Untersuchungen zur Elastomechanik bei Douglasie : I. Modellierung mit der Finite-Elemente-Methode

2001

S. 101-116

6 Abb., 3 Tab., 63 Lit. Ang.

Unselbständiges Werk

200085362

Vor dem Hintergrund, dass ein besseres Verstehen der elastomechanischen Reaktionen eines Baumes unter Wind- und Eigenlasten einen wissenschaftlichen Beitrag liefert, sowohl zu Fragen der Stabilität als auch zu Aspekten der durch mechanische Reize ausgelösten Wachstumsprozesse, wurden mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) Berechnungen für eine 64-jährige Douglasie durchgeführt. Dabei wurde detailliert die Geometrie des Stammes und der Krone erfasst (Tab. 1,2), sowie die Heterogenität der mechanischen Holzeigenschaften berücksichtigt (Tab. 3). Berechnet wurde die Spannungsverteilung an der Stammoberfläche (z.T. auch Dehnungen/Stauchungen sowie die Auslenkung) für eine Lastsituation mit einem Nordwest-Wind mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s (Abb. 3). Der Anteil der auf die Windkräfte zurückgehenden Spannungen ist dominierend: Während die Spannungen in der unteren Stammhälfte mit ca. 10 MPa relativ konstant sind (am Stammabaluf geringer) und im mittleren Kronenbereich bei ca. 8 MPa liegen, so nehmen sie zur Spitze hin bis auf etwa 25 MPa zu. Der Anteil der durch die Gewichtskraft der Stammmasse bedingten Spannungen ist unbedeutend (Abb. 4). Die Bedeutung der einzelnen Äste für das mechanische Verhalten des Stammes ließ sich nicht abschätzen, da aufgrund der Methodik des Stammes ließ sich nicht abschätzen, da aufgrund der Methodik der punktuellen Kraft- und Momenteinleitung unrealistisch hohe Spannungsspitzen entstehen, die sich erst langsam abbauen (Abb. 5). Die FE-Modellierung hat sich als prinzipiell geeignet erwiesen. Berechnungen auch mit Bäumen in der gegebenen Komplexität durchzuführen. Voraussetzung hierfür ist aber der Einsatz sehr leistungsfähiger und damit auch teurer Hard- und Software. Ein gewisser Nachteil ist der relativ hohe Zeitbedarf für die Erstellung von Geometriemodellen für sehr unregelmäßig natürliche Objekte, da FE-Software i.a. auf Anwendungen im Ingenieurwesen zugeschnitten ist. Ein umfangreiches Variantenstudium mit Änderung auch der Geometrien ist deshalb aufgrund des Aufwandes meist nicht realisierbar.