Fehlerbehebung: Kontaktbeispiele

Bei der Verbindung zwischen angrenzenden Bauteilen können verschiedene Probleme auftreten. Ein Problem ist, dass die Knoten möglicherweise nicht wie erwartet oder erwünscht miteinander verbunden werden. Wenn aus zwei verschiedenen Elementtypen bestehende Bauteile verbunden werden, bestimmt das Element mit der niedrigsten Anzahl von Freiheitsgraden (FHG) an jedem Knoten das Verhalten der Verbindung. Beispiel: Elemente ohne Drehungsfreiheitsgrad (z. B. Ziegel und Tetraeder) können Drehmomenten nicht widerstehen. Daher haben diese Verbindungen keine Drehsteifigkeit. Die unterstützten Knotenfreiheitsgrade bestimmen, welche Art der Last zwischen den Bauteilen übertragen wird. Auf dieser Seite werden einige dieser Probleme beschrieben und Methoden zum Erreichen der gewünschten Verbindungsmerkmale vorgestellt.

Anmerkung: Hinweis: Wenn sich die Beschreibung auf dieser Seite auf intelligente Verbindungen bezieht, gilt die Beschreibung für einen Kontakt, bei dem die Netze abgestimmt sein müssen.

Verbundener Kontakt zwischen Platten und Ziegel:

Hier bezieht sich das Problem auf die Tatsache, dass die Freiheitsgrade der einzelnen Bauteile unterschiedlich sind. Ziegel haben nur drei Translationsfreiheitsgrade (Tx, Ty und Tz), während Platten (und Schalen) alle Freiheitsgrade außer Drehung um die senkrechte Richtung zum Element aufweisen. Deshalb können die Ziegel kein Drehmoment auf die Platten anwenden, um deren Drehung zu verhindern. Ohne besondere Überlegungen führt eine Verbindung zwischen Platten und Ziegeln entlang einer geraden Linie zu einem Angelpunkt. Dies wird in Abbildung 1 dargestellt. Bei linearer statischer Spannung führen Angelverbindungen häufig zu einem statisch instabilen Modell, auch wenn das Beispiel in der folgenden Abbildung aufgrund der Abhängigkeit am gegenüberliegenden Ende der Platte stabil ist.

Abbildung 1 Drehbare Kombination von Ziegeln und Platten

Die schwarzen Pfeile stellen die Angelpunktlinie dar. Das Schema auf der rechten Seite zeigt eine Seitenansicht und wie die Platte abweicht. Beachten Sie die Drehung an der Angelpunktllinie. Wenn das freie Ende der Platte nicht unterstützt werden würde, könnten sich die Platten frei um die Angelpunktlinie drehen, was zu einer statisch instabilen Konfiguration führen würde.

Um diesen Effekt zu vermeiden, muss der verbundene Kontakt zwischen Platte und Ziegel über eine Fläche verteilt werden; insbesondere mindestens drei Knoten, die sich nicht in einer geraden Linie befinden. Siehe Abbildung 2.

Abbildung 2 Statisch stabile Kombination aus Ziegeln und Platten

In der oben beschriebenen Methode ist die Platte eingebettet in die Ziegel. (Die Elemente wurden verkleinert, um die Lücken dazwischen zu zeigen.) Diese Methode gilt für manuell erstellte Modelle (mit strukturiertem Netz). Bei der Methode unten wird ein T-Stück der Platten auf der Fläche der Ziegel erstellt. In den schematischen Zeichnungen auf der rechten Seite, in denen die Seitenansicht dargestellt wird, stehen die Pfeile für die Reaktionen an der Kontaktstelle zwischen Ziegel und Platte. (Diese sind tatsächlich die Kräfte, die zwischen den Knoten der Ziegel und Platten übertragen werden.) Da Kräfteverbindungen Drehmomentlasten einen Widerstand entgegensetzen, ist die Platte jetzt statisch stabil.

Verbundener Kontakt zwischen Ziegel und Balken:

Die Verbindung zwischen Balken und Ziegel weist ein ähnliches Problem in der Platte-zu-Ziegel-Verbindung auf: Die Ziegel können nicht verhindern, dass die Balken sich drehen. Balken haben alle sechs Freiheitsgrade (drei Translationen und drei Drehungen), aber die Ziegel weisen nur die drei translatorischen Freiheitsgrade (Tx, Ty und Tz) auf. Die Lösung ist ähnlich wie bei Platte-Balken-Verbindungen: Erstellen Sie ein Netz von Balken (oder Speichen) zum Verbinden der Ziegel. Die Balken müssen an drei oder mehr Punkten eine Verbindung mit den Ziegeln eingehen, und zwar nicht in einer geraden Linie, um eine statisch stabile Lösung zu bilden. Ein Balken, der an einem einzigen Punkt mit einem Ziegel verbunden ist, verhält sich wie ein Kugelgelenk, was normalerweise zu statisch instabilen Modellen führt. Abbildung 3 zeigt ein Beispiel.

Abbildung 3 Statisch stabile Kombination aus Ziegeln und Balken

Die linke Seite der Abbildung zeigt die Balken und Ziegel zusammen; die Mitte zeigt nur die Balken. Beachten Sie, wie das vertikale Element mit vier weiteren Balken verbunden ist, die an mehreren Punkten mit den Ziegeln verbunden sind. Wenn ein Drehmoment auf die Balken angewendet wurde, wie in der schematischen Zeichnung auf der rechten Seite, dann stellen die schwarzen Pfeile die Reaktionen der Ziegel dar.

Anmerkung: Es gibt je nach Anwendung eine Reihe von Methoden zur Automatisierung der Erstellung der Speichenbalken. Zum Anwenden einer Last (z. B. eines Drehmoments) wählen Sie die Fläche aus, klicken mit der rechten Maustaste und wählen HinzufügenAbgesetzte Last erzeugen. Bei der Arbeit mit einem CAD-Modell verwenden Sie den Befehl Zeichnen Konstruktion Schwerpunktgenerator zum Erstellen eines Konstruktionspunkts am Schwerpunkt der Fläche. Weitere Informationen finden Sie auf den Seiten Abgesetzte Lasten und Abhängigkeiten und Hinzufügen von Geometrie.

Tipp: In früheren Versionen der Software war das Hinzufügen von Balken zu Ziegelbauteilen eine Möglichkeit der Anwendung eines Drehmoments auf den Ziegel. Eine andere bestand darin, zwei oder mehrere Knotenkräfte mit tangentialen Richtungen auf den Umfang der Ziegelfläche anzuwenden. In der aktuellen Software können Sie Drehmomentlasten direkt auf die Flächen der Ziegelbauteile anwenden. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite Momente.

Verbundener Kontakt zwischen Platten und Balken:

Es gibt zwei Situationen, die beim Kombinieren von Platten und Balken zu beachten sind.

1. Eine Platte kann dem Drehmoment um die Achse senkrecht zur Fläche keinen Widerstand entgegensetzen. Wenn Sie daher einen Balken lotrecht zu einer Platte befestigen, kann des Plattenelement das Drehen nicht verhindern. Um dies zu vermeiden, wird empfohlen, Balken (Speichen) zwischen dem Ende des normalen Balkens und einigen anderen Knoten auf der Platte hinzuzufügen, um ein statisch stabiles Modell zu erhalten. Das Verfahren ist das gleiche wie für Balken-Ziegel-Verbindungen, wie in Abbildung 3 gezeigt.
2. Wenn Sie ein Modell eines Balkens erstellen, der auf einer Platte liegt, müssen Sie beachten, dass Sie die Mittelebene des Plattenelements sowie die neutrale Achse der Balkenelemente zeichnen. Wenn Sie daher ein Balkenbauteil entlang der Platte zeichnen, bedeutet dies, dass die neutrale Achse des Balkens entlang der Mittelebene der Platte verläuft. Das ist wahrscheinlich nicht korrekt. Es gibt zwei Möglichkeiten, um diese Situation in der FEM-Editorumgebung korrekt zu modellieren.
   • Sie können die neutrale Achse des Balkens und die Mittelebene der Platte dort zeichnen, wo sie sich tatsächlich befinden, und sie an verschiedenen Stellen mit starren Balken verbinden.
   • Sie können die neutrale Achse des Balkens entlang der Mittelebene der Platte zeichnen. Wählen Sie dann mit Auswahl Auswählen Liniendie Balkenelemente aus. Klicken Sie mit der rechten Maustaste in den Anzeigebereich, und wählen Sie den Befehl Hinzufügen Balkenoffset aus dem Kontextmenü (oder den Multifunktionsleistenbefehl Setup Balkenlasten Balkenoffset). Geben Sie den Abstand und die Richtung zwischen der Stelle an, an der der Balken gezeichnet wird, und jener, an der sich die neutrale Achse tatsächlich befindet. Beispiel: Wenn Sie einen 8 Zoll hohen Balken mit breiter Flansch entlang einer 0,5 Zoll dicken Platte verbinden, beträgt der Versatzabstand 4,25 Zoll in der entsprechenden Richtung (der Hälfte der Plattendicke plus die halbe Höhe des Trägers).