Vergleich der LBA- und GMNIA-Ergebnisse in IDEA Member mit experimentellen Daten und numerischer Lösung
1. Das Ziel
Das Ziel dieses Beietrags ist die Verifizierung des LBA-Moduls (lineare Bifurkationsanalyse) und die Validierung des GMNIA-Moduls (geometrisch und materiell nichtlineare Analyse mit Imperfektionen) der Anwendung IDEA Member. Die resultierenden kritischen Lasten von IDEA Member werden mit einer numerischen Lösung aus [1] verglichen und die resultierenden Widerstände werden sowohl mit experimentellen Daten als auch mit der numerischer Lösung aus [1] verglichen.
2. Modellbeschreibung
Insgesamt wurden 9 Einzelfälle analysiert. Diese wurden aus der Studie [1] übernommen, die Bezeichnung der einzelnen Exemplare wurde beibehalten (A1–A3), (A4–A6) und (E1–E3). Dabei wurden ihre realen Querschnittsabmessungen ebenso berücksichtigt wie ihre realen Materialeigenschaften. Es wurden zwei unterschiedliche Randbedingungen untersucht (BC1 – starr, BC2 – einachsig gelenkig), auch die relative Schlankheit der Stütze variierte.
Abb. 1: Randbedingungen (von links nach rechts) starr (A1–A3); einachsig angelenkt (A4–A6); starr (E1–E3)
3. Ergebnisse
Die Eingaben und Ergebnisse der Berechnung sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Dargestellt sind die Querschnittsabmessungen und Materialeigenschaften sowie der Wert der Anfangsimperfektion e0 angenommen als L/300. Dieser Wert basiert auf [2], wo gezeigt wird, dass er das Verhalten von Winkeln bei Druckbelastung am besten beschreibt.
Die kritische Last von IDEA Member (Index M) wird mit einer numerischen Lösung [1] (Index FEM) verglichen. Der Grenzwiderstand von IDEA Member (Index M) wird mit einer numerischen Lösung [1] (Index FEM) und auch mit den experimentellen Daten (NR) verglichen.
Tab. 1: Querschnittsabmessungen, Materialeigenschaften und Ergebnisse
3.1. Lineare Beulanalyse
Die Ergebnisse der LBA-Verifizierung sind zufriedenstellend, die kritischen Lasten beider Softwarelösungen sind bis auf einen Fall (A4) sehr ähnlich, wobei die Differenz der Ergebnisse 13 % beträgt. In allen anderen Fällen beträgt die Differenz weniger als 5 %.
Tabelle 1: Werte der kritischen Lasten für die untersuchten Proben
Tabelle 2: Vergleich kritischer Lasten – FEM vs. CBFEM
Abb. 2: Erste Beuleigenform aus LBA (Probe A6)
3.2. Geometrisch und Materiell nichtlineare Analyse mit Imperfektionen
Die Ergebnisse der GMNIA-Validierung zeigen eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten.
Auch bei der Verifizierung der Ergebnisse von CBFEM zu FEM gibt es eine gute Übereinstimmung mit der größten Abweichung unter 5 %.
Tabelle 3: Werte des Grenzwiderstands
Tabelle 4: Vergleich des Grenziderstands – FEM vs. CBFEM
Abb. 3: GMNIA-Ergebnisse – plastische Dehnung am Endwiderstand (Probe A6)
4. Literatur und Verweise
[1] Kettler, M., Lichtl, G., Unterweger, H. Experimental tests on bolted steel angles in compression with varying end supports. Journal of Constructional Steel Research. 155 (2019). 301-315.
[2] Kettler, M., Taras, A., Unterweger, H. Member capacity of bolted steel angles in compression: Influence of realistic end supports. Journal of Constructional Steel Research. 130 (2017). 22–35.