Calculation of dynamic stresses of mobile cranes and truck loading cranes in quasi-static analysis
Final Report Abstract
Im Forschungsprojekt „Abbildung der dynamischen Beanspruchung von Fahrzeugkranen und Lkw-Ladekranen in quasistatischen Berechnungen“ wurden Berechnungsmodelle auf Basis der modalen Superposition entwickelt, die eine wirklichkeitsnahe Abbildung der dynamischen Kranbelastungen ermöglichen. Aufbauend auf den Untersuchungen zur Genauigkeit und Anwendbarkeit der Normberechnung aus einem früheren DFG-Forschungsprojekt wurden bei diesem Erkenntnistransferprojekt die Arbeitsvorgänge Drehen und Lastheben betrachtet. Zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit der neuen Berechnungsmethode wurden allen gängigen Rüstzustände von Fahrzeugkranen und Lkw-Ladekranen verwendet. Die Anwendbarkeit der entwickelten Schwingungsmodelle konnte bei systematischen Vergleichen mit der nichtlinearen dynamischen Finite-Elemente-Berechnung und mit Messergebnissen beurteilt werden. Auswertungen von Verschiebungen, Spannungen und Bauteilausnutzungen ergaben, dass sich die dynamischen Maximalbeanspruchungen der Krane mit Hilfe der neu entwickelten Schwingungsmodelle mit hoher Genauigkeit abbilden lassen. Dabei bilden die erzeugten quasistatischen Ersatzlasten die tatsächlich auftretenden dynamischen Beanspruchungen der Krane wesentlich genauer ab als die bisherigen Berechnungsansätze der Normen DIN EN 13000 und DIN EN 12999. Grundsätzlich erwies sich der statische Berechnungsansatz der Normberechnung jedoch als geeignet, wenn korrekte Ersatzlasten angesetzt werden. Während des Erkenntnistransferprojekts wurden die notwendigen Algorithmen für das Schwingungsmodell programmiert und den beteiligten Firmen zur Integration in deren Berechnungsumgebungen zur Verfügung gestellt. Die Schwingungsmodelle bewährten sich bei den Firmen anschließend im praxisnahen Einsatz. Neben der Genauigkeit stellten dabei insbesondere die geringe notwendige Rechenzeit und die einfache Berücksichtigung der vorgeschriebenen Teilsicherheitsbeiwerte wichtige Kriterien für eine erfolgreiche industrielle Anwendung dar. Da zur Lösung der entkoppelten modalen Bewegungsgleichungen kein numerisches Verfahren notwendig war, konnte eine ähnliche Rechenzeit wie bei bisherigen Berechnungsmethoden erzielt werden. Außerdem zeigte sich, dass sich die dynamischen Beanspruchungen der Krane nur aus wenigen Frequenzen zusammensetzen, die den niederfrequenten Eigenmoden zugeordnet werden können. Zur weiteren Verringerung der Rechenzeit lieferte daher das Näherungsverfahren der modalen Reduktion sehr gute Ergebnisse. Die Teilsicherheitsbeiwerte konnten ebenfalls problemlos berücksichtigt werden. Da die übergeordnete europäische Krannorm DIN EN 13001-1 auch die Verwendung von dynamischen Berechnungsverfahren zur Auslegung der Krane erlaubt, könnten die Schwingungsmodelle zukünftig in der industriellen Praxis als normkonformes Auslegungsverfahren Anwendung finden.
Publications
- Schwingungsmodell zur Abbildung der dynamischen Beanspruchung von Gittermast-Fahrzeugkranen und Lkw-Ladekranen. In: Wissenschaftliche Gesellschaft für Technische Logistik e. V. (WGTL), Logistics Journal: Proceedings, 2018, ISBN 2192-9084
Stölzner, M.; Kleeberger, M.; Günthner, W.A.; Fottner, J.
(See online at https://doi.org/10.2195/lj_proc_stoelzner_de_201811_01) - Calculating the dynamic behaviour of lattice boom mobile cranes during hoisting. In: FME Transactions Vol. 48 No. 2, 2020
Stölzner, M.; Kleeberger, M.; Günthner, W.A.; Fottner, J.
(See online at https://doi.org/10.5937/fme2002313S) - Dynamische Beanspruchungen von Fahrzeugkranen beim Lastheben. In: Tagungsband 28. Kranfachtagung, 2020, ISBN 978-3-947068-08-1
Stölzner, M.; Kleeberger, M.; Günthner, W.A.; Fottner, J.
