{"id":3271,"date":"2020-08-26T14:33:42","date_gmt":"2020-08-26T14:33:42","guid":{"rendered":"https:\/\/timglobaleng.com\/blog\/fea-in-structural-design\/"},"modified":"2024-08-28T09:24:12","modified_gmt":"2024-08-28T09:24:12","slug":"fem-in-der-tragwerksplanung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/timglobaleng.com\/de\/blog\/fem-in-der-tragwerksplanung\/","title":{"rendered":"FEM IN DER TRAGWERKSPLANUNG"},"content":{"rendered":"

Jeder Bereich der Technik erfordert umfangreiche und pr\u00e4zise Berechnungen als Nachweis einer sicheren und zuverl\u00e4ssigen Planung. Diese Berechnungen basieren auf mathematischen Formeln und Gleichungen, die so komplex sein k\u00f6nnen, dass wir Stunden oder sogar Tage damit verbringen k\u00f6nnten, sie von Hand zu l\u00f6sen. Und was w\u00fcrde passieren, wenn die Berechnung zeigt, dass ein Parameter ge\u00e4ndert werden muss? Wir w\u00fcrden die Berechnung immer wieder wiederholen, bis die richtige L\u00f6sung gefunden war. Sie k\u00f6nnen sich vorstellen, wie anstrengend und zeitraubend das ist. Gl\u00fccklicherweise gibt es ein Werkzeug, das Ingenieuren helfen kann, mit diesem Problem umzugehen \u2013 die Finite-Elemente-Methode (FEM), die vielleicht besser unter der Abk\u00fcrzung bekannt ist, die von der englischen \u00dcbersetzung dieses Ausdrucks abgeleitet ist \u2013 FEA (F<\/strong>inite E<\/strong>lement A<\/strong>nalysis).<\/p>\n

Viele Ingenieure verwenden FEM \u2013 Maschinenbau-, Schifffahrts-, Elektro-, Geotechnik- und Tragwerksplaner geh\u00f6ren dazu und sie verwenden FEM, um verschiedene Arten von Problemen in Bezug auf Statik, Dynamik, Stabilit\u00e4t, W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit, elektromagnetisches Potential und viele andere zu l\u00f6sen.<\/p>\n

Im Bereich der Tragwerksplanung<\/a>, die Informationen \u00fcber Durchbiegungen, Spannungen, Dehnungen, Kr\u00e4fte und Frequenzen werden ben\u00f6tigt, um die Tragf\u00e4higkeit des Tragwerks zu \u00fcberpr\u00fcfen.<\/p>\n

Es gibt verschiedene Arten von Bauwerken \u2013 Wohn- und Gesch\u00e4ftsgeb\u00e4ude, Industriehallen, Br\u00fccken, Silos, Tanks, hohe Schornsteine, D\u00e4mme und so weiter. Au\u00dferdem gibt es verschiedene Arten von finiten Elementen. Die grundlegendste Kategorisierung bezieht sich auf ihre Form: 1D-Finite-Elemente (Stabelemente), 2D-Finite-Elemente (Fl\u00e4chenelemente) und 3D-Finite-Elemente (Volumenelemente). Es gibt weitere Unterteilungen innerhalb dieser Kategorisierung, aber wir werden diesmal nicht dar\u00fcber sprechen.<\/p>\n

Wir haben also verschiedene Arten von Tragwerken und verschiedene Arten von finiten Elementen. Wie Sie sich vorstellen k\u00f6nnen, besteht eine Verbindung zwischen diesen beiden Situationen. Wenn wir ein analytisches Modell eines Tragwerks erstellen, besteht dieses aus finiten Elementen, und die Art des Tragwerks bestimmt, welche Art von finiten Elementen angewendet wird. St\u00fctzen, Tr\u00e4ger, Verb\u00e4nde, und alle anderen Stabelemente k\u00f6nnen durch finite 1D-Elemente dargestellt werden, da ihre L\u00e4nge in den meisten F\u00e4llen viel gr\u00f6\u00dfer ist als die verbleibenden zwei Dimensionen. Daran erkennt man auch den Ursprung ihres Namens \u2013 1D bedeutet eine dominante Dimension. Logischerweise sind 2D-Finite-Elemente solche, die zwei Dimensionen haben, die viel gr\u00f6\u00dfer sind als die dritte Dimension (Dicke). Wenn wir also in unserem Modell eine Platte oder Wand erstellen wollten, w\u00fcrden wir 2D-Finite-Elemente verwenden. Und schlie\u00dflich haben wir 3D-Finite-Elemente, bei denen alle drei Dimensionen ber\u00fccksichtigt werden. Was den Anwendungsbereich dieser Elemente betrifft, sind die Dinge etwas komplizierter. Wir werden sie verwenden, wenn wir etwas Massives modellieren m\u00f6chten, wie z. B. D\u00e4mme oder sehr dicke Fundamente. Unabh\u00e4ngig davon k\u00f6nnen 3D-Finite-Elemente genauso wie 2D-Elemente zur Modellierung von Platten und W\u00e4nden verwendet werden. Dies hat den Effekt, dass die Berechnungszeit verl\u00e4ngert wird, daher sollte es vermieden werden, es sei denn, es gibt einen starken Grund, mit 3D-Elementen zu modellieren. Es gibt viele Gr\u00fcnde f\u00fcr und gegen die Verwendung von 3D-Finiten Elementen, aber wir werden dies f\u00fcr einen zuk\u00fcnftigen Artikel aufheben, da dies ein Thema f\u00fcr sich sein kann. Wir k\u00f6nnen sicherlich das folgende Ergebnis sehen \u2013 alles, was mit 1D-Finite-Elementen modelliert werden kann, kann mit 2D-Finite-Elementen modelliert werden, und alles, was mit 2D-Finite-Elementen modelliert werden kann, kann mit 3D-Finite-Elementen modelliert werden. Es h\u00e4ngt alles von der Situation und der Entscheidung des Ingenieurs ab.<\/p>\n

Da wir Experten auf dem Gebiet der Stahlbauplanung<\/a> sind, bestehen unsere Modelle haupts\u00e4chlich aus 1D- und 2D-Finite-Elementen. Ein typisches Beispiel f\u00fcr den Einsatz von FEM bei der Tragwerksplanung eines Stahltragwerks ist das Modell einer Industriehalle. Ein dreidimensionales Modell (nicht zu verwechseln mit finiten 3D-Elementen) wird unter Verwendung von 1D-Finite-Elementen erstellt, die das Tragwerkssystem bilden. Im ersten Schritt finden wir die Einfl\u00fcsse, die f\u00fcr Nachweise wie die Kontrolle der globalen Standsicherheit des Tragwerks oder die Dimensionierung der tragenden Elemente ben\u00f6tigt werden, und f\u00fchren im n\u00e4chsten Schritt lokale Nachweise durch. Bei der Tragwerksplanung von Stahltragwerken ist die h\u00e4ufigste Art der lokalen Kontrolle die Bemessung von Stahlverbindungen<\/a>. Wir verwenden FEM-Methoden auch bei der Bemessung von Stahlverbindungen, und in diesem Fall ist es notwendig, lokale Modelle aus 2D-Finite-Elementen zu erstellen. Ein weiteres Beispiel f\u00fcr einen lokalen Nachweis w\u00e4re der Nachweis eines Tr\u00e4gers auf Biegedrillknicken. Dieser Nachweis kann an einem Tr\u00e4ger durchgef\u00fchrt werden, der mit einem 1D-Element erstellt und gem\u00e4\u00df den in den Normen (Eurocode, AISC, AS4100 oder jeder anderen Norm f\u00fcr die Bemessung von Stahltragwerken) angegebenen Formeln bema\u00dft wird, oder kann mittels linearer Stabilit\u00e4tsanalyse untersucht werden (lineare Knickanalyse) an einem Modell, das aus 2D-Finite-Elementen besteht. Auch hier h\u00e4ngt alles von der technischen Beurteilung des Ingenieurs ab.<\/p>\n

Schlie\u00dflich k\u00f6nnen wir eine Schlussfolgerung ziehen \u2013 FEM ist ein leistungsstarkes Bemessungswerkzeug, mit dem fast jeder Prozess in der Natur simuliert werden kann, von der Durchbiegung von einem einfachen Tr\u00e4ger aufgrund gleichm\u00e4\u00dfig verteilter Lasten bis zur Bestimmung der Bodenbewegung w\u00e4hrend eines Erdbebens (deren Analyse recht komplex ist). Wir sollten jedoch betonen, dass FEM nur ein Werkzeug ist und dass technisches Ingenieurwissen und Erfahrung die wichtigsten Elemente zur L\u00f6sung eines Problems sind. Viele m\u00f6gen f\u00fcr die Arbeit mit FEM-Software geschult sein, aber wird jeder den Unterschied zwischen guten und schlechten Ergebnissen kennen? Aus diesem Grund verbessern wir st\u00e4ndig unsere Kenntnisse und F\u00e4higkeiten, sowohl im Engineering als auch in FEM, und k\u00f6nnen daher in unseren Berechnungen und Entw\u00fcrfen absolut sicher und zuverl\u00e4ssig sein.<\/p>\n