TY - THES A1 - Arnold, Daniel T1 - Implementierung eines vierknotigen Schalenelementes für geometrisch und physikalisch nichtlineare Berechnungen in das Programmsystem SLang T1 - Implementation of a 4noded shell finite element with assumed-natural-strain for geometrical and physical nonlinear calculations N2 - Die Finite-Elemente-Methode entwickelte sich in den letzten beiden Jahrzehnten zu einem wichtigen und mächtigen Werkzeug für Berechnungen im Ingenieurwesen. Waren zu Beginn dieser Entwicklung nur kleine Probleme lösbar, sind mit der heutigen Rechentechnik Systeme mit vielen Tausend Freiheitsgraden berechenbar. Durch diese Entwicklung werden Berechnungen von sehr komplizierten Strukturen möglich. Besonders in der Automobilindustrie kann mit einem solchen Verfahren die Konstruktion von Strukturen verbessert und optimiert werden. Um gute Ergebnisse bei den Berechnungen erzielen zu können müssen Programme entwickelt werden, die entsprechende mathematische Methoden enthalten. Besonders im Maschinenbau, aber auch in anderen Ingenieurbereichen wie dem Bauwesen, werden häufig gekrümmte dünne Schalenstrukturen untersucht. Eine effiziente und logische Konsequenz daraus ist die Nutzung von Schalenelementen innerhalb der FE-Berechnungen. Wird nun noch Wert auf eine realitätsnahe Modellierung gelegt, dann lässt es sich oft nicht vermeiden von der im Bauwesen üblichen Theorie erster Ordnung in eine nichtlineare Berechnungstheorie zu wechseln. Hierfür sind Methoden notwendig, die es vermögen diese Theorie abzubilden. Sollen Schalenstrukturen mit großen Verschiebungen betrachtet werden, ist es notwendig, die linearen Elementformulierungen um die nichtlinearen Ansätze der Strukturmechanik zu erweitern. Die Grundlage dieser Formulierung stellt oft die Lagrange'sche Betrachtungsweise dar, die Berechnungen an Strukturen mit großen Verformungen zulässt. Die Inhalte dieser Formulierung werden in Abschnitt 1.5 dieser Arbeit betrachtet. Räumlich veränderlichen Strukturen, also solche mit großen Verformungen, sind im Allgemeinen mit großen Rotationen verknüpft. Diese Rotationen werden bei Volumenelementen durch die unterschiedliche Verschiebung zweier benachbarter Elementknoten realisiert. Bei der Formulierung von dünnen Schalenelementen wird hingegen die Struktur als gekrümmte Raumfläche betrachtet. Da in Dickenrichtung nur ein Elementknoten zur Verfügung steht, muss die Rotation über eine andere Formulierung in die Berechnung einfließen. Ansätze zu allgemeinen großen Rotationen werden im Kapitel 2 betrachtet und für den Einsatz in einer Elementformulierung vorbereitet. Für die beschriebenen Schalenstrukturen werden häufig vierknotige Elemente genutzt, da mit ihnen Strukturen in einfacher Weise abgebildet werden können. Ein weiterer Vorteil besteht in der sich ergebenden geringen Bandbreite der Elementmatrizen. Diese Elementgruppe besitzt jedoch bei der klassischen isoparametrischen Formulierung einen großen Nachteil, der in der Erzeugung von parasitären Steifigkeitsanteilen besteht. Um dieses Sperrverhalten, was auch als 'Locking' bekannt ist, zu minimieren wurden in der Vergangenheit verschiedene Ansätze entwickelt. Ein sehr effizienter Ansatz zur Minimierung des Transversalschublockings bei bilinearen Schalenelementen stellt das Verfahren der veränderten Verzerrungsverläufe auf Elementebene dar. Dieses Verfahren wird vielfach in der Literatur aufgegriffen und als 'Assumed-Natural-Strain'-Ansatz oder als 'Mixed Interpolation of Tensorial Components' bezeichnet. Dieses Verfahren wird im Abschnitt 1.6 vorgestellt. Das Programmsystem SLang ermöglicht eine Berechnung von Strukturen mittels der Finite-Elemente-Methode. Um mit diesem Programm auch nichtlineare Probleme an Schalentragwerken berechnen zu können, wird im Rahmen dieser Diplomarbeit ein vierknotiges nichtlineares Schalenelement implementiert, das die genannten Ansätze für große Verformungen und finite Rotationen enthält. Für die Vermeidung von Transversalschublocking wird ein ANS-Ansatz in die Formulierung integriert. Das Kapitel 3 beschreibt die Formulierung dieses SHELL4N-Elementes. Dort werden die Elementmatrizen und deren Aufbau ausführlich dargestellt. Einige numerische Berechnungsbeispiele mit diesem neuen Element werden zur Evaluierung im Kapitel 4 dieser Arbeit dargestellt. KW - Schalenelement KW - FEM KW - anti-locking KW - große Rotationen KW - nichtlinear KW - isoparametrisch KW - assumed-natural-strain KW - ans KW - nonlinear calculation KW - finite element method KW - shell Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-7315 N1 - Der Volltext-Zugang wurde im Zusammenhang mit der Klärung urheberrechtlicher Fragen mit sofortiger Wirkung gesperrt. ER - TY - THES A1 - Nasser, Mourad T1 - Quality Assessment of Dynamic Soil-Structure Interaction Models Using Energy Measures N2 - In this research work, an energy approach is employed for assessing quality in dynamic soil-structure interaction (SSI) models, and energy measures are introduced and investigated as general indicators of structural response. Dynamic SSI models with various abstraction levels are then investigated according to different coupling scenarios for soil and structure models. The hypothesis of increasing model uncertainty with decreasing complexity is investigated and a mathematical framework is provided for the treatment of model uncertainty. This framework is applied to a case study involving alternative models for incorporating dynamic SSI effects. In the evaluation process, energy measures are used within the framework of the \textit{adjustment factor} approach in order to quantitatively assess the uncertainty associated with SSI models. Two primary types of uncertainty are considered, namely the uncertainty in the model framework and the uncertainty in the model input parameters. Investigations on model framework uncertainty show that the more complex three-dimensional FE model has the best quality of the models investigated, whereas the Wolf SSI model produces the lowest model uncertainty of the simpler models. The fixed-base model produces the highest estimated uncertainty and accordingly the worst quality of all models investigated. These results confirm the hypothesis of increasing model uncertainty with decreasing complexity only when the assessment is based on the ratio of structural hysteretic energy to input energy as a response indicator. T3 - Schriftenreihe des DFG Graduiertenkollegs 1462 Modellqualitäten // Graduiertenkolleg Modellqualitäten - 8 KW - soil-structure interaction KW - model assessment KW - structural energy KW - Boden-Bauwerk-Wechselwirkung Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20130220-18542 SN - 978-3-86068-494-8 PB - Verlag der Bauhaus-Universität CY - Weimar 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 - Marwitz, Simon Jakob T1 - Untersuchungen zur optimalen Sensorpositionierung bei der experimentellen Modalanalyse N2 - Experimentelle Untersuchung eines Verfahrens zur optimalen Positionierung von Referenzsensoren bei der experimentellen Modalanalyse mit output-only Methoden nach Brehm (2011). Untersuchung des Einflusses der Referenzsensorpositionierung, -anzahl und der Positionierung der wandernden Sensoren unter Anwendung des Stochastic-Subspace-Verfahrens zur Auswertung der output-only Messdaten. KW - Modalanalyse KW - experimentelle Modalanalyse KW - 50.32 KW - Positionierung KW - Vibrationssensor KW - Referenz KW - Referenzsensoren KW - output-only KW - stochastic subspace Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20120128-15311 ER - 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 -