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Fall 03 — Balken auf elastischen Auflagern

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Verifizierung der Vertikalverschiebung eines Stahlbalkens auf zwei identischen vertikalen elastischen Federn. Eine konzentrierte Vertikallast wird an einem Zwischenknoten aufgebracht. Dieser Verifizierungsfall prüft die korrekte Implementierung vertikaler elastischer Auflager (Federelemente) und ihrer Interaktion mit Balkenelementen.

Beschreibung

Ein Stahlbalken wird an seinen Enden A und B von zwei identischen vertikalen Federn gestützt. Jede Feder hat eine Steifigkeit von 45 kN/m und ist anfangs ungespannt. Eine konzentrierte Vertikallast von 3 kN wird am Zwischenknoten C aufgebracht.

Gesucht:

Statisches System

Beam on elastic supports with a concentrated load

Geometrie, Lagerungsbedingungen und Lastanwendung im Verifizierungsmodell.

Modellparameter

ParameterWert
ElementtypBeam element
MaterialSteel
Elastizitätsmodul2.0 × 10⁸ kN/m²
QuerschnittseigenschaftenI = 4.6875×10⁻⁶ m⁴
LagerungsbedingungenUx restrained, Uy – spring with ky = 45 kN/m
LastenConcentrated load −3 kN applied at node C in the Y direction

Numerische Ergebnisse

Verschiebungen

Deformed shape of a beam on elastic supports under a concentrated load

Tabellenergebnisse aus RodX

Nodal displacement results for a beam on elastic supports

Vergleich

Knoten Analytische Lösung RodX
Δy(C) -38.5 -38.5

Die numerischen Ergebnisse aus RodX stimmen mit der analytischen Lösung überein.

Literatur

  1. Hibbeler, R. C. Mechanics of Materials, 10th Edition (SI Units), Pearson Education, 2017, Example 12.16, p. 648.