Ein Flächenlager beschreibt die Lagerung aller 2D-Elemente einer Fläche. Die Verschiebungen dieser Elemente können verhindert oder durch Wegfedern eingeschränkt werden.
Basis
Das Register Basis verwaltet die elementaren Lagerparameter.
Lagerbedingungen
Die Lagerbedingungen sind in die Freiheitsgrade 'Translatorisch' und 'Schub' unterteilt. Um eine Stützung zu definieren, haken Sie das Kontrollfeld für die jeweilige Achse an. Das Häkchen symbolisiert, dass der Freiheitsgrad gesperrt und die Verschiebung des Elements in Richtung dieser Flächenachse nicht möglich ist.
Wenn keine Stützung oder Schubbehinderung vorliegt, entfernen Sie das Häkchen für das entsprechende Kontrollfeld. Die Konstante der Weg- oder Schubfeder wird dann zu null gesetzt. Sie können die 'Federkonstante' jederzeit anpassen, um eine elastische Lagerung der Fläche zu modellieren. Geben Sie die Federsteifigkeiten als Design-Werte ein.
Die Parameter Cu,x und Cu,y repräsentieren die Wegfedern, die den Widerstand der Bettung gegen die Verschiebung in die Flächenrichtungen x und y beschreiben. Bei einer Bodenplatte können Sie damit den (auflastunabhängigen) Widerstand in die horizontalen Richtungen definieren.
Die Lagersymbole werden bei einer horizontalen oder geneigten Fläche stets unter der Fläche dargestellt (also auf der Seite in die Richtung der Schwerkraft). Bei einer vertikalen Fläche ist die Ausrichtung der Flächenachse z maßgebend. Ein Ausfall hingegen wirkt unabhängig von der grafischen Darstellung: Hier entscheidet das Spannungskriterium, welches auf die Orientierung der lokalen z-Achse bezogen ist.
Für die Richtung 'uz' besteht die Möglichkeit, eine Nichtlinearität vorzugeben (siehe Bild Neues Flächenlager). Das Kriterium 'Ausfall, falls Kontaktspannung σz negativ bzw. positiv' steuert, ob das Lager nur positive bzw. negative Spannungen aufnehmen kann. Weitere Nichtlinearitätsparameter können Sie im Register uz - Ausfall, falls Lagerspannung σz negativ bzw. positiv festlegen.
Überprüfen Sie die Ausrichtung der lokalen z-Achsen, wenn Sie ein Ausfallkriterium ansetzen. Sie können die Flächenachsen über das Flächen-Kontextmenü ein- und ausblenden.
Die Lagerungsbedingungen für 'Schub' vxz und vyz steuern, wie die Schubtragfähigkeit der Stützung in Richtung der Flächenachsen x und y berücksichtigt wird. Die Pasternaksche Konstante Cv liegt in den meisten Fällen zwischen 0,1 ⋅ Cu,z (geringe Schubtragwirkung) und 0,5 ⋅ Cu,z (mittlere Schubtragwirkung). In der Regel gilt: Cv,xz = Cv,yz.
Bei einer unverschieblichen Lagerung in uz sind die zugehörigen Schubglieder der Steifigkeitsmatrix automatisch aktiviert.
Folgende Tabelle nach Kolar [1] bietet Orientierungswerte für die Federkonstanten von Böden.
| Bodenkonsistenz | Cu,z [kN/m3] | Cv [kN] | Cv [kN] | Cv [kN] |
|---|---|---|---|---|
| minimal | mittel | groß | ||
| sehr weich | 1 000 | 0 | 500 | 1 000 |
| mitteldicht | 10 000 | 0 | 5 000 | 10 000 |
| dicht | 100 000 | 0 | 50 000 | 100 000 |
uz - Ausfall, falls Kontaktspannung σz negativ bzw. positiv
Der uz - Ausfall als nichtlineare Eigenschaft des Flächenlagers (siehe Bild Neues Flächenlager) kann in diesem Register näher beschrieben werden.
Die Liste bietet folgende Auswahlmöglichkeiten:
- Grundlegende einseitige Wirkung: Das Lager fällt bei negativen bzw. positiven Kontaktspannungen aus.
- Fließen ab Kontaktspannung: Das Lager fällt bei negativen bzw. positiven Kontaktspannungen aus und ist im anderen Bereich nur bis zu einer bestimmten Spannung wirksam. Bei einer Überschreitung erhöhen sich die Dehnungen, jedoch nicht mehr die Spannungen.
- Reibung in Ebene xy: Das Lager fällt bei negativen bzw. positiven Kontaktspannungen aus. Schubkräfte werden über Reibung aufgenommen. Sie sind abhängig von den vorhandenen Kontaktkräften. Es gilt folgende Beziehung: τ = μz ⋅ σ