Rohrelemente

Rohrelemente sind Zwei-Knoten-Bauteile, die beliebige Ausrichtungen im dreidimensionalen (3D) XYZ-Raum ermöglichen. Das Rohr überträgt Momente, Drehmoment und Kräfte und ist ein allgemeines Element mit sechs Freiheitsgraden (DOF) (z. B. je drei globale Translations- und Drehkomponenten an jedem Ende des Bauteils).

Das Rohrelement ist ein dreidimensionales Element mit einheitlichem Querschnitt, das mit einem internen Druck beaufschlagt werden kann. Die Formänderung des Querschnitts wird in keinem MES berücksichtigt.

Außen verfügt das Rohr über sechs Freiheitsgrade -- drei Verschiebungen und drei Drehungen. Das Ergebnis der Analyse umfasst die Endkräfte des Rohrs, die axiale Spannung und die entsprechenden Scherspannungen. Es unterstützt vollständige 3D-Translations- und Drehbewegungen.

Geometrietypen von Rohrelementen

Das Rohrelement unterstützt die gerade oder die gekrümmte Geometrie. Wählen Sie für gerade Rohre die Option Tangente in der Dropdown-Liste Geometrischer Typ auf der Registerkarte Allgemein im DialogfeldElementdefinition aus. Wählen Sie für gekrümmte Rohre die Option Biegung aus. Die Krümmungen müssen im eigentlichen Modell in Linien geteilt werden, sie werden jedoch mithilfe der Krümmungsgeometrie berechnet.

Anmerkung: Aufgrund der Eingabeanforderungen für das gekrümmte Rohr (d. h. die Mitte der Krümmung) muss sich jeder Bogen oder gekrümmte Abschnitt auf einer anderen Bauteilnummer befinden.
Tipp:
  • Wählen Sie Zeichnen Zeichnen Verrundung, um die Bogen oder gekrümmten Rohre zu erstellen. Der Befehl Verrundung umfasst die Option Rohrbogen erstellen, durch die die unten beschriebene Eingaben für das gekrümmte Rohr automatisiert wird. Im Folgenden wird die optimale Vorgehensweise zur Erstellung von Bogen und gekrümmten Rohren mit dem Befehl Verrundung in Verbindung mit der Option Rohrbogen erstellen beschrieben:
    1. Zeichnen Sie das Rohrmodell ohne die Biegungen. Definieren Sie vor dem Erstellen der Biegungen alle Eigenschaften des geraden Rohrs (Elementdefinition und Materialeigenschaften).
    2. Wählen Sie Zeichnen Zeichnen Verrundung, um die gekrümmten Rohre zu erstellen. Das Kontextmenü enthält folgende Optionen:
      1. Die Bauteilnummer wird standardmäßig auf die nächste verfügbare Bauteilnummer eingestellt. Die Flächen- und Lagennummern können vom Benutzer festgelegt werden.
      2. Geben Sie den Radius der Biegung in das Feld Radius ein.
      3. Legen Sie die Anzahl der Segmente im Feld Segmente mindestens fest, da das gekrümmte Rohr als Liniensegmente gezeichnet werden muss. Da die Analyse die Verrundung als die theoretische gekrümmte Form behandelt, ist ein Segment für die meisten Anwendungen ausreichend.
      4. Aktivieren Sie die Option Rohrbogen erstellen.
      5. Wählen Sie die beiden Linien, um eine Biegung zu erstellen.
      6. Klicken Sie auf die Schaltfläche Anwenden, um die Verrundung und die gekrümmten Rohrelemente zu erstellen. Die Parameter der Krümmung (Mittelpunkt, Radius) werden in der Elementdefinition festgelegt.
  • Wenn die Elementdefinition der geraden Abschnitte des Rohrs ausgefüllt ist, werden die Parameter in die Elementdefinition des gekrümmten Rohrs (Rohrdurchmesser, Wanddicke usw.) kopiert. Wenn die Materialeigenschaften der geraden Abschnitte des Rohrs definiert sind, wird das Material in das Material des gekrümmten Rohrs kopiert. Nehmen Sie bei Bedarf die erforderlichen Änderungen vor.
  • Wenn in der Elementdefinition irgendeine Änderung (andere Rohrgröße usw.) im Verlauf erforderlich ist, muss jede Biegung geändert werden.

Gekrümmte Rohrgeometrie kann mithilfe von zwei Methoden auf der Registerkarte Geometrie im Dialogfeld Elementdefinition definiert werden. Sie müssen zunächst den Krümmungsradius im Feld Radius der Biegekrümmung definieren. Als Nächstes müssen Sie einen Punkt in den Feldern X-Koordinate, Y-Koordinate und Z-Koordinate definieren. Wenn die Option Krümmungsmittelpunkt im Dropdown-Feld Geometrie der Biegung festgelegt mit ausgewählt ist, muss dieser Punkt der Mittelpunkt der Krümmung sein. Wenn die Option Tangentenschnittpunkt ausgewählt ist, muss dieser Punkt die Koordinaten haben, an denen sich die beiden geraden Rohrabschnitte ohne die Biegung schneiden würden. Vor der Analyse wird an den Endpunkten der Linien, von denen die Krümmung definiert wird, ein Bemaßungstoleranztest durchgeführt, um zu überprüfen, ob sie nah genug an der Krümmungsgleichung liegen. Sie müssen innerhalb des im Feld Toleranz angegebenen Anteils der Wanddicke liegen, damit mit der Analyse fortgefahren werden kann.

Die lokalen Richtungen für jedes Element sind für alle drei geometrischen Möglichkeiten unterschiedlich.

Weitere Rohrelementparameter

Die Geometrie des Rohrelement-Querschnitts muss mithilfe der Felder Außendurchmesser und Wanddicke auf der Registerkarte Allgemein im DialogfeldElementdefinition definiert werden. Wenn Sie eine thermische Spannungsanalyse durchführen, legen Sie im Feld Spannungsfreie Referenztemperatur die Temperatur fest, bei der keine Spannung vorhanden ist.

Erweiterte Rohrelementparameter

Im Dropdown-Feld Analyseerarbeitung auf der Registerkarte Erweitert im Dialogfeld Elementdefinition können Sie die Art der Formulierung festlegen, die für die Rohrelemente verwendet werden soll. Mit der Option Linear werden nichtlineare geometrische Effekte ignoriert, die durch eine große Verformung entstehen. Mit der Option Geometrisch nichtlinear werden diese Effekte einbezogen.

Wenn die Rohrelemente ein Fluid enthalten, geben Sie die Masse dieses Fluids pro Einheitenlänge im Feld Unstrukturierte Masse pro Länge ein. Die Masse des Rohrs selbst wird bereits anhand der Bemaßungen und der Massendichte berechnet, die im Dialogfeld Elementenmaterial Angeben eingegeben wurden. In vielen Fällen ist die Eingabe der Masse bei Verwendung eines Anzeigeeinheitensystems einfacher als bei Verwendung der Modelleinheiten. Tipps zur Umwandlung der Masse in die entsprechenden Einheiten finden Sie auf der Seite Umrechnen von Masseneinheiten im Abschnitt Allgemeine Optionen: Einheitensysteme.

Wenn Effekte aufgrund von Scherverzerrungen während der Analyse nicht berücksichtigt werden sollen, wählen Sie die Option Ignoriert im Dropdown-Feld Scherverzerrungen aus. Um einen Faktor zur Berücksichtigung von Scherverzerrungen festzulegen, wählen Sie die Option Im benutzerdefinierten Formfaktor enthalten und geben Sie den Faktor im Feld Formfaktor ein. Die Querschnittsfläche wird durch diesen Wert geteilt, und der Quotient wird als effektiver Scherbereich für beide Scherrichtungen verwendet. Wählen Sie die Option Im automatisch berechneten Formfaktor enthalten, um den Formfaktor während der Analyse zu berechnen. Folgende Gleichung wird verwendet:

wobei R o der äußere Radius des Rohrs und R i der innere Radius des Rohrs ist.

Aktivieren Sie das Kontrollkästchen Detaillierte Spannungsausgabe, um die Spannungsergebnisse für jedes Element bei jedem Zeitschritt während der Analyse in die Textprotokolldatei zu schreiben. Dies kann eine sehr umfangreiche Ausgabe zur Folge haben.

Grundlegende Schritte für die Verwendung von Rohrelementen

  1. Stellen Sie sicher, dass ein Einheitensystem definiert ist.
  2. Stellen Sie sicher, dass das Modell einen nichtlinearen Analysetyp verwendet.
  3. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Elementtyp für das Bauteil, das in Balkenelemente verwandelt werden soll.
  4. Wählen Sie den Befehl Rohr.
  5. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Elementdefinition.
  6. Wählen Sie den Befehl Elementdefinition bearbeiten.
  7. Legen Sie auf der Registerkarte Allgemein fest, ob die Rohrenelemente gerade (Tangente) oder gekrümmt (Biegung) sein sollen, indem Sie die entsprechende Option im Dropdown-Feld Geometrischer Typ auswählen.
  8. Legen Sie die Bemaßungen des Rohrquerschnitts im Feld Außendurchmesser und Wanddicke fest.
  9. Wenn Sie die Option Biegung im Dropdown-Feld Geometrischer Typ ausgewählt haben, definieren Sie den Radius und den Mittelpunkt oder den Tangentialpunkt der Biegung auf der Registerkarte Geometrie.
  10. Klicken Sie auf OK.

Übergeordnetes Thema: Linienelemente