Frage

In FE-BEUL 8 gibt es in den Detaileinstellungen zwei Optionen, die für die Berechnung der Abminderungsfaktoren des Beulens herangezogen werden können.

Grundlage für den Beulnachweis nach der Methode der effektiven Breiten beziehungsweise der Methode der reduzierten Spannungen ist die Ermittlung der Verzweigungslast des Systems, nachfolgend LBA (lineare Beulanalyse) genannt. Der folgende Beitrag soll die Vorgehensweise zur analytischen Berechnung des Verzweigungslastfaktors erläutern sowie die Nutzung der FE-Methode.

Beulnachweise von ausgesteiften Platten stellen eine besondere Aufgabenstellung dar. DIN EN 1993-1-5 stellt für diese Herausforderung drei Berechnungsverfahren zur Verfügung:Methode der wirksamen Querschnitte, [1], Kap. 4-7Methode der reduzierten Spannungen, [1], Kap. 10Berechnungen mit der Finite-Element-Methode (FEM), [1], Anhang C

Die Nachweise erfolgen schrittweise durch die Eigenwertberechnung der idealen Beulwerte für die einzelnen Spannungszustände sowie des Beulwertes für die gleichzeitige Wirkung aller Spannungskomponenten.

Der Beulnachweis wird mit der Methode der reduzierten Spannungen geführt, wobei je Beulfeld die einwirkenden Spannungen mit einem aus dem von-Mises-Fließzustand reduzierten Grenzspannungszustand verglichen werden. Grundlage für den Nachweis ist ein einziger Systemschlankheitsgrad, der auf der Grundlage des gesamten Spannungsfeldes bestimmt wird. Ein Nachweis der Einzelbeanspruchungen und die nachfolgende Zusammenführung mittels Interaktionskriterium entfällt daher. 

Für die Erfassung des knickstabähnlichen Beulverhaltens werden die Eigenwerte der idealen Beulfeld-Knickwerte mit frei angenommenen Längsrändern berechnet. Anschließend werden die Schlankheitsgrade und Abminderungsfaktoren nach EN 1993-1-5, Kap. 4 oder Anhang B bzw. DIN 18800 Teil 3, Tabelle 1 ermittelt. Der Nachweis erfolgt dann gemäß EN 1993-1-5, Kap. 10 bzw. DIN 18800 Teil 3, Gl. (9), (10) bzw. (14). 

Das Beulfeld wird in finite Viereck- oder, falls nötig, in Dreieckelemente diskretisiert. Jeder Knoten eines Elements besitzt sechs Freiheitsgrade. 

Der Biegeanteil eines Dreieckelements basiert auf dem LYNN-DHILLON-Element (2^nd Conf. Matrix Meth. JAPAN – USA, Tokyo) nach der Mindlinschen Biegetheorie. Der Membran-Anteil des Elements basiert auf dem BERGAN-FELIPPA-Element. Die Viereckelemente bestehen aus vier Dreieckelementen, wobei der innere Knoten eliminiert wird.

Zunächst sind die Materialdaten, Beulfeldabmessungen und Randbedingungen (gelenkig, eingespannt, frei, gelenkig-elastisch) festzulegen. Hierzu bestehen Übernahmemöglichkeiten aus RFEM/RSTAB. Anschließend können die Randspannungen lastfallweise manuell definiert oder aus RFEM/RSTAB übernommen werden. 

Die Steifen können als räumlich wirkende Flächenelemente modelliert werden, die an die Platte exzentrisch angeschlossen sind. Die Exzentrizitäten der Steifen brauchen daher nicht durch wirksame Breiten berücksichtigt zu werden. Die Biege-, Schub-, Dehn-, St.-Venantsche sowie bei geschlossenen Steifen die Bredtsche Steifigkeit der Steifen wird im 3D-Modell automatisch erfasst.

Die Ergebnisse werden mit Verweisen auf die EN 1993-1-5 bzw. die DIN 18800 ausgegeben. Zur Veranschaulichung stellt RF-/FE-BEUL die Berechungsergebnisse jeweils getrennt für die Einwirkung nur einer Randlast sowie infolge gleichzeitiger Wirkung aller Randlasten dar.

Bei mehreren Lastfällen wird der maßgebende Lastfall gesondert dargestellt. Ein zeitintensiver Vergleich der Berechnungsdaten erübrigt sich somit. 

In Maske 2.5 werden die Verzweigungslastfaktoren für sämtliche Lastfälle und die jeweiligen Beulformen ausgegeben. 

Die Beulfiguren und die Belastungen des Beulfeldes können in einem Grafikfenster visualisiert werden. Dies dient der schnellen Kontrolle von Beulfiguren und Lasten. Durch die zusätzliche Animationsmöglichkeit lässt sich das Beulverhalten ausgesteifter Platten anschaulich darstellen. 

Alle Tabellen können nach MS Excel oder in eine CSV-Datei exportiert werden.