Balken

Balkenelemente können Biege-, Schub- und Torsionslasten widerstehen. Der nachstehend gezeigte typische Rahmen ist mit Stäben erstellt, damit die Last an die Stützelemente übertragen wird. Die Modellierung solcher Rahmen mit Stabelementen schlägt fehl, das es keinen Mechanismus zur Übertragung der angewendeten horizontalen Last auf die Stützen gibt.

Bei Balkenelementen muss der genaue Querschnitt definiert werden, damit das Programm die Trägheitsmomente sowie die neutralen Achsen und den Abstand zwischen obersten/untersten Fasern und den neutralen Achsen berechnen kann. Die Spannungen innerhalb der Ebene des Querschnitts und entlang des Balkens sind unterschiedlich.

Denken Sie an einen 3D-Balken mit dem Querschnittsbereich (A) und dem dazugehörigen Netz. Bauelemente werden unabhängig von der aktuellen Querschnittsform in Form von hohlen Zylindern angezeigt.

Die nachstehende Abbildung zeigt ein kleines Balkensegment, das vereinfachten 2D-Kräften (Axialkraft P, Schubkraft V und Biegemoment M) ausgesetzt ist:

Im Allgemeinen wirken 3 Kräfte und 3 Momente auf das Segment ein.

Gleichmäßige Axialspannung = P/A (ähnlich wie bei Stabelementen)

Gleichmäßige Schubspannung = V/A

Das Biegemoment M verursacht eine Biegespannung, die (linear gesehen) je nach vertikalem Abstand zwischen y und der neutralen Achse unterschiedlich ist.

Biegespannung (biegend in y-Richtung)  = My/I

wobei es sich bei l um das Trägheitsmoment bezogen auf die neutrale Achse handelt.

Die Biegespannung ist an den obersten bzw. untersten Fasern am größten. In diesem Beispiel entsteht die größte Druckbelastung an der obersten Faser und die größte Spannung an den untersten Fasern.

Verbindungen

Verbindungen befinden sich an den freien Enden von Strukturbauteilen und am Schnittpunkt von zwei oder mehr Strukturbauteilen. Der PropertyManager für Verbindung bearbeiten enthält ein Werkzeug zur genauen Definition von Verbindungen. Das Programm erstellt in der Querschnittsmitte der einzelnen Bauteile jeweils einen Knoten. Durch Trimmen und Verwendung von verschiedenen Querschnitten für unterschiedliche Bauteile fallen die Knoten der mit einer Verbindungstelle verbundenen Bauteile u.U. nicht zusammen. Das Programm erstellt spezielle Elemente nahe der Verbindung, um eine starre Verbindung basierend auf geometrischen und materiellen Eigenschaften zu simulieren.

Materialeigenschaften

Elastizitätsmodul und Poissonsche Zahl sind erforderlich.

Dichte ist nur dann notwendig, wenn es sich um Schwerkraftlasten handelt.

Lager

Lager können nur auf Verbindungen angewendet werden. Jede Verbindungstelle ist mit sechs Freiheitsgraden versehen. Es können Null-Translationen und/oder -Drehungen oder auch vorgeschriebene Translationen und Drehungen ungleich Null angewendet werden.

Verbinden

In einer Studie mit Balken, Volumenkörpern und Schalenflächen können Sie Balken und Balkenverbindungen an Volumenkörper und Schalenflächen binden.

Der Bindungskontakt zwischen angrenzenden Strukturbauteilen mit einer Oberfläche oder Blechfläche wird automatisch erstellt.

Balkenversteifungen für gekrümmte Oberflächen

Sie können (gerade oder gekrümmte) Balken verbinden, die als Versteifungen für gekrümmte Oberflächen von Schalen oder Blechkörpern dienen.

Balken werden automatisch mit gekrümmten Oberflächen verbunden, die sich berührende Geometrien aufweisen oder sich innerhalb eines geeigneten Abstands befinden. Das Programm verwendet Balkenelementgrößen, die kompatibel mit den Oberflächennetzgrößen sind. Das Feature ist für statische Studien sowie für Knick- und Frequenzstudien verfügbar.

Lasten

Sie können Folgendes anwenden:

• Konzentrierte Kräfte und Momente an Verbindungen und Referenzpunkten.

• Verteilte Lasten entlang der Gesamtlänge eines Balkens.

• Schwerkraftlasten. Das Programm berechnet die Schwerkraft auf Basis der angegebenen Beschleunigungen und Dichten.

Vernetzung

Bauteile aus Balken und Stäben werden unabhängig von der aktuellen Querschnittsform in Form von hohlen Zylindern angezeigt. Ein Strukturbauteil wird automatisch als Balken identifiziert und durch mehrere gleichförmige Elemente vernetzt, so dass die Verformungs- und Spannungsveränderungen entlang des Bauteils angezeigt werden können.

Ergebnisse

Die Ergebnisse für die einzelnen Elemente werden in den entsprechenden lokalen Richtungen dargestellt. Für Stab- und Balkenelemente werden keine Durchschnittsspannungen angegeben. Es können die gleichmäßigen Axialspannungen, Torsions- und Biegespannungen in zwei orthogonalen Richtungen (Richt.1 und Richt.2) sowie die durch Kombination von Axial- und Biegespannungen erzeugte Maximalspannung an den obersten bzw. untersten Fasern angezeigt werden.

Wie nachstehend gezeigt, ist ein Balken der Axialkraft P und den Momenten M1 und M2 ausgesetzt. Das Moment M1 befindet sich um die Richtung-1-Achse und das Moment M2 befindet sich um die Richtung-2-Achse.

Die Software bietet folgende Optionen zur Spannungsanzeige:

• Axial: Gleichmäßige Axialspannung = P/A

• Biegen in lokaler Richtung 1: Durch M2 verursachte Biegespannungen. Damit wird Biegen Ms/Ss im Darstellungsnamen, Titel und in der Legende bezeichnet.

• Biegen in lokaler Richtung 2: Durch M1 verursachte Biegespannung. Damit wird Biegen Mt/St im Darstellungsnamen, Titel und in der Legende bezeichnet.

Klicken Sie hier, um Informationen über Balkenrichtungen anzuzeigen.

• Schlimmster Fall: Die Software berechnet automatisch die höchsten Spannungen an einem kritischen Querschnittspunkt, indem die durch M1 und M2 verursachten Axial- und Biegespannungen kombiniert werden. Dies ist die empfohlene Spannungsanzeige.

Allgemein berechnet die Software 4 Spannungswerte an den obersten/untersten Fasern an jedem Ende. Bei der Spannungsanzeige für den schlimmsten Fall zeigt die Sofware einen Wert für jedes Balkensegment an. Dieser Wert ist der größte der acht Werte, die für das Balkensegment berechnet werden. Diese Werte sind genau für Balken mit Querschnitten, die in zwei Richtungen symmetrisch sind. In anderen Fällen sind diese Werte konservativ.