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Fall 02 — Starrer Balken auf elastischen Vertikalstützen

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Verifizierung der Vertikalverschiebung eines starren Balkens auf zwei vertikalen elastischen Stützen unterschiedlicher Steifigkeit. Das System besteht aus einem starren horizontalen Balken auf Stahl- und Aluminiumstützen unter einer konzentrierten Vertikallast. Dieser Verifizierungsfall prüft die korrekte Implementierung von Stabelementen mit unterschiedlicher Materialsteifigkeit.

Beschreibung

Ein starrer horizontaler Balken wird von zwei vertikalen elastischen Stützen getragen. Die linke Stütze besteht aus Stahl, die rechte aus Aluminium. Der Balken selbst wird als starr angenommen, während axiale Verformungen nur in den Stützen auftreten. Eine konzentrierte Vertikallast wird an einem Zwischenpunkt aufgebracht.

Gesucht:

Statisches System

Structural scheme of an absolutely rigid beam under a concentrated vertical load, supported by two vertical posts of different stiffness

Geometrie, Lagerungsbedingungen und Lastanwendung im Verifizierungsmodell.

Modellparameter

ParameterWert
ElementtypBeam elements
MaterialSteel, Aluminum
Elastizitätsmodul2.0 × 10⁸ kN/m², 7.0 × 10⁷ kN/m²
Durchmesser0.02 m, 0.05 m
LagerungsbedingungenFixed supports at the bases of both posts
LastenVertical concentrated load of 90 kN applied to the rigid beam

Numerische Ergebnisse

Verschiebungen

Deformed shape of a rigid beam supported by two vertical posts with different axial stiffness

Tabellenergebnisse aus RodX

RodX numerical results table showing nodal displacements and rotations of a rigid beam

Vergleich

Knoten Analytische Lösung RodX
Δy(A) -0.286 -0.286
Δy(F) -0.225 -0.225
Δy(B) -0.102 -0.102

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 4.3, p. 149.