Zur Berechnung vielschichtiger Schalen mit orthotropen Schichten

Wirklichkeitsnahe Erfassung und Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens von Strukturen baulicher Anlagen hat in den letzten Jahrzehnten ständig an Bedeutung gewonnen. Konstruktionen im Hoch- und Industriebau werden zunehmend multifunktional genutzt - die >Grenzen< zwischen Bauwerk und Tragwerk, zwischen Hüll- und Tragkonstruktion lösen sich auf. Werden raumabschließende Elemente (Wände, Decken, Dächer) gleichzeitig als Tragelemente und wärme- und schalldämmende Konstruktionen ausgeführt, so entstehen beispielsweise Sandwichplatten, deren Schichten sehr stark differierende Materialeigenschaften aufweisen. Beim Aufbau des FEM-Modells für vielschichtige Schalen können die Formänderungshypothesen für jede Schicht einzeln als auch für die Schale insgesamt gegeben werden. Im ersten Fall ist der Knotenfreiheitsgrad von der Schichtenzahl abhängig, im zweiten Fall nicht. Im weiteren wird eine Formänderungshypothese für das Schichtenpaket angenommen. Ausgegangen wird von den Gleichungen der 3D-Elastizitätstheorie. Die Berücksichtigung der Querkraftschubverformungen ergibt die Möglichkeit einer adäquaten Beschreibung der Verformungen sowohl dünner Schalen als auch von Schalen mittlerer Dicke; die Berechnung der Krümmungen und der LAMEschen Parameter der Bezugsfläche zu umgehen, was für komplizierte Schalenformen eine selbständige Aufgabe ist; eines natürlichen Übergangs von homogenen zu geschichteten Schalen. Das vielschichtige isoparametrische Schalen-FE wird vorgestellt, seine Implementierung in das in Entwicklung befindliche Programmsystem SLANG wird vorbereitet