Dimensionierung von großen Rechteckbehältern aus Thermoplasten

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Dimensionierung von großen Rechteckbehältern aus Thermoplasten

Ziesche, B.D.

Auf der Plattentheorie basierende Ansätze zur Berechnung großer Wandverformungen von Rechteckbehältern befriedigen nicht, weil das nichtlineare Verformungs- und Werkstoffverhalten nicht berücksichtigt und die Randbedingungen nicht erfüllt werden können. Am Beispiel von Rechteckbehältern aus thermoplastischen Kunststoffen unter hydrostatischem Druck wurden die Verformungen bei Wasserfüllung an relevanten Messpunkten durch mechanische Dreikoordinatenmessung mit Messuhren und parallel optisch durch Nahbereichsfotogrammetrie ermittelt. Die numerische Simulation des Verformungsverhaltens durch FEM-Rechnung lieferte Verschiebungsgrößen der Wandplatten, die mit den durch Messung ermittelten Werten im Detail übereinstimmen. Die Ergebnisse der validierten FEM-Rechnung stellen Näherungslösungen für das sonst nur über die Lösung der Differentialgleichungen unter Anpassung an die Randbedingungen darstellbare Randwertproblem dar. Mit den aus parametrisierten FEM-Modellen von Rechteckplatten erhaltenen Verschiebungsgrößen wurden der Gesamtzustand der Behälterwand, also Verschiebungen, Verzerrungen und Spannungen, über Polynome als Ansatzfunktionen ermittelt und die Berechnungsformeln und Beiwerte der üblichen funktionalen Darstellung gebogener Platten angepasst. Für einen großen Rechteckbehälter stimmen die gemessenen Verformungen der Träger und Plattenfelder gut mit den Ergebnissen der Berechnung überein. Die Dimensionierung rechteckiger Flüssigkeitsbehälter mit vorverformten Wänden nach diesem Verfahren ermöglicht durch bessere Werkstoffausnutzung Gewichtseinsparungen von mehr als 50 %.