Stabilitätsversagen: Knicken und Beulen

Werden schlanke Stäbe bzw. dünne Platten oder Schalen durch Druckspannungen belastet, so Versagen sie bei Lasterhöhung plötzlich durch seitliches Ausweichen durch den Verlust des stabilen Gleichgewichtes. Dieses Versagen kann weit vor dem Erreichen der Druckfestigkeit des Materials auftreten.

Beulen eines Turmes einer Windenergieanlage unter äußerer Last

Im Bereich der Stabilität bieten wir lineare und nichtlineare Nachweise der Knick- bzw. Beulsicherheit mit Hilfe der Finite-Elemente Methode an. Dies beinhaltet zum Beispiel die folgenden Nachweise nach EN 1993-1-6:

  • Linear elastische Verzweigungsrechnung (LBA)
  • Geometrisch nichtlineare elastische Berechnung (GNA)
  • Materiell nichtlineare Berechnung für die Berechnung des plastischen Referenzwiderstandes (MNA)
  • Geometrisch und materiell nichtlineare Berechnung (GMNA)
  • Geometrisch nichtlineare elastische Berechnungen mit Imperfektionen (GNIA)
  • Geometrisch und materiell nichtlineare Berechnung mit Imperfektionen (GMNIA)

Beispiele für abgeschlossene Kundenprojekte


Turm einer Windkraftanlage

Türme von Windenergieanlage werden typischerweise analytisch mittels des Eurocode 3 nachgewiesen. Um eine weniger konservative Auslegung zu erreichen, wurde die Beulanalyse nach den Vorgaben des Eurocode 3 mit einem FE-Modell durchgeführt. Anhand der Ergebnisse wurde eine Optimierung des Turmbleches in den Bereichen durchgeführt, die nicht durch die Betriebsfestigkeit dimensioniert werden. Die Dicke der Bleche konnte teilweise um mehr als 20% reduziert werden. Damit ergab sich eine wesentliche Kosten- und Masseneinsparung.

Hebetraverse

Für eine Hebetraverse wurde neben den Festigkeitsnachweisen ein Stabilitätsnachweis durchgeführt. Mittels einer FE-Analyse konnte gezeigt werden, dass die Traverse die auftretenden Extremlasten erträgt.