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Aufgaben zur Festigkeitslehre

Aufgabe 19-3, Kontrollrechnung mit Matlab-Femset

Der Finite-Elemente-”Baukasten” FEMSET dient eigentlich als Basis für den Aufbau individueller FEM-Programme. Weil in der MATLAB-Interface-Version aber ein Baustein mit dem kompletten FEM-Kern (Verformungsberechnung für ein vorgegebenes Modell) und das Element “Elastisch gebetteter Träger” als Standard-Elemente vorhanden sind, können die Verformungen für die Aufgabe 19-3 damit auf einfache Weise nachgerechnet werden. Um das nachfolgend angegebene Matlab-Script laufen zu lassen, wird nur die DLL femalg.dll benötigt.

Es wird die oben zu sehende sehr grobe Einteilung in nur 4 Elemente (5 Knoten) realisiert. Das nebenstehende Matlab-Script zeigt den Aufbau der 5 Matrizen, die das Berechnungsmodell definieren:

  • xy enthält die Koordinaten der 5 Knoten (bezogen auf den willkürlich in den Punkt 1 gelegten Ursprung),
  • km enthält die zu den 4 Elementen gehörenden Knotennummern (Koinzidenzmatrix),
  • ep enthält die (jeweils 4) Elementparameter der 4 Elemente: Biegesteifigkeit, Linienlastintensität am linken und rechten Knoten (positiv nach oben), Bettungsziffer,
  • kr enthält die Informationen über die verhinderten Verformungen (1 - Verformung verhindert, 0 - Verformung möglich), für jeden Knoten je ein Indikator für die Vertikalverschiebung und den Biegewinkel, hier nur Nullen, weil kein Lager vorhanden ist,
  • bk enthält die Knotenbelastungen (diskrete Lasten), für jeden Knoten je ein Wert für eine Einzelkraft (nach oben positiv) und ein Einzelmoment (positiv entgegen dem Uhrzeigersinn).

Mit dem Aufruf von femalg_m wird die Verformungsberechnung gestartet, ausgegeben werden in das Command Window ein Indikator succ, der mit einer 1 anzeigt, dass die Berechnung erfolgreich war und die Matrix der Knotenverformungen (in der linken Spalte die Vertikalverschiebungen - positive Verschiebungen nach oben -, in der rechten Spalte die Biegewinkel).

Die Ergebnisse sind Näherungen, weil für den elastisch gebetteten Träger die Element-Ansatzfunktionen (Polynome) die sich tatsächlich ergebenden Verformungen (durch Produkte aus trigonometrischen Funktionen und e-Funktionen beschrieben, vgl. “Dankert/Dankert: Technische Mechanik”, Kapitel 19) nur annähern. Trotz der hier verwendeten sehr groben Elementeinteilung sind die Ergebnisse aber sehr genau, so dass eine Rechnung mit feinerer Diskretisierung, die zu noch besseren Ergebnissen führen würde, nicht erforderlich ist.

Zum Download verfügbar:

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www.DankertDankert.de

 

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