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Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der Plastizität, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Anders als die klassische Behandlung nichtlinearer Probleme der Strukturmechanik führt die Methode auf Optimierungsprobleme. Diese sind bei realistischen FEM-Modellen sehr groß. Das hat die industrielle Anwendung der Traglast- und Einspielanalysen stark verzögert. Diese Situation wird durch das Brite-EuRam Projekt LISA grundlegend geändert. Die Autoren möchten der Europäischen Kommission an dieser Stelle für die Förderung ausdrücklich danken. In LISA entsteht auf der Basis des industriellen FEM-Programms PERMAS ein Verfahren zur direkten Berechnung der Tragfähigkeit duktiler Strukturen. Damit kann der Betriebsbereich von Komponenten und Bauwerken auf den plastischen Bereich erweitert werden, ohne den Aufwand gegenüber elastischen Analysen wesentlich zu erhöhen. Die beachtlichen Rechenzeitgewinne erlauben Parameterstudien und die Berechnung von Interaktionsdiagrammen, die einen schnellen Überblick über mögliche Betriebsbereiche vermitteln. Es zeigt sich, daß abhängig von der Komponente und ihren Belastungen teilweise entscheidende Sicherheitsgewinne zur Erweiterung der Betriebsbereiche erzielt werden können. Das Vorgehen erfordert vom Anwender oft ein gewisses Umdenken. Es werden keine Spannungen berechnet, um damit Sicherheit und Lebensdauer zu interpretieren. Statt dessen berechnet man direkt die gesuchte Sicherheit. Der Post-Prozessor wird nur noch zur Modell- und Rechenkontrolle benötigt. Das Vorgehen ist änhlich der Stabilitätsanalyse (Knicken, Beulen). Durch namhafte industrielle Projektpartner werden Validierung und die Anwendbarkeit auf eine breite Palette technischer Probleme garantiert. Die ebenfalls in LISA geplante Zuverlässigkeitsanalyse ist erst auf der Basis direkter Verfahren effektiv möglich. Ohne Traglast- und Einspielanalyse ist plastische Strukturoptimierung auch heute kaum durchführbar.
Genaue Kenntnis der Spannungen und Verformungen in passiven Komponenten gewinnt man mit detailierten inelastischen FEM Analysen. Die lokale Beanspruchung läßt sich aber nicht direkt mit einer Beanspruchbarkeit im strukturmechanischen Sinne vergleichen. Konzentriert man sich auf die Frage nach der Tragfähigkeit, dann vereinfacht sich die Analyse. Im Rahmen der Plastizitätstheorie berechnen Traglast- und Einspielanalyse die tragbaren Lasten direkt und exakt. In diesem Beitrag wird eine Implementierung der Traglast- und Einspielsätze in ein allgemeines FEM Programm vorgestellt, mit der die Tragfähigkeit passiver Komponenten direkt berechnet wird. Die benutzten Konzepte werden in Bezug auf die übliche Strukturanalyse erläutert. Beispiele mit lokal hoher Beanspruchung verdeutlichen die Anwendung der FEM basierten Traglast- und Einspielanalysen. Die berechneten Interaktionsdiagramme geben einen guten Überblick über die möglichen Betriebsbereiche passiver Komponenten. Die Traglastanalyse bietet auch einen strukturmechanischen Zugang zur Kollapslast rißbehafteter Komponenten aus hochzähem Material.
Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der Plastizität, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Anders als die klassische Behandlung nichtlinearer Probleme der Strukturmechanik führt die Methode auf Optimierungsprobleme. Diese sind bei realistischen FEM-Modellen sehr groß. Das hat die industrielle Anwendung der Traglast- und Einspielanalysen stark verzögert. Diese Situation wird durch das Brite-EuRam Projekt LISA grundlegend geändert. In LISA entsteht auf der Basis des industriellen FEM-Programms PERMAS ein Verfahren zur direkten Berechnung der Tragfähigkeit duktiler Strukturen. Damit kann der Betriebsbereich von Komponenten und Bauwerken auf den plastischen Bereich erweitert werden, ohne den Aufwand gegenüber elastischen Analysen wesentlich zu erhöhen. Die beachtlichen Rechenzeitgewinne erlauben Parameterstudien und die Berechnung von Interaktionsdiagrammen, die einen schnellen Überblick über mögliche Betriebsbereiche vermitteln. Es zeigt sich, daß abhängig von der Komponente und ihren Belastungen teilweise entscheidende Sicherheitsgewinne zur Erweiterung der Betriebsbereiche erzielt werden können. Das Vorgehen erfordert vom Anwender oft ein gewisses Umdenken. Es werden keine Spannungen berechnet, um damit Sicherheit und Lebensdauer zu interpretieren. Statt dessen berechnet man direkt die gesuchte Sicherheit. Der Post-Prozessor wird nur noch zur Modell- und Rechenkontrolle benötigt. Das Vorgehen ist ähnlich der Stabilitätsanalyse (Knicken, Beulen). Durch namhafte industrielle Projektpartner werden Validierung und die Anwendbarkeit auf eine breite Palette technischer Probleme garantiert. Die ebenfalls in LISA entwickelten Zuverlässigkeitsanalysen sind nichlinear erst auf der Basis direkter Verfahren effektiv möglich. Ohne Traglast- und Einspielanalyse ist plastische Strukturoptimierung auch heute kaum durchführbar. Auf die vorgesehenen Erweiterungen der Werkstoffmodellierung für nichtlineare Verfestigung und für Schädigung konnte hier nicht eingegangen werden. Es herrscht ein deutlicher Mangel an Experimenten zum Nachweis der Grenzen zwischen elastischem Einspielen und dem Versagen durch LCF oder durch Ratchetting.
Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der klassischen Plastizitätstheorie, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Eine FEM-basierte Traglast- und Einspielanalyse für ideal plastisches Material wurde auf ein kinematisch verfestigendes Materialgesetz erweitert und in das Finite Element Programm PERMAS implementiert. In einem einfachen Zug-Torsionsexperiment wurde eine Hohlprobe mit konstanter Torsion und zyklischer Zugbelastung beansprucht, um die neue Implementierung zu verifizieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Einspielanalyse gut mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmt. Bei Verfestigung lassen sich wesentlich größere Sicherheiten nachweisen. Dieses Potential bedarf weiterer experimenteller Absicherung. Parallel dazu ist die Eisnpieltheorie auf fortschrittliche Verfestigungsansätze zu erweitern.
Abstract des Beitrags zum 1. Aachener Softwaretag in der Wasserwirtschaft <1, 2007, Aachen> 1 S. : Bereits seit Jahrzehnten werden verschiedenste Injektions-Verfahren, welche teilweise aus den Vereinigten Staaten lizenziert wurden, in Deutschland angewendet, um Abwasserkanäle zu ertüchtigen. Die Resultate sind teilweise sehr umstritten, nicht zuletzt aufgrund unzureichender Materialeigenschaften in den Anfangsjahren der Anwendung. Viele Methoden sind darüber völlig aus dem Gebrauch gekommen und haben manchmal das ganze Verfahrensprinzip in Verruf gebracht. Mittlerweile wurden sowohl Verfahren als auch Materialien weiterentwickelt und sind nun in der Lage auch den aktuellen strengen und praxisnahen Testverfahren mittels Säuleninjektionsversuchen zur Beurteilung Umweltverträglichkeit zu genügen. Es wird ein kurzer Überblick über die derzeit am Markt befindlichen/üblichen Regelwerke, Verfahren und Materialien gegeben und die Grenzen und Möglichkeiten im Rahmen der Kanalsanierung aufgezeigt.
Die ökologische Umgestaltung der Dhünn in Leverkusen – Ein Beispiel für die praktische Planung
(2009)
Dipl.-Ing. (FH) Dieter Stein M.Sc (Environmental Engineering) - Landschaftsarchitekt AKNW, Grevenbroich. 14 Seiten ( S. 78-91). Beitrag zum 2. Aachener Softwaretag in der Wasserwirtschaft <2, 2009, Aachen>. Zusammenfassung [des Autors] Unter Berücksichtigung vorhandener örtlicher Gegebenheiten und technischer Einrichtungen (wie z.B. Verkehrstrassen, Versorgungsleitungen, Einlaufbauwerke etc.) hat die Dhünn innerhalb der Deiche mehr Bewegungsfreiheit erhalten. Der Hochwasserschutz bleibt dabei weiterhin gewährleistet. Die Gehölzstrukturen im Uferbereich wurden weitgehend erhalten. Dort, wo die Bauarbeiten eine Entfernung von Gehölzen erforderlich machten, wurden die Flächen bewusst einer eigenständigen Entwicklung überlassen. In diesen Bereichen werden sich im Laufe der Zeit von selbst neue Pflanzen und Gehölze ansiedeln. Mit der naturnahen Umgestaltung der Dhünn als "Starthilfe" kann die Natur die weitere Entwicklung übernehmen: Tier- und Pflanzenarten können sich das ehemals kanalartig ausgebaute Gewässer "zurückerobern", Fische und Kleintiere finden Nahrung und Ruheplätze. Für die Menschen entsteht ein wertvoller Erholungsraum mitten in der Stadt. Trotz zahlreicher Akteure und erheblicher Restriktionen konnte das Projekt in relativ kurzer Zeit realisiert werden. Dem Wupperverband (Untere Lichtenplatzer Str. 100; 42289 Wuppertal) und hier vor allem den Projektleitern Herrn Arnim Lützenberger und Herrn Andreas Oberborbeck sei an dieser Stelle besonders für eine hervorragende Zusammenarbeit gedankt.