TY - THES A1 - Bayer, Veit T1 - Zur Zuverlässigkeitsbeurteilung von Baukonstruktionen unter dynamischen Einwirkungen T1 - On the reliability assessment of building structures subjected to dynamic excitation N2 - Die Arbeit befaßt sich mit varianzmindernden Verfahren zur Monte Carlo Simulation von stochastischen Prozessen, zum Zweck der Zuverlässigkeitsbeurteilung von Baukonstruktionen mit nichtlinearem Systemverhalten. Kap. 2 ist eine Literaturstudie zu varianzmindernden Monte Carlo Methoden. In Kap. 3 wird die Spektrale Darstellung eines stationären, skalaren Gauß - Prozesses hergeleitet. Auf dieser Grundlage werden verschiedene Simulationsmodelle diskutiert. Das in Kap. 4 entwickelte varianzmindernde Simulationsverfahren basiert auf der Spektralen Darstellung. Nach einer ersten Pilotsimulation werden die Frequenzen für die Einführung zufälliger Amplituden bestimmt und deren Parameter angepaßt. Der zweite Lauf erfolgt mit diesen Parametern nach dem Prinzip des Importance Sampling. Das Verfahren wird in Kap. 5 für eine Brücke unter Erdbebenbelastung angewendet. Die Brücke ist mit sog. Hysteretic Devices zur Energiedissipation ausgerüstet. Es werden einerseits die Genauigkeit und Effizienz des Simulationsverfahrens, andererseits die Leistungsfähigkeit der Hysteretic Devices zur Erdbebenertüchtigung von Bauwerken demonstriert. N2 - Main topic is the development of variance–reducing Monte Carlo methods, for the purpose of reliability analyses of engineering structures with nonlinear behaviour. Ch. 2 is a literature survey on variance-reducing Monte Carlo methods. The Spectral Representation of a scalar, stationary Gaussian process is derived in ch. 3. On this basis, two popular simulation methods are discussed. The variance-reducing simulation concept developed in ch. 4 is based on the Spectral Representation. After a first pilot simulation, the frequencies are selected for introduction of amplitudes as random variables. In addition, the parameters of the amplitudes are adapted. This is the basis for the second simulation following the Importance Sampling principle. This simulation concept is utilized for reliability analysis of a bridge subjected to earthquake excitation in ch. 5. The bridge is equipped with Hysteretic Devices for dissipation of energy. The example demonstrates, on one hand, the accuracy and efficiency of the developed simulation method. On the other hand, the effectiveness of Hysteretic Devices for earthquake protection of building structures becomes evident. KW - Baukonstruktion KW - Dynamische Belastung KW - Zuverlässigkeit KW - Sicherheitstheorie KW - Erdbeben KW - Probabilistik KW - Brücke KW - Monte-Carlo Simulation KW - reliability assessment KW - earthquake KW - probabilistics KW - bridge KW - Monte Carlo simulation Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040205-215 ER - TY - THES A1 - Most, Thomas T1 - Stochastic crack growth simulation in reinforced concrete structures by means of coupled finite element and meshless methods N2 - The complex failure process of concrete structures can not be described in detail by standard engineering design formulas. The numerical analysis of crack development in concrete is essential for several problems. In the last decades a large number of research groups have dealt with this topic and several models and algorithms were developed. However, most of these methods show some difficulties and are limited to special cases. The goal of this study was to develop an automatic algorithm for the efficient simulation of multiple cracking in plain and reinforced concrete structures of medium size. For this purpose meshless methods were used to describe the growth of crack surfaces. Two meshless interpolation schemes were improved for a simple application. The cracking process of concrete has been modeled using a stable criterion for crack growth in combination with an improved cohesive crack model which can represent the failure process under combined crack opening and crack sliding very well. This crack growth algorithm was extended in order to represent the fluctuations of the concrete properties by enlarging the single-parameter random field concept for multiple correlated material parameters. N2 - Das komplexe Versagensverhalten von Betonstrukturen kann in der Regel nicht mit Standardbemessungsformeln beschrieben werden. Eine detaillierte numerische Analyse der Rissentwicklung in Beton ist für einige Problemstellungen unverzichtbar. In den letzten Jahrzehnten haben sich eine Vielzahl von Forschergruppen mit dieser Thematik aus-einandergesetzt. Dabei wurden verschiedene Modelle und Algorithmen entwickelt. Die meisten dieser Verfahren weisen jedoch verschiedene Probleme auf oder sind nur für Spezialfälle anwendbar. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines automatischen Algorithmus zur effizienten Simulation von mehrfacher Rissentwicklung in Beton- und Stahlbetonstrukturen mittlerer Größe. Dabei wurden netzfreie Verfahren angewendet, um die Änderung der Rissoberflächen abzubilden. Zwei netzfreie Interpolationstypen wurden im Hinblick auf eine unkomplizierte Anwendung angepaßt. Der Versagensprozess des Betons wurde mit Hilfe eines stabilen Risskriteriums in Kombination mit einem erwei-terten kohäsiven Rissmodell abgebildet. Dieses erweiterte Modell kann die Zusammenhänge bei kombinierter Rissöffnung und -gleitung sehr gut wiedergeben. Der entwickelte Algorithmus zur Risssimulation wurde in Hinblick auf eine stochastische Modellierung erweitert. Zu diesem Zweck wurde das Zufallsfeldkonzept für die Abbildung mehrerer untereinander korrelierter Materialparameter ergänzt. T2 - Stochastische Rissfortschrittsberechnung in bewehrten Betonstrukturen unter Kopplung der Finiten Elemente Methode mit netzfreien Verfahren KW - Gitterfreie Methode KW - Stochastik KW - Risssimulation KW - Stahlbeton KW - Meshless method KW - stochastic KW - crack simulation KW - reinforced concrete Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20051219-7623 ER - TY - THES A1 - Pham, Hoang Anh T1 - Dynamic system identification based on selective sensitivity N2 - System identification is often associated with the evaluation of damage for existing structures. Usually, dynamic test data are utilized to estimate the parameter values for a given structural model. This requires the solution of an inverse problem. Unfortunately, inverse problems in general are ill-conditioned, particularly with a large number of parameter to be determined. This means that the accuracy of the estimated parameter values is not sufficiently high in order to enable a damage identification. The goal of this study was to develop an experimental procedure which allows to identify the system parameters in substructures with high reliability. For this purpose, the method of selective sensitivity was employed to define special dynamic excitations, namely selectively sensitive excitation. Two different approaches have been introduced, which are the quasi-static approach and the iteratively experimental procedure. The former approach is appropriate for statically determinate structures and excitation frequencies below the structure's fundamental frequency. The latter method, which uses a-priori information about the parameters to be identified to set up an iterative experiment, can be applied to statically indeterminate structures. The viability of the proposed iterative procedure in detection of small changes of structure's stiffness was demonstrated by a simple laboratory experiment. The applicability of the strategy, however, depends largely on experimental capacity. It was also experienced that such a test is associate with expensive cost of equipments and time-consuming work. N2 - Systemidentifikation wird oft als Werkzeug im Zusammenhang mit der Beurteilung von Schädigungen an Strukturen eingesetzt. Oftmals erfolgt eine Abschätzung der Parameter eines vorgegebenen Strukturmodells mittels der in dynamischen Versuchen gemessenen Daten. Dies erfordert die Lösung eines inversen Problems. Insbesondere bei einer großen Anzahl von zu bestimmenden Parametern sind inverse Probleme in der Regel schlecht konditioniert. Dies bedeutet, dass die Präzision der identifizierten Parameterwerte oft nicht ausrei-chend hoch ist, um die ursprünglich gestellte Frage nach einer Schädigungsidentifikation beantworten zu können. Das Ziel dieser Arbeit war, eine experimentelles Verfahren zu entwickeln, das es erlaubt, die Systemparameter in Substrukturen mit hoher Verlässlichkeit zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurde die Methode der selektiven Sensitivität eingesetzt, um spezielle dynamische Anregungen, nämlich selektiv sensitive Anregung zu bestimmen. Zwei verschiedene Ansätze wurden eingeführt, der quasistatische Ansatz und das iterativ experimentelle Verfahren. Der erste Ansatz ist für den Versuch einer statisch bestimmten Struktur mit Anregungsfrequenz unter der Grundfrequenz der Struktur geeignet. Der zweite Ansatz verwendet a-priori Information über die zu identifizierenden Parameter, um einen iterativen Versuch aufzubauen, und kann auch auf statisch unbestimmte Strukturen angewendet werden. Die Realisierbarkeit des vorgesclagten iterativen Verfahrens zur Detektion von kleinen lokalen Steifikeitsänderungen wurde durch einen einfachen Versuch im Labor demonstriert. Die Anwendbarkeit des Vorgehen hängt jedoch größtenteils von experimenteller Kapazität ab. Es wurde auch festgestellt, dass ein solcher Versuch mit einem erheblichen versuchstechnischen Mehraufwand und zeitraubender Arbeit verbunden ist. T2 - Dynamische Systemidentifikation auf der Grundlage selektiver Sensitivität KW - Systemidentifikation KW - Systemidentifikation KW - selektive Sensitivität KW - Bayesische Modelaktualisierung KW - system identification KW - selective sensitivity KW - Bayesian model updating Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20070320-8483 ER - TY - THES A1 - Schorling, York T1 - Beitrag zur Stabilitätsuntersuchung von Strukturen mit räumlich korrelierten geometrischen Imperfektionen N2 - Für geometrisch imperfekte Strukturen wird die Versagenswahrscheinlichkeit bezüglich Stabilitätskriterien bestimmt. Eine probabilistische Beschreibung der geometrischen Imperfektionen erfolgt mit skalaren ortsdiskretisierten Zufallsfeldern. Die Stabilitätsberechnungen werden mit der Finite Elemente Methode durchgeführt. Ausgangspunkt der Berechnung ist eine systematische Formulierung probabilistisch gewichteter Imperfektionsformen durch eine Eigenwertzerlegung der Kovarianzmatrix. Wenn mit einer strukturmechanisch orientierten Sensitivitätsanalyse ein Unterraum zur näherungsweisen Beschreibung des probabilistischen Strukturverhaltens gefunden wird, kann die Versagenswahrscheinlichkeit numerisch sehr effizient durch ein Interaktionsmodell bestimmt werden. Es zeigte sich, daß dies genau dann möglich ist, wenn die Beulform merklich im Imperfektionsfeld enthalten ist. Die Imperfektionsform am Bemessungspunkt entspricht dann, unabhängig vom Lastniveau, gerade der Beulform. Wenn die Beulform im Imperfektionsfeld einen untergeordneten Beitrag liefert, erscheint eine Reduktion des stochastischen Problems auf wenige Zufallsvariablen dagegen nicht möglich. N2 - The thesis presents a concept for reliability analysis of geometrical imperfect structures with respect to static stability criteria. The geometrical imperfections are modeled as Gaussian random fields. The structural analysis is based on the Finite Element Method. A spectral decomposition of the covariance matrix, enables to formulate independent probabilistically weighted imperfections shapes, which may be analyzed by means of structural mechanics. Reliability calculations with procedures such as the response surface method require the reduction of the random variable space. Examples proved that a suitable definition of a subspace of the random variable space is possible, if the buckling shapes are sufficiently included in the random field. In this case the imperfection shape is-independent of the load level-identical to the buckling shape. In contrast if the buckling shapes are not included in the random field, the structure shows a wide banded behavior. Consequently a reduction of the variable space and the application of an interaction models is then not feasible for the determination of the failure probabilty. KW - Tragwerk KW - Formabweichung KW - Stabilität KW - Beulung KW - Zuverlässigkeit KW - Finite-Elemente-Methode KW - Imperfektion KW - Berechnung KW - Stochastik KW - Zufallsfeld Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040216-317 ER - TY - THES A1 - Roos, Dirk T1 - Approximation und Interpolation von Grenzzustandsfunktionen zur Sicherheitsbewertung nichtlinearer Finite-Elemente-Strukturen T1 - Reliability analysis using approximation and interpolation of nonlinear finite element limit state functions N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Berechnung der Sicherheit von Strukturen mit sowohl geometrisch als auch physikalisch nichtlinearem Verhalten. Die Berechnung der Versagenswahrscheinlichkeit einer Struktur mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationsmethoden erfordert, dass die Funktion der Strukturantwort implizit berechnet wird, zum Beispiel durch nichtlineare Strukturanalysen für jede Realisation der Zufallsvariablen. Die Strukturanalysen bilden jedoch den Hauptanteil am Berechnungsaufwand der Zuverlässigkeitsanalyse, so dass die Analyse von realistischen Strukturen mit nichtlinearem Verhalten durch die begrenzten Computer-Ressourcen stark eingeschränkt ist. Die klassischen Antwortflächenverfahren approximieren die Funktion der Strukturantwort oder aber die Grenzzustandsfunktion durch Polynome niedriger Ordnung. Dadurch ist für die Auswertung des Versagens-Kriteriums nur noch von Interesse, ob eine Realisation der Basisvariablen innerhalb oder außerhalb des von der Antwortflächenfunktion gebildeten Raumes liegt - die Strukturanalyse kann dann entfallen. Bei stark nichtlinearen Grenzzustandsfunktionen versagt die polynomiale Approximation. Das directional sampling neigt bei Problemen mit vielen Zufallsvariablen zu einem systematischen Fehler. Das adaptive importance directional sampling dagegen beseitigt diesen Fehler, verschenkt jedoch Informationen über den Verlauf der Grenzzustandsfunktion, da die aufgefundenen Stützstellen aus den vorangegangenen Simulationsläufen nicht berücksichtigt werden können. Aus diesem Grund erscheint eine Kombination beider Simulationsverfahren und eine Interpolation mittels einer Antwortfläche geeignet, diese Probleme zu lösen. Dies war die Motivation für die Entwicklung eines Verfahren der adaptiven Simulation der Einheitsvektoren und anschließender Interpolation der Grenzzustandsfunktion durch eine Antwortflächenfunktion. Dieses Vorgehen stellt besondere Anforderungen an die Antwortflächenfunktion. Diese muss flexibel genug sein, um stark nichtlineare Grenzzustandsfunktionen beliebig genau annähern zu können. Außerdem sollte die Anzahl der verarbeitbaren Stützstellen nicht begrenzt sein. Auch ist zu berücksichtigen, dass die Ermittlung der Stützstellen auf der Grenzzustandsfunktion nicht regelmäßig erfolgt. Die in dieser Arbeit entwickelten Methoden der lokalen Interpolation der Grenzzustandsfunktion durch Normalen-Hyperebenen bzw. sekantialen Hyperebenen und der sowohl lokalen als auch globalen Interpolation durch gewichtete Radien erfüllen diese Anforderungen. ungen. dieser Arbeit entwickelten Methoden der lokalen Interpolation der Grenzzustandsfunktion durch Normalen-Hyperebenen bzw. sekantialen Hyperebenen und der sowohl lokalen als auch globalen Interpolation durch gewichtete Radien erfüllen diese Anforderungen. N2 - The objective is the analysis of the structural reliability of nonlinear finite element systems. Normally, the limit state of a structural system is described implicitly, e.g. through an algorithmic procedure within finite element analysis. Alternatively, the original limit state function can be approximated by a response surface function. One of the major advantages of the response surface method lies in its potential to selectively determine the number of structural analyses of the support points. By such means the computational effort can be substantially reduced. On the other hand, the global approximation schemes widely used in the application of the response surface method can be quite misleading due to the lack of information in certain regions of the random variable space. It is therefore required to avoid such undesirable interpolation errors at reasonable computational effort. The polynomial approximations are not quite flexible. They always need a predefined number of limit state check points in unimportant directions in order to avoid any approximation problems. On this account the maximum number of limit state check points is limited, too. The study presents an approach to polyhedral and weighted modeling of convex and concave failure surfaces intended to provide reasonably accurate estimates of failure probabilities while maintaining computational efficiency. In particular, these response surfaces can be adaptively refined to consistently increase the accuracy of the estimated failure probability. This is achieved by a combination of random search strategies (based on the adaptive directional sampling approach) as well as deterministic search refinement together with local and global interpolation schemes. The main advantage of these methods is their flexibility for the approximation of highly nonlinear limit state functions. In this sense, the proposed methods are very robust and efficient. KW - Tragwerk KW - Nichtlineares System KW - Tragfähigkeit KW - Mechanisches Versagen KW - Zuverlässigkeitstheorie KW - Finite-Elemente-Methode KW - Sicherheit KW - Antwortflächenverfahren KW - structural reliability KW - response surface method KW - finite elements Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040311-745 ER -