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H. Moldenhauer · Die Visualisierung des Kraftflusses in Stahlbaukonstruktionen
Tabelle 1. Gerechnete Varianten zum Probekörper aus [7] Tabel 1. Computed variants for test specimen from [7]
Bild 9. Kontaktkompatible „Knoten auf Knoten“ Vernetzung Fig. 9. Contact compatible meshing ‘node to node’
zum Knotenblech ausschliesslich über die Niete, man kann sie auch als SLPVerbindung [9] (Scher-Lochleibungsverbindung mit Passung) auffassen. Würden die Niete durch Schrauben mit Vorspannung ersetzt werden, um als GV-Verbindung [9] (gleitfeste, planmäßig vorgespannte Verbindung) zu wirken, so würden die Reibkräfte zwischen Lasche und Knotenblech die Schraube entlasten. Es wäre dann auch ein kontaktkompatibles Netz bezüglich Lasche und Kontaktblech erforderlich. Im Fall einer SLP-Verbindung genügen jedoch einfachere FEM-Modelle. Lasche, Niete und Knotenblech werden durch Scheibenelemente in eine Ebene idealisiert, man ist dann am Membrananteil des Kraftflusses interessiert. Der Kontakt über die Niete erfolgt nicht mehr flächig, sondern linienförmig (s. Bild 10). Es wurden mehrere Varianten gerechnet, um den Einfluss auf den Kraftflussverlauf zu untersuchen (s. Tabelle 1). Bild 10a zeigt bei der spielfreien Nietpassung durch die verschieden Kraftflussdichten an den vier Nietbohrungen N1 bis N4, dass trotz angeschrägtem Knotenblech keine gleichförmige Verteilung der Nietlasten erreicht werden konnte. Die Ungleichförmigkeit wird erheblich vergrößert, wenn an den SLPVerbindungen Spiel oder Pressung auftritt. Bild 10b zeigt ein willkürlich angenommenes Radialspiel von 0,15 mm bei dem Niet N3, Bild 10c ein radiales Übermaß von 0,05 mm bei dem Niet N3. Im ersten Fall tangieren die Kraftflusslinien N3, ohne in diesen Niet einzutreten. Im zweiten Fall bilden sich zusätzliche Pressspannungen, die für sich selbst im Gleichgewicht stehen.
Analyse
Beschreibung
Bild
Wyss [7]
Referenz
7
A
3D, Niet N1–N4 ohne Spiel
8
B
2D, analog Analyse A
10a
C
2D, Niet N3 mit Radialspiel 0,15 mm
10b
D
2D, Niet N3 mit Radialpressung (Übermaß 0,05 mm)
10c
E
2D, elastisch / perfekt plastisch, σfl = 200 MPa ➝ εmax = 1,2 %
F
2D, analog Analyse E, σfl = 170 MPa ➝ εmax = 10 %
– 11
Bild 10. Einfluss von Toleranzen auf den y-Kraftfluss, a) spielfreie Nietpassungen, b) Niet 3 mit radialem Spiel von 0,15 mm, c) Detail des Nietes 3 mit Presspassung (0,05 mm radiales Übermaß) Fig. 10. Influence of tolerances on y-load path, a) exact fit of all rivets, b) rivet 3 with 0.15 mm radial clearance, c) detail of rivet 3 with 0.05 mm radial overclosure
Bild 11. Elastoplastisches Material, a) y-Kraftfluss, das plastische Fließen belastet alle vier Niete gleichförmig, b) v. Mises Spannung in MPa Fig. 11. Elastoplastic material, a) y-load path – plastic flow stresses all rivets in a uniform way, b) v. Mises stress in MPa
Stahlbau 81 (2012), Heft 1
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