Ein Knotengewicht (oder konzentrierte Masse) ist eine Last, die in den meisten linearen und nichtlinearen Strukturanalysen auf einen Knoten angewendet werden kann. Sie stellt die Masse eines zugeordneten Bauteils oder einer Unterbaugruppe dar, das bzw. die nicht in die Modellgeometrie einbezogen wurde.
Mithilfe eines Knotengewichts kann der Translation oder Drehung eines Knotens widerstanden werden. Um einer Drehung zu widerstehen, muss das Knotengewicht einem Element zugeordnet werden, das Rotations-Freiheitsgrade unterstützt (wie z. B. Balken, Platten und Schalen). Bei Elementen mit fünf Freiheitsgraden, wie z. B. Platten (denen der Freiheitsgrad für Drehung um die Richtung senkrecht zum Element fehlt), stellt ein Knotengewicht effektiv nur Widerstand für die Drehung um die beiden anderen Achsen bereit.
Anwenden von Knotengewichten
Wenn Sie Knoten ausgewählt haben, können Sie mit der rechten Maustaste in den Anzeigebereich klicken und das Pulldown-Menü Hinzufügen auswählen. Wählen Sie den Befehl Knotengewicht. Sie können auch über den Multifunktionsleistenbefehl (Setup 
Lasten Gewicht) auf diese Last zugreifen.
Wählen Sie das entsprechende Optionsfeld im Abschnitt Masseneingabe, um zu ermitteln, ob die Eingabewerte für Knotengewicht in Einheiten von Kraft oder Masse (Masse = Gewicht/Schwerkraft) definiert sind. In nichtlinearen Analysen sind nur die Masseeinheiten zulässig (die Option Krafteinheiten ist deaktiviert).
Wenn das Knotengewicht in alle Translationsrichtungen gleichmäßig wirksam ist, aktivieren Sie das Kontrollkästchen Einheitlich und geben im Abschnitt Masse/Gewicht die Größe der Masse im Feld X-Richtung an. In der Regel wird bei meisten Anwendungen davon ausgegangen, dass eine Masse gleichmäßig in alle Richtungen wirkt. Wenn vorausgesetzt wird, dass die Masse/das Gewicht an den drei Translationsrichtungen unterschiedliche Größen aufweist, deaktivieren Sie das Kontrollkästchen Einheitlich und geben im Abschnitt Masse/Gewicht die entsprechenden Werte in den Feldern X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung an. Wenn sich beispielsweise eine Masse (wie ein Auto) auf Rädern auf einem Schiffsdeck befindet, können Sie davon ausgehen, dass die Bewegung des Decks in Fahrtrichtung die Masse des Autos in dieser Richtung nicht effektiv beschleunigt (weil sich die Räder leicht drehen). In diesem Fall geben Sie Null oder eine geringere Größe für die Richtung an.
Wenn das Knotengewicht Masse in Drehrichtungen wirksam sein soll, geben Sie im Abschnitt Massenträgheitsmoment die entsprechenden Werte in den Feldern X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung an. Mit Ausnahme von kugelförmigen Objekten oder normalen Würfeln, wird sich hier das Massenträgheitsmoment normalerweise an den drei Achsen erheblich unterscheiden.
Wie sich Gewicht/Masse und Massenträgheitsmoment in den verschiedenen linearen Analysetypen für globale oder lokale Koordinatensysteme verhalten und wann negative Werte angegeben werden, wird in der folgenden Tabelle zusammengefasst:
| Analyseart | Masse Gewicht | Massenträgheitsmoment | |
|---|---|---|---|
| Statische Spannung mit linearen Materialien | Globale Koordinaten |
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Bei der Zentrifugalbeschleunigung werden Trägheiten durch T i =I i x α i in Drehmomente umgewandelt, wobei i für die X-, Y- und Z-Richtung und α für die Winkelbeschleunigung steht. |
| Lokale Koordinaten | Masse verhält sich so, als ob die Eingabe in globalen Koordinaten erfolgt, nicht in lokalen Koordinaten. | Mit der Zentrifugalbeschleunigung werden Trägheiten durch T i =I i xα i in Drehmomente umgewandelt, wobei i die entsprechende Richtung und α die Winkelbeschleunigung ist. | |
| Eingabe von negativer Masse oder negativem Gewicht | Negative Eingabewerte für Masse/Gewicht und Massenträgheitsmoment werden während der Berechnung in positive Werte umgewandelt. Daher sind die Ergebnisse für positive und negative Werte identisch. Für jeden umgewandelten Wert wird im Analyseprotokoll eine Warnmeldung angezeigt. | ||
| Lineare Eigenfrequenz (Modalanalyse) | Globale Koordinaten | Massen folgen dem globalen Koordinatensystem und wirken sich auf die Schwingung in der entsprechenden Richtung aus. | Trägheiten folgen dem globalen Koordinatensystem und wirken sich auf die Schwingung in der entsprechenden Richtung aus. |
| Lokale Koordinaten | Massen folgen dem lokalen Koordinatensystem und wirken sich auf die Schwingung in der entsprechenden Richtung aus. | Trägheiten folgen dem lokalen Koordinatensystem und wirken sich auf die Schwingung in der entsprechenden Richtung aus. | |
| Eingabe von negativer Masse oder negativem Gewicht | Negative Eingabewerte für Masse/Gewicht und Massenträgheitsmoment werden während der Berechnung in positive Werte umgewandelt. Daher sind die Ergebnisse für positive und negative Werte identisch. Für jeden umgewandelten Wert wird im Analyseprotokoll eine Warnmeldung angezeigt. | ||
| Lineare Eigenfrequenz (Modal) mit Lastversteifung | Globale Koordinaten |
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Trägheiten folgen dem globalen Koordinatensystem und wirken sich auf die Schwingung in der entsprechenden Richtung aus. |
| Lokale Koordinaten | Lokale Koordinatensysteme nicht unterstützt. | Lokale Koordinatensysteme nicht unterstützt. | |
| Eingabe von negativer Masse oder negativem Gewicht |
Negative Eingabewerte für Masse/Gewicht und Massenträgheitsmoment werden unabhängig von der Auswahl der Masse-/Krafteinheiten als positive KRAFT-Werte der gleichen Größe interpretiert. Es werden keine Warnmeldungen in der Analyseübersichts- oder Protokolldatei generiert. Wenn Sie also eine Masse von -500 angeben, ist das Ergebnis dasselbe wie bei einer positiven Kraft von 500. Die resultierende Knotenlast unterscheidet sich um den Faktor g. Empfehlung: Um Verwirrung und potenzielle Fehler bei der Modelleinrichtung zu vermeiden, verwenden Sie keine negativen Eingabewerte. |
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| Kritische Knicklast | Knotengewichte werden bei diesem Analysetyp nicht unterstützt (weder Massen/Gewichte noch Massenträgheitsmomente). | ||
| Transiente Spannung (Direktintegration) | Globale Koordinaten | Trägheitseffekte folgen dem globalen Koordinatensystem. | Trägheiten folgen dem globalen Koordinatensystem und wirken sich auf die Bewegung in die entsprechende Richtung aus. |
| Lokale Koordinaten | Trägheitseffekte folgen dem lokalen Koordinatensystem. | Trägheiten folgen dem lokalen Koordinatensystem und wirken sich auf die Bewegung in die entsprechende Richtung aus. | |
| Eingabe von negativer Masse oder negativem Gewicht | Negative Eingabewerte für Masse/Gewicht und Massenträgheitsmoment werden während der Berechnung in positive Werte umgewandelt. Daher sind die Ergebnisse für positive und negative Werte identisch. Für jeden umgewandelten Wert wird im Analyseprotokoll eine Warnmeldung angezeigt. | ||
| Nichtlineare Analysen | Globale Koordinaten | Trägheitseffekte folgen dem globalen Koordinatensystem. | Trägheiten folgen dem globalen Koordinatensystem und wirken sich auf die Bewegung in die entsprechende Richtung aus. |
| Lokale Koordinaten | Trägheitseffekte folgen dem lokalen Koordinatensystem. | Trägheiten folgen dem lokalen Koordinatensystem und wirken sich auf die Bewegung in die entsprechende Richtung aus. | |
| Eingabe von negativer Masse oder negativem Gewicht 1 | Negative Massen/Gewichte erzeugen Reaktionskräfte in entgegengesetzter Richtung relativ zu positiven Eingabewerten. Beispielsweise wirkt eine Kraft in Richtung des Schwerkraftvektors auf eine positive Knotenmasse, wenn Schwerkraft auf das Modell angewendet wird. Bei negativen Werten wirkt die Kraft in die entgegengesetzte Richtung des Schwerkraftvektors. | Negative Massenträgheitsmomente erzeugen Reaktionsmomente, die in entgegengesetzter Richtung relativ zu positiven Eingabewerten wirken. Beispielsweise erzeugt eine positive Trägheit ein Drehmoment, das der Drehbewegung der Masse entgegengesetzt ist. Bei einem negativen Wert wirkt das Drehmoment in die gleiche Richtung und unterstützt die Drehbewegung. | |
1 Anmerkung: Negative Massen, Gewichte oder Massenträgheitsmomente haben zwar theoretische Bedeutung, und ihre Auswirkungen können in einer nicht linearen Analyse gemessen werden, aber es gibt keine realen Beispiele für dieses Verhalten in der Natur. Daher werden Sie es beim Modellieren von realen Phänomenen nur mit positiven Knotengewichten zu tun bekommen.
Kommentare zu linearen dynamischen Neustartanalysen:
Bei Analysen zu Frequenzantwort, Zufälliger Schwingung, Antwortspektrum, Transienter Spannung (Modale Überlagerung) und DDAM besteht immer die Voraussetzung einer Modalanalyse. Die nicht skalierte Reaktion der Struktur (Schwingungsmodus-Formergebnisse) wird gemäß der angegebenen Erregung (Bodenbewegung) und anderen anwendbaren Lasten skaliert. Auch wenn Knotengewichte in diesen Analysetypen nicht anwendbar sind, können ihre Auswirkungen in die anfängliche Modalanalyse einbezogen werden. Daher wirken sich Knotengewichte auf die Ergebnisse der Neustartanalyse aus, da die Eigenfrequenzergebnisse, auf denen sie basieren, durch die Knotengewichte beeinflusst werden.
Beachten Sie, dass Lastversteifungseffekte aufgrund der Schwerkraft für Knotengewichte in einer Analyse der Eigenfrequenz (Modal) mit Lastversteifung nicht berechnet werden. Daher müssen Sie zusätzlich zu jedem Knotengewicht eine Knotenkraft in Richtung der Schwerkraft anwenden, um diese Auswirkung zu berücksichtigen. Sie müssen zunächst eine Analyse der Eigenfrequenz (Modal) mit Lastversteifung durchführen, wenn in den Ergebnissen Ihrer Neustartanalyse Lastversteifungseffekte dargestellt werden sollen.