Beispiel: ebenes Fachwerk

Fuer das skizzierte Fachwerk soll mit VINZ die Verschiebungen, die Normalspannungen, die Stabkraefte und die Lagerkraefte berechnet werden.
Rechts sind die analytisch bestimmten Lager und Stabkraefte dargestellt.



Schritt 1/1: Knoteneingabe

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Nachdem VINZ aufgerufen wurde, muessen zuerst die Knoten eingegeben werden. Dazu wird das Menu Knoten/Erzeugen aufgerufen. Man bleibt bei dem voreingestellten Untermenu ohne Knotennummer .
Es werden die vier ausseren Eckpunkte eingegeben. Dazu gibt man im Eingabefeld die Koordinaten "0 0 0" ein und bestaettigt mit der rechten Maustaste. Zwischen den einzelnen Zahlen muessen Leerstellen sein (keine Kommas). Anschliessend "8000 0 0", "8000 5250 0" und "0 5250 0" eingeben, wobei dazwischen jeweils die rechte Maustaste zur Bestaetigung gedrueckt wird. Danach wird nochmals die rechte Maustaste gedrueckt. Damit werden die eingegebenen Knoten erzeugt und gleichzeitig das Menu verlassen. Man sieht die Knoten noch nicht, da der Bildschirm nicht zentriert ist. Dazu klickt man den Zentrieren-Button . Danach sind die vier Knoten als schwarze Vierecke erkennbar. Alle Knoten, die noch zu keinem Element gehoeren, werden auf diese Art gezeichnet.
Das Menu Knoten/Erzeugen wird nochmals aufgerufen und die Koordinaten "0 3750 0" und "8000 3750 0" eingegeben. Solange man sich im Menu befindet, erscheinen die neuen Knoten als rote Vierecke. Sie sind noch nicht endgueltig erzeugt und koennen mit Hilfe des undo-Buttons nochmals entfernt werden. Mit dem ordnungsgemaessen Verlassen des Menus werden die neuen Knoten gespeichert und schwarz gezeichnet. Das Verlassen des Menus erfolgt wieder mit der rechten Maustaste.



Schritt 1/2: Knoteneingabe

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Fuer die Eingabe der restlichen Knoten wird nochmals das Menu Knoten/Erzeugen mit dem Untermenu Zwischenknoten aufgerufen. Dies ist moeglich, da die fehlenden Knoten mit regelmaessigem Abstand zwischen bereits definierten Knoten liegen. Es wird ein Knoten zuviel erzeugt, der spaeter wieder geloescht wird.
Im Eingabefeld wird die Anzahl drei der Zwischenknoten eingegeben und mit der rechten Maustaste bestaetigt.
Anschliessend werden die beiden obersten Knoten angeklickt. Daraufhin erscheinen drei rote Zwischenknoten. Ebenso werden die beiden mittleren Knoten hintereinander angeklickt, wodurch drei weitere rote Zwischenknoten erscheinen.
Mit dem Druecken der rechten Maustaste wird das Menu ordnungsgemaess verlassen und gleichzeitig die 6 neuen Knoten erzeugt. Diese werden jetzt mit einem schwarzen Viereck dargestellt.



Schritt 2: Loeschen des Knotens

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Zum Loeschen des ueberzaehligen Knotens wird das Menu Knoten/Loeschen mit der Knotenauswahl Knotennummer aufgerufen. Durch Anklicken des Knotens mit der linken Maustaste kann er zum Loeschen markiert werden. Er wird rot dargestellt.
Mit der rechten Maustaste wird das Menu ordnungsgemaess verlassen und gleichzeitig der Knoten geloescht.



Schritt 3: Aufbau der Zugstaebe

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Es wird das Menu Elemente/Erzeugen (Knoten)/Zugstab aufgerufen. Im Eingabefeld muss ein Propertyname eingegeben und mit der rechten Maustaste, dem ok-Button oder der return-Taste bestaetigt werden. Anschliessend werden immer zwei Knoten in der Zeichenflaeche angeklickt, bis alle vorgegeben Zugstaebe eingegeben sind. Solange man sich Menu befindet erscheinen die Zugstaebe rot. Man kann die Auswahl der Knoten bzw. die Konstruktion der Elemente mit dem undo-Button rueckgaengig machen. Gespeichert werden die Elemente beim ordnungsgemaesen Verlassen des Menus. Dies erfolgt mit der rechten Maustaste, dem ok-Button oder der return-Taste. Die Zugstaebe werdn blau skizziert.

Um die Elemente deutlicher darzustellen, wird das Menu Grafik/Parameter einstellen/Balken-/Zugstabbreite aufgerufen. Im Eingabefeld wird die Linienstaerke 5 eingegeben und mit der rechten Maustaste, dem ok-Button oder der return-Taste bestaetigt. Daraufhin werden die Zugstaebe mit der Starke 5 Pixel gezeichnet.



Schritt 4: Definition des Materials und der Zugstabeigenschaften

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Zuerst muss ein Material mit dem Elastizitaetsmodul 210000N/mm˛ definiert werden. Dazu wird das Menu Physik/Material/Definition/Modifikation/Info aufgerufen. Aus der kleinen Materialbibliothek wird STAHL ausgewaehlt. Die Eingabefelder des Menufensters werden automatisch aufgefuellt. Man kann die Daten natuerlich auch manuell eingeben. Anschliessend muss der ok-Button im Menufenster gedrueckt werden. Dadurch wird das Material registriert. Mit dem cancel-Button des Menufensters, der rechten Maustaste, dem ok-Button im Eingabebereich oder der return-Taste wird das Menu ordnungsgemaess verlasseen und das Material gespeichert.

Daraufhin muss der Zugstabproperty das Material und eine Querschnittsflaeche 800mm˛ zugewiesen werden. Dafuer wird das Menu Physik/Property/Definition/Modifikation/Info aufgerufen. Im Strukturbaum wird mit der linken Maustaste der Propertybereich ausgebreitet. Dafuer klickt man das entsprechende Kaestchen an. Aus der angezeigten Auswahl an Properties waehlt man durch Anklicken mit der linken Maustaste die gewuenschte aus. Daraufhin wird das Menufenster dem Elementtyp entsprechend angepasst und das Feld Propertyname ausgefuellt. Im Strukturbaum wird der Materialbereich ausgebreitet und das gewuenschte Material ausgewaehlt. Dies erfolgt jeweils mit der linken Maustaste. Falls die Materialeintraege nicht sichtbar sind, kann mit den senkrechten Pfeilen des Strukturbaumes auf- und abgeblaettert werden. Im Menufenster wird das Feld Materialname ausgefuellt. Im Feld Querschnittsflaeche(Zugstab) wird die Querschnittsflaeche eingegeben. Anschliessend muss der ok-Button im Menufenster gedrueckt werden. Dadurch wird die Property registriert. Mit dem cancel-Button des Menufensters, der rechten Maustaste, dem ok-Button im Eingabebereich oder der return-Taste wird das Menu ordnungsgemaess verlasseen und die Property gespeichert.



Schritt 5: Lagerungen und Kraft

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Die gelenkigen Lager muessen definiert werden. Dazu wird das Menu Physik/Lagerung/Definition aufgerufen. In den 6 Eingabefelder des Menufensters koennen fuer jeden Freiheitsgrad vorgegebene Verschiebungen eingegeben werden. Freiheitsgrade, die keinen Eintrag haben, werden nicht restringiert. Eine Lagerung ist eine Verschiebung mit dem Wert null. Fuer die zweiwertige Lagerung wird das Feld x-Translation und y-Translation jeweils mit 0 ausgefuellt. Die Knoten, die anschliessend ausgewaehlt werden, bekommen diese Zwangsbedingungen zugeordnet. Man waehlt mit der linken Maustaste durch Anklicken die gewuenschten Knoten aus, die durch ein rotes Viereck gekennzeichnet werden.
Das vorgegebene Fachwerk stellt eine ebene Aufgabe dar. VINZ kennt aber nur raeumliche Zugstaebe. Deshalb muss bei jedem Knoten die Verschiebung in z-Richtung unterdrueckt werden. Dazu wird nur bei z-Translation die Null eingetragen. Anschliessend muessen alle Knoten ausgewaehlt werden. Dazu koennen alle Knoten angeklickt oder im Eingabefeld das Key-Wort ALL eingegeben und anschliessend mit der rechten Maustaste, dem ok-Button oder der return-Taste bestaetigt werden. Alle Knoten werden daraufhin mit einem roten Viereck gekennzeichnet. Mit nochmaligem Druecken der rechten Maustaste, dem ok-Button oder der return-Taste kann das Menu ordnungsgemaess verlassen und die Lagerungen gespeichert werden.
Die Lagerungen werden aber noch nicht dargestellt. Mit Grafik/Ein-/Ausblenden/Lagerungen werden die Lagerungen sichtbar. Auch die anschliessend angegebene Kraft wird nur sichtbar, wenn mit Grafik/Ein-/Ausblenden/Kraefte und Momente die Darstellung aktiviert wird.

Fuer die Eingabe der Kraft wird das Menu Physik/Kraft und Momente/Definition aufgerufen. Im Feld y-Kraft wird der Kraftbetrag eingegeben. Eine negative Zahl bedeutet eine Kraftrichtung entgegen der Koordinatenrichtung. Ein leeres Feld bedeutet, dass in dieser Koordinatenrichtung keine Kraft bzw. kein Moment wirkt. Den anschliessend ausgewaehlten Knoten werden immer die aktuell im Menufenster eingetragenen Werte zugeordnet. Beim Fachwerk muss der obere Mittelknoten ausgewaehlt werden, der dann rot markiert wird. Abschliessend kann das Menu mit der rechten Maustaste, dem ok-Button oder der return-Taste ordnungsgemaess verlassen werden. Dabei wird die Kraft gespeichert.

Vorgegebene Verschiebungen bzw. Lagerungen werden durch rote, Kraefte und Momente durch schwarze Pfeile dargestellt. Die Darstellung der Lagerungsvektoren kann verbessert werden, wenn bei gedrueckter strg- und linker Maustaste die Maus in der Zeichenflaeche bewegt wird.



Schritt 6: Speichern der nas-Datei

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Mit Datei/Inputdatei speichern/All werden alle Daten in einer Datei im NASTRAN-Format gespeichert. Der Dateinamen darf keine Sonderzeichen und keine Leerstellen besitzen. Er muss mit .nas enden.



Schritt 7: Ergaenzung der nas-Datei

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Mit einem Editor muss die *.nas Datei geoeffnet werden. In ihr ist die Berechnungsaufgabe definiert und nur sie ist fuer die Berechnung entscheidend.

Werden im VINZPrePostProzessor Lagerungen oder Kraefte definiert, werden automatisch in der *.nas Datei die Eintraege

DISPLACEMENT(BIN)=ALL
STRESS(TENSOR,CENTER,BIN)=ALL

eingetragen. Mit diesen Befehlen werden bei der Berechnung fuer alle Knoten die Verschiebungen und fuer alle Elemente die Spannungen in die Datei *.bof (BIN) geschrieben. Diese Binaerdatei kann mit dem VINZPrePostprozessor visualisier werden. Jedoch werden bei Zugstaeben keine Spannungen angezeigt. Ebenso koennen keine Lagerkraefte und inneren Kraefte und Momente dargestellt werden.

Bei kleinen Berechnungsaufgaben ist es auch sinnvoll, die Ergebnisse in die Protokolldatei (PRT) *.prt zu schreiben. Dabei koennen alle Ergebnisse abgefragt werden.

DISPLACEMENT(PRT)=ALL
STRESS(TENSOR,CENTER,PRT)=ALL
INNERFORCE(PRT)=ALL
FORCE(PRT)=ALL

DISPLACEMENT: Verschiebungen
STRESS: Spannungen
INNERFORCE: Innere Kraefte und Momente
FORCE: Knotenkraefte bzw. Lagerkraefte

Die Key-Woerter mussen gross geschrieben werden!
Der Zusatz CENTER bedeutet, dass die Ergebniswerte im Elementmittelpunkt ermittelt werden. Die Alternative waere CORNER. Dann erhaelt man fuer jedes Element die Ergebnisse an den Elementknoten.



Schritt 8: Berechnung

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Mit Datei/Berechnung starten wird durch Auswahl der *.nas Datei die Berechnung gestartet. Im Konsolefenster kann der Verlauf der Berechnung verfolgt werden. Verlaeuft die Rechnung fehlerfrei, endet die Berechnung mit VINZ erfolgreich beendet. In der Protokolldatei *.prt wird jede Berechnung protokolliert. Falls Fehler auftreten, werden diese in den meisten Faellen dort angegeben. Auch koennen ausgewaehlte Ergebnisse in diese Datei eingetragen werden.



Schritt 9: Ergebnisbetrachtung mit VINZPrePostProzessor

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Die berechneten Verschiebungen der Fachwerkknoten koennen im VINZPrePostProzessor grafisch dargestellt werden. Dazu muss mit Datei/Ergebnisdatei oeffnen die Datei *.bof aufgerufen werden. Im Auswahlfenster Ergebnisse auswaehlen muessen die Verschiebungen markiert werden. Mit dem menueigenen ok-Button wird die Eingabe bestaettigt.
Danach wird das verformte Fachwerk dargestellt. Sind die Verformungen sehr klein, kann mit Ergebnisse/Ueberhoehungsfaktor eine Ueberhoehung der Verschiebungen definiert werden. Dabei muss im Eingabefeld ein Ueberhoehungsfaktor eingegeben und mit der rechten Maustaste, dem ok-Button oder der return-Taste bestaetigt werden.
Mit Knoten/Info Untermenu Ergebnisse koennen die Ergebniswerte angezeigt werden. Alle Knoten, von welchen die Ergebnisse von interesse sind, muessen ausgewaehlt werden. Dazu kann auch im Eingabefeld das Keywort SHOW eingegeben und mit der rechten Maustaste, dem ok-Button oder der return-Taste bestaettigt werden. Mit SHOW ruft man alle sichtbaren Knoten auf (vgl. Show und NoShow und Swap ). Die Ergebniswerte werden eingeblendet. Mit dem Verlassen des Menus Knoten/Info werden die Ergebniswerte wieder ausgeblendet. Dies erfolgt mit der rechten Maustaste, dem ok-Button oder der return-Taste.

Bei Zugstaeben koennen keine Spannungen dargestellt werden.



Schritt 10: Ergebnisse in der *.prt Datei

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Neben Fehlermeldungen und Geometrieinformationen koennen in die prt-Datei Ergebnisse geschrieben werden. Die Datei muss mit einem Editor eingelesen werden. Die Ergebnisse werden in einer Tabelle jedem Knoten bzw. jedem Element zugeordnet.

Verschiebungen und Lagerkraefte sind Knotenergebnisse. Um ihren Wert zu bestimmen, muss man bei den Knoten die jeweiligen Knotennummern kennen. Diese gewinnt man mit dem Menu Knoten/Info Untermenu Knotennummer. Moechte man alle Knoten auswaehlen, kann auch im Eingabefeld das Key-Wort ALL eingegeben und mit der rechten Maustaste, dem ok-Button oder der return-Taste bestaetigt werden.
Mit den Knotennummern geht man in die prt-Datei. In der Verschiebungstabelle ist fuer jeden Knoten die Verschiebung in x-Richtung, in y-Richtung und in z-Richtung angegeben. Analog sind in der Tabelle Reaktionskraefte fuer jeden Knoten die resultierende Kraft in x-Richtung, in y-Richtung und in z-Richtung angegeben. Diese entspricht bei gelagerten Knoten der Lagerkraft und bei belasteten Knoten der aufgebrachten Kraft. Bei allen anderen Knoten sollte, die Kraft null sein.
Besitzen die Knoten auch Rotationsfreiheitsgrade sind auch die Rotationen bzw. die Knotenmomente aufgefuehrt.

Spannungen und innere Kraefte und Momente sind Elementergebnisse. Fuer die Auswertung muessen die Elementnummern bekannt sein. Diese erhaelt man mit dem Menu Elemente/Info Untermenu Elementnummer. Sind alle Elementnummern gefragt, kann man alle Elemente mit der Eingabe des Key-Wortes ALL im Eingabefeld auswaehlen. Die Eingabe muss mit der rechten Maustaste, dem ok-Button oder der return-Taste bestaetigt werden.
Anschliessend wechselt man in die prt-Datei. In der Spannungstabelle ist fuer jedes Element an den ausgewahlten Punkten (CENTER/CORNER) der Spannungstensor (sigmax, sigmay, sigmaz, tauxy,tauxz, tauyz) dargestellt. Bei Zugstaeben ist nur sigmax (Normalspannung in Stabrichtung ungleich null). In der Tabelle fuer innere Kraefte und Momente sind Normalkraft, zwei Querkraefte, Torsionsmoment und zwei Biegemomente aufgefuehrt. Beim Zugstab ist nur die Normalkraft ungleich null.