabhängig von anderen Lasteinwirkungen ausfallen wird.
   • Kritisches Biegemoment: (Krafteinheiten x Abstand) Das Moment, bei dem der Zylinder unabhängig von anderen Lasteinwirkungen knicken wird.
   • Kritischer seitlicher Außendruck: (Krafteinheiten pro Fläche im Quadrat) Der seitliche Außendruck, bei dem der Zylinder unabhängig von anderen Lasteinwirkungen knicken wird.
   • Kritischer hydrostatischer Außendruck: (Krafteinheiten pro Fläche im Quadrat) Der hydrostatische Außendruck, bei dem der Zylinder unabhängig von anderen Lasteinwirkungen knicken wird.
   • Kritischer seitlicher Außendruck für lange Zylinder: (Krafteinheiten pro Fläche im Quadrat) Der Außendruck, bei dem der Zylinder unabhängig von anderen Lasteinwirkungen knickten wird.
   • Kritisches Drehmoment: (Krafteinheiten x Abstand) Das Drehmoment, bei dem der Zylinder unabhängig von anderen Lasteinwirkungen knicken wird.
   • CTcr: Dieser berechnete Faktor hängt von der Steifheit und der Geometrie des Zylinders ab. Dieser Faktor muss größer als (>) oder gleich (=) 500 in englischen Einheiten oder 12.7 in SI-Einheiten sein.
   • n: die Umfangswelle, die den minimalen kritischen Knickwert angibt.
   • m: die axiale Halbwelle, die den minimalen kritischen Knickwert angibt.
   • m und n (gleichzeitig): der axiale Last- + Biegungslasttyp, denen die Knickwellen entsprechen müssen. So wird erzwungen, dass m und n entweder gleichzeitig oder bei denselben Werten für die axiale Kompression und die Biegung ausgewertet werden.
   • Rc: Drucklastverhältnis ohne Einheit (wendet Belastung/berechnete kritische Last an)
   • Rb: Biegungslastverhältnis ohne Einheit (wendet Belastung/berechnete kritische Last an)
   • Rlp: seitliche Druckbelastung ohne Einheit (wendet Belastung/berechnete kritische Last an)
   • Rhp: hydrostatisches Drucklastverhältnis ohne Einheit (wendet Belastung/berechnete kritische Last an)
   • Rt: Torsionsbelastungsverhältnis ohne Einheit (wendet Belastung/berechnete kritische Last an)