Neues Online-Tool für Überlagerung von Stutzenlasten für beliebig viele Stutzen
Problem:
Nach AD2000-Merkblatt S3/0 Anhang 2 ist nicht nur die lokale Wirkung der Stutzen-/ Rohranschlusslasten auf den Behältermantel zu berücksichtigen, sondern auch die globale Wirkung auf Mantel und Tragelemente zu analysieren. Dabei sind Stutzenlasten aus Stutzentabellen nach der im AD2000-Merkblatt S3/0 Anhang 2 dargestellten SRSS-Methode zu überlagern.
Bei mehreren Stutzen ergibt sich dabei folgendes Problem:
An jedem Stutzen eines Behälters wirken pro Raumachse eine Kraft und ein Moment.
Somit ergeben sich drei Kräfte und drei Momente pro Stutzen. Für einen Stutzen sind das bereits folgende 64 Kombinationen für die Wirkrichtung aller sechs Lasten.
| Fx | Fy | Fz | Mx | My | Mz | Fx | Fy | Fz | Mx | My | Mz | |
| + | + | + | + | + | + | – | + | + | + | + | + | |
| + | + | + | + | + | – | – | + | + | + | + | – | |
| + | + | + | + | – | + | – | + | + | + | – | + | |
| + | + | + | + | – | – | – | + | + | + | – | – | |
| + | + | + | – | + | + | – | + | + | – | + | + | |
| + | + | + | – | + | – | – | + | + | – | + | – | |
| + | + | + | – | – | + | – | + | + | – | – | + | |
| + | + | + | – | – | – | – | + | + | – | – | – | |
| + | + | – | + | + | + | – | + | – | + | + | + | |
| + | + | – | + | + | – | – | + | – | + | + | – | |
| + | + | – | + | – | + | – | + | – | + | – | + | |
| + | + | – | + | – | – | – | + | – | + | – | – | |
| + | + | – | – | + | + | – | + | – | – | + | + | |
| + | + | – | – | + | – | – | + | – | – | + | – | |
| + | + | – | – | – | + | – | + | – | – | – | + | |
| + | + | – | – | – | – | – | + | – | – | – | – | |
| + | – | + | + | + | + | – | – | + | + | + | + | |
| + | – | + | + | + | – | – | – | + | + | + | – | |
| + | – | + | + | – | + | – | – | + | + | – | + | |
| + | – | + | + | – | – | – | – | + | + | – | – | |
| + | – | + | – | + | + | – | – | + | – | + | + | |
| + | – | + | – | + | – | – | – | + | – | + | – | |
| + | – | + | – | – | + | – | – | + | – | – | + | |
| + | – | + | – | – | – | – | – | + | – | – | – | |
| + | – | – | + | + | + | – | – | – | + | + | + | |
| + | – | – | + | + | – | – | – | – | + | + | – | |
| + | – | – | + | – | + | – | – | – | + | – | + | |
| + | – | – | + | – | – | – | – | – | + | – | – | |
| + | – | – | – | + | + | – | – | – | – | + | + | |
| + | – | – | – | + | – | – | – | – | – | + | – | |
| + | – | – | – | – | + | – | – | – | – | – | + | |
| + | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
Die 64 Kombinationsmöglichkeiten sind mit den heutigen Rechenleistungen eines PCs für einen einzigen Stutzen schnell berechnet.
Die Behälter haben aber mehr meist mehr als einen Stutzen.
Die an diesen Stutzen wirkenden Lasten können den Behältermantel mehr oder weniger stark be- oder entlasten. Die Anzahl möglicher Kombinationen Knz berechnet sich für n=6 Stutzenkräfte und -momente für z Stutzen nach der Formel
X = 2n*z
Für z=10 Stutzen ergeben sich bereits 2^(10*6) = 1,153*10^18 mögliche (Lastfall-)Kombinationen. In vielen Berechnungsprogrammen existieren zwar programmierbare Auswerte- und Überlagerungsprozeduren, allerdings sind diese Prozeduren nur bei linearen Berechnungen anwendbar. So hat die LES GmbH z.B. mit der in das FE-Programm Ansys integrierten, als „APDL“ bezeichneten, Programmiersprache für „Behältermodelle“ selbst solche Überlagerungen für das Postprozessing programmiert, in der Praxis aber feststellen müssen, dass der Eingabe- und der anschließende Rechenaufwand bereits bei wenigen Stutzen schon recht hoch wird.
Lösung:
Mit dem von der LES GmbH erstellten, unter www.pvp-software auch online verfügbaren Programm, zur Transformation von Kräften und Momenten können für sehr viele Stutzen die aus den Rohranschluss-/Stutzenlasten resultierenden Schnittlasten sehr schnell ermittelt werden.
Da die Stutzenkoordinaten und die Stutzenlasten über die Windows-Zwischenablage z.B. aus Word-, Excel-, Access- und HTML-Tabellen sehr schnell kopiert werden können, sind selbst für sehr komplexe Behälter mit mehr als 100 Stutzen (siehe nachfolgende Bildschirmschnappschüsse) die resultierenden Schnittkräfte und –momente binnen weniger Minuten ermittelt.
Programmintern können die Stutzen sowohl im kartesischen Koordinatensystem als auch in den sogenannten auf den in den WRC-Bulletins 107 und 297 beschriebenen und standardmäßig verwendeten Stutzenkoordinaten eingegeben und unter Berücksichtigung der Stutzenposition im Behältermantel zwischen den Koordinatensystemen transformiert werden. Der Benutzer kann eine Überlagerungsmethode wählen, erhält zusätzlich aber auch die sich nach weiteren Überlagerungsmethoden ergebenden Schnittlasten angezeigt.
