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Beispiel: Dimensionierung eines Rohres unter Innendruck
In diesem Beispiel wird gezeigt wie mit dem Online-Tool TubeGen eine Rohrstruktur erzeugt und mithilfe von Z88Aurora dimensioniert werden kann. Dazu wird ein Rohr mit bestimmten Abmessungen erstellt, in Z88Aurora importiert und mit den entsprechenden Randbedingungen werden die auftretenden Spannungen berechnet.
Erzeugung der z88structure.txt mit TubeGen
Mit dem öffentlichen Tool TubeGen können vernetzte Rohrstrukturen erzeugt werden. Im ersten Schritt werden die Maße des Rohrabschnitts angeben. Zunächst werden folgende Werte verwendet:
Diameter Pitch (Unterteilung des Durchmessers): 40
Radial Pitch (Unterteilung der Wandstärke): 5
Axial Pitch (Unterteilung der Länge): 3
Allgemein gilt bei diesen Werten: Je feiner die Unterteilung ist, desto genauer wird das Ergebnis.
Outer Diameter (Außendurchmesser): 20
Wall Thickness (Wandstärke): 2
Tube Length (Rohrlänge): 50
Die Abmaße sind in mm angegeben
Nun wird als Format für die Strukturdatei das z88-Format z88structure.txt gewählt.
Über download wird die Datei nun heruntergeladen und abgespeichert.
Start von Z88Aurora und Import der Struktur
Jetzt wird Z88Aurora gestartet und eine neue Projektmappe angelegt.
Im Beispiel wird ein Ordner mit dem Namen „Rohr_Innendruck“ angelegt. Nach bestätigen durch „ENTER“ ist der Ordner geöffnet und wird mit „OK“ als Arbeitsverzeichnis gewählt.
Über den Button zum Import von Z88-Dateien wird die zuvor heruntergeladene z88structure.txt importiert.
Nach Bestätigen auf „OK“ wird die Struktur schattiert in blau dargestellt. Über die Buttons „Oberflächennetz“ und „Netz“ kann zwischen den verschiedenen Ansichten gewechselt werden.
Anlegen von Sets (Picking)
Für jede Randbedingung ist zunächst ein Set festzulegen. Über „Picking“ gelangt man in die Setverwaltung.
Im ersten Schritt werden nun die Knotensets für die Festlagerung gewählt. Hier muss besondere Rücksicht auf die Orientierung des Rohres im Koordinatensystem genommen werden. Da der Rohrabschnitt sich entlang der Rohrachse (z-Achse) nicht verformen kann, werden die äußeren Knoten (siehe Abb. unten) für die Fixierung in z-Richtung gewählt und als Set hinzugefügt. Zur Übersichtlichkeit ist es hilfreich das Set durch einen Doppelklick umzubenennen, z.B. in „z-Fixierung“. Anschließend wird die Knotenauswahl über „Abwaehlen“ aufgehoben.
Tipp: Zum Auswählen der Knoten die Alt-Taste gedrückt halten und ein Fenster über den ersten Knotenkreis ziehen. Anschließend die restlichen Knoten bei gedrückter Shift+Alt-Taste hinzufügen.
Für die Fixierung in x- und y-Richtung ist es ratsam, sich die x-y-Ansicht der Struktur anzeigen zu lassen und über „Koordinatensystem“ die Achsenrichtungen einzublenden.
Zudem werden über „Netz“ alle Knoten angezeigt, die zur Übersichtlichkeit durch „Picking-Punkte verkleinern“ angepasst werden können.
Die Knoten, die sich auf der x-Achse befinden, werden bei einer Belastung durch einen Innendruck nicht in y-Richtung verschoben, können also als Set „y-Fixierung“ festgelegt werden.
Analog können die Knoten auf der y-Achse in x-Richtung fixiert werden.
Nun muss noch das Flächenset für den Innendruck aufgegeben werden. Dazu wird zur „Ansicht: Flaechen wählen“ gewechselt. Zudem wird wieder zur „Netz“-Ansicht umgeschaltet.
Bei gedrückter Strg-Taste wird eine Fläche im Inneren des Rohres ausgewählt und über den Button „Flaeche“ auf die gesamte Innenfläche erweitert. Über Set hinzufügen wird das Flächenset hinzugefügt und anschließend benannt (hier in „Innenflaeche“).
Material zuweisen
Über den entsprechenden Button wird zur Materialdatenbank gewechselt.
Allen Elementen wird das Material Kupfer zugewiesen. Falls dieses sich nicht in der Datenbank befindet, muss es über einen Klick auf „Hinzufuegen“ erstellt werden.
Im sich öffnenden Fenster werden folgende Werte eingegeben:
E-Modul: 120000; Querkontraktion: 0.35; (Die Dichte ist für dieses Beispiel unwichtig und muss nicht zwangsweise festgelegt werden)
Als Name wird „Kupfer“ gewählt. [Quelle: https://www.kupferinstitut.de]
Nach Bestätigen durch „OK“ wird das neu erstellte Material in der Datenbank ausgewählt (es befindet sich normalerweise am Ende der Liste) und durch „Zuweisen“ allen Elementen zugewiesen.
Randbedingungen zuweisen
Jetzt wird zu den Randbedingungen gewechselt.
Erst wird die Lagerung festgelegt. Dazu wird das entsprechende Set ausgewählt und die Verschiebung in die jeweilige Richtung auf 0 festgelegt. So wird für alle drei Fixierungssets eine Randbedingung erstellt.
Anschließend wird die Randbedingung für den Innendruck festgelegt. Dazu wird das entsprechende Set ausgewählt, bei Typ „Druck“ ausgewählt und ein Druck von 1 N/mm² = 10 bar eingegeben.
Berechnung und Interpretation
Alle notwendigen Angaben sind gegeben, also kann jetzt der Solver geöffnet werden:
Als Solvertyp wird PARDISO gewählt, als Festigkeitshypothese GEH (von Mises), dann kann die Berechnung gestartet werden. Über den Postprozessor können die Ergebnisse angezeigt werden.
In diesem Fall sind vor allem die Spannungen in den Elementen interessant, genauer gesagt die maximale Spannung. Über „Spannungen pro Element“ können diese angezeigt werden.
Wie zu erwarten, tritt die größte Spannung im Rohrinneren auf. An der Farblegende kann die Maximalspannung 
