Regeln für die Berechnung von Behältern mit der FEM

Herrn Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Herbert Schmidt zur Vollendung seines 80. Lebensjahres gewidmet
Kommerzielle FE-Pakete sind zunehmend in den Ingenieurbüros verfügbar. Durch ihre Universalität verleiten sie dazu, auch dann zur Bemessung von Behältern verwendet zu werden, wenn der anwendende Ingenieur keine Erfahrung mit händischen Festigkeits- und Stabilitätsnachweisen bei Schalentragwerken hat.
Die Autoren versuchen mit diesem Artikel anhand von wenigen, strukturierten Grundregeln aufzuzeigen, welche Anforderungen an ein Modell und dessen Dokumentation zu stellen sind, so dass fachliche Richtigkeit und die erforderliche Nachvollziehbarkeit der Ergebnisse gegeben sind. Dazu wird vorab die in der Tragwerksplanung erforderliche Abstraktion diskutiert. Ebenso wird dafür plädiert, sich im Zweifelsfall für eine Handrechnung zu entscheiden, da dies möglicherweise deutlich weniger Aufwand bedingt, als eine fachgerecht dokumentierte FE-Berechnung.
Im Einzelnen werden Hinweise zur Modellierung der globalen Struktur sowie von Imperfektionen, Werkstoffeigenschaften, Schweißnähten und Lasten gegeben. Unterschiedlich aufwändige Möglichkeiten des Stabilitätsnachweises werden gezeigt. Besonderes Augenmerk wird auf eine behältergerechte Dokumentation gelegt, die ein Trennen der Spannungsausgabe in Membran- und Biegeanteile sowie in Meridian- und Breitenkreisrichtung erfordert. Schließlich werden exemplarisch drei Anwendungsbeispiele aus der industriellen Praxis gezeigt.

Rules for the analysis of tanks and silos using FEA.
Commercial FEA packages became increasingly wide spread in design offices. Being general purpose software, these packages may easily be used to model a tank or a silo by an engineer, who might not be sufficiently experienced to do proper strength and stability checks by hand. Thus, the authors see very often FE-based design, which does not meet the state of the art.
This was the motivation for the present article. Based on the needs of practical design of a steel or aluminium tank or silo, rules are given for the application of the finite element method. These include general considerations about deriving a structural model. As well, hints are given as to when a hand calculation (DBF = design by formulae) could be less time consuming than a FEA. For practical application of FEA, issues are covered like modelling and meshing of the global structure, modelling of imperfections, material properties, welds and loads. The specific needs of documentation for shell structures is discussed, i. e. splitting the obtained stresses in membrane and bending and in meridional and circumferential parts. Finally, three examples of industrial applications are described shortly.