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Schalentragwerke

Ramm, E. / Burmeister, A. / Bischoff, M. / Maute, K.

Tragende Strukturen, die im Vergleich zu ihrer Ausdehnung sehr dünn und zugleich gekrümmt sind, bezeichnet man als Schalentragwerk. Das Prinzip findet zahlreiche technische Anwendungen von der Konservendose über die Autokarosserie bis zum Gärtank einer Brauerei. Entscheidend für die Belastbarkeit des dünnwandigen und somit materialsparenden Gebildes ist, daß der ausgeübte Druck sich gleichmäßig über die Wand verteilt und kein Vorzeichenwechsel - das heißt kein Übergang zwischen Druck und Zug - stattfindet. Schalen behalten bis zu ihrer Belastungsgrenze ihre unbeschädigte Form; bei Überschreitung dieser Grenze brechen sie unter Bildung von Beulen zusammen. Das Forschungsprogramm CARAT am Institut für Baustatik der Universität Stuttgart und das Anwendungsprogramm ANSYS der Stuttgarter Ingenieurgesellschaft Delta-X haben die Finite-Elemente-Modellierung von Schalen zum Gegenstand. Damit läßt sich das Auftreten von Spannungen, die Bildung von Beulen und Rissen und sogar die Aufspaltung von Schichten (bei Verbundmaterial) vorhersagen. Die Stauchung von Zylindern aus elastischer Mylarfolie, die ein in Zehntelsekunden variierendes Beulenmuster hervorrief, demonstrierte die gute Übereinstimmung zwischen Materialverhalten und Computersimulation. Die Modellierung dient vor allem der Formoptimierung, gezeigt am Beispiel einer gewölbten Dachkonstruktion, die ohne zusätzliche Stützen das Dreifache ihres Eigengewichtes tragen könnte.