TY - THES A1 - Heidenreich, Christian T1 - Adaptivität von freigeformten Flächentragwerken - Möglichkeiten zur Steigerung der Effizienz von Faserverbundstrukturen im Bauwesen N2 - Die vorliegende Arbeit fokussiert die Optimierung freigeformter adaptiver Faserverbundflächentragwerke auf Basis einer entwickelten und auf einem parametrischen Gesamtmodell basierenden Entwurfsmethode. Die Übertragung adaptiver, natürlich inspirierter Vorgänge stellt eine weitreichende Inspirationsquelle dar. Adaptive Tragwerke können unter Anwendung von Smart Materials als materialsparende, filigrane Tragwerke ausgeführt werden. Die Erfüllung der Grenzzustände der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit wird nicht allein über die Querschnittsabmessungen sichergestellt. Die notwendige Bauteilsteifigkeit kann vielmehr durch Eintragung von Aktivierungsenergie (Operational Energy) realisiert werden. Auf diese Weise kann die aufgrund der Bauteilabmessungen gebundene Energie (Embodied Energy) minimiert werden. Die entwickelte Entwurfsmethode ermöglicht die Auslegung und Optimierung materialminimierter Schalentragwerke in einem mehrstufigen Prozess. Hierbei wird aus tragwerksplanerischer Sicht die numerische Formfindung, die statische Berechnung und die Aktor- und Sensorpositionierung berechnet. Zudem werden Analysen hinsichtlich der Nachhaltigkeit auf Basis einer Lebenszyklusanalyse durchgeführt. Aufgrund der unterschiedlichen, sich aber gegenseitig beeinflussenden Kriterien, ist eine Optimierung durchzuführen. In der vorliegenden Arbeit wird ein Ansatz zur Definition zulässiger Ökobilanzkennwerte von Smart Materials auf Basis der Energiedifferenz zwischen einer passiven und einer adaptiven Struktur vorgestellt. Anhand dieser Kennwerte kann die Entwicklung zukünftiger Smart Materials unter dem Aspekt der ganzheitlichen Nachhaltigkeit erfolgen. Die Allgemeingültigkeit und Übertragbarkeit der Entwurfsmethode auf weitere Tragsysteme im Bauwesen und speziell anderer Materialkonstellationen wird anhand verschiedener Beispiele aufgezeigt. T3 - bauhaus.ifex research series - 2 KW - Entwurf KW - Formoptimierung KW - Form optimization KW - Parametrische Optimierung KW - Nachhaltigkeit KW - Schale KW - Adaptivität KW - Faserverbundschalentragwerk KW - adaptivity KW - fiber-reinforced shell structures KW - parametric design KW - parametric optimization KW - sustainability Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160314-25512 ER - TY - THES A1 - Lehmkuhl, Hansjörg T1 - Zur praktischen Anwendung numerischer Analysemethoden für Stabilitätsprobleme T1 - The application of numerical methods to stability problems in practice N2 - In der täglichen Ingenieurpraxis werden in zunehmenden Maße numerische Analysen im Rahmen der Finite-Elemente-Methode auch zur Untersuchung stabilitätsgefährdeter Strukturen eingesetzt. Für die aktuelle Praxis, insbesondere im konstruktiven Stahlbau, ist jedoch festzustellen, dass zwischen der fortgeschrittenen Theorie und dem Niveau der praktischen Anwendung numerischer Stabilitätsanalysen eine große Kluft besteht. Aus praktischer Sicht erscheint es unumgänglich, die weiter wachsende Diskrepanz zwischen den umfangreichen theoretischen Möglichkeiten und der gegenwärtigen Praxis abzubauen. Damit steht der praktisch tätige Ingenieur vor der Aufgabe, sein Wissen auf dem Gebiet numerischer Stabilitätsanalysen zu vertiefen und bereits vorhandene FE-Programme um Berechnungsalgorithmen für umfassende numerische Stabilitätsanalysen zu erweitern. Dafür werden in der Arbeit die Grundlagen einer FEM- orientierten modernen Stabilitätstheorie einheitlich und aus Sicht einer praktischen Anwendung aufbereitet. Die Darstellung von realisierten programmtechnischen Umsetzungen für erweiterte Analysenmethoden wie Nachbeulanalysen, Pfadwechsel und Approximationen imperfekter Pfade ermöglicht eine Erweiterung des Methodenvorrates. Die innerhalb der Arbeit untersuchten Beispiele zeigen, dass durch die Anwendung der behandelten Verfahren das Tragverhalten einer stabilitätsgefährdeten Struktur wesentlich besser eingeschätzt werden kann als bei Beschränkung auf die herkömmlichen Analysemethoden. N2 - The daily engineering practice is characterized by an increasing use of numerical analyses also for structures influenced by stability problems. However it must be noticed that in practice, especially in steel construction, exists a large gap between the advanced stability theory and the level of practical applications of numerical stability analyses. From a practical point of view it seems be absolutely necessary to break up the continual growing discrepancy between comprehensive theoretical possibilities and current practice. Therefore practical engineers have to deepen their knowledge on the field of numerical stability analyses and have to expand existing finite element programs with special algorithms. For this purpose basics of a finite element orientated modern stability theory are presented from the view of practical application. Furthermore steps are shown for programming special methods like post-buckling analyses, path switching and approximations for load-deformation pathes including imperfections. The importance of the additional methods for a better understanding of the structures stability behaviour clearly comes out by the presentation of different examples of practical relevance. KW - Nichtlineare Stabilitätstheorie KW - Finite-Elemente-Methode KW - Stabilität KW - Stahlbau KW - Imperfektion KW - Nachbeulverhalten KW - Schale KW - Non-linear buckling KW - Finite Element Method KW - stability theory KW - post-buckling analysis KW - koiter approximation Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20051013-7102 ER - TY - CHAP A1 - Gurtovy, O. G. A1 - Piskunov, V. G. T1 - HIGH-PRECISION MODELING AND FINITE-ELEMENT INVESTIGATION OF ELASTOPLASTIC DEFORMATION OF NON-ISOTROPIC THICK SANDWICH PLATES AND SHELLS N2 - There was suggested a phenomenological modified quadratic condition of the beginning of plasticity for plastic and quasifragile orthotropic materials. Limiting surface in the shape of a paraboloid with an axis bend over hydrostatic axis corresponds to the condition. The equations of theory of current with the isotropic and anisotropic hardenings, associated with the suggested yield condition, modified into the version of determining equations of strain theory of plasticity are received. These defining equations formed the basis of highlyprecise non-classic continual (along thickness) theory of non-linear deformation of thick sandwich plates and sloping shells. In the approximations along the cross coordinate the specificity of flexural and non-flexural deformations is taken into account. The necessity of introducing the approximations of higher order, as well as accounting for the cross compression while decreasing of the relatively cross normal and shear layer rigidness is shown. The specifications, obtained in comparison with the known physically nonlinear specified model of the bending of plates with orthotropic layers are distinguished. An effective procedure of linearization of the solving equations and getting the solutions in frames of the discrete-continual scheme of the finite-element method is suggested. The approximations of higher order let to model the appearance of the cracs of layers being split by the introducing of slightly hard thin layers into the finite element, not violating the idea of continuality of theory. Calculation of a threelayer plate with rigid face diaphragms on the contour is considered KW - Platte KW - Schale KW - Sandwichbauteil KW - Elastoplastizität KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-5848 ER - TY - CHAP A1 - Christov, Christo T. A1 - Petrova, Lyllia B. T1 - COMPARISON OF SOME VARIANTS OF THE FINITE STRIP METHOD FOR ANALYSIS OF COMPLEX SHELL STRUCTURES N2 - The subject of this paper is to explore and evaluate the semi-analytical, analytical and numerical versions of the finite strip method (FSM) for static, dynamic and stability analyses of complex thin-walled structures. Many of bridge superstructures, some roof and floor structures, reservoirs, channels, tunnels, subways, layered shells and plates etc. can be analysed by this method. In both semi-analytical and analytical variants beam eigenvalue vibration or stability functions, orthogonal polynomials, products of these functions are used as longitudinal functions of the unknowns. In the numerical FSM spline longitudinal displacement functions are implemented. In the semi-analytical and numerical FSM conventional transverse shape functions for displacements are used. In the analytical FSM the accurate function of the strip normal displacement and the plane stress function are applied. These three basic variants of the FSM are compared in quality and quantity in view to the following: basic ideas, modelling, unknowns, DOF, a kind and order of the strips, longitudinal and transverse displacement and stress functions, compatibility requirements, boundary conditions, ways for obtaining of the strip stiffness and load matrices, a kind and size of the structure stiffness matrix and its band width, mesh density, necessary number of terms in length, accuracy and convergence of the stresses and displacements, approaches for refining results, input and output data, computer resources used, application area, closeness to other methods, options for future development. Numerical example is presented. Advantages and shortcomings are pointed. Conclusions are given. KW - Schale KW - Finite-Streifen-Methode KW - Variantenvergleich Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-5760 ER - TY - CHAP A1 - Tzanev, D. T1 - Entwurf eines objektorientierten Modells zur Analyse von Schalentragwerken N2 - In der vorliegenden Arbeit werden dickwandige Schalentragwerke unter statischen Belastungen betrachtet. Die Schale besteht aus verschiedenen Zonen und in jeder Zone wird die Schalenmittelflaeche mittels eines eigenen Geometriegleichungssystems definiert. Das Verzerrungsfeld hat allen 6 unabhaengigen Komponenten unter der Annahme, dass die Querschnittsfasern, die normal zu der Mittelflaeche der unbelasteten Schale sind, geradelinig bleiben. Ein dreidimensionales isoparametrisches finites Element wird vorgeschlagen. Die Berechnung wird mit der Hilfe der Makroelemententechnik durchgefuehrt. In der Arbeit werden die wesentliche Parameter der Schalengeometrie, sowie auch entsprechendes Anteil von Klassen des konstruktiven Modells, definiert. Ein konstruktives Informationsmodell und ein FEM-Informationsmodell, werden entwickelt. Die Informationsverbindungen zwischen den beiden Modellen werden definiert. Diese objektorientierten Modelle werden in Programmiersprache Microsoft Visual C++ v.4.0 unter Windows 95 implementiert. Als numerisches Beispiel wird ein Bogenmauertragwerk betrachtet. KW - Bogenstaumauer KW - Schale KW - Dickwandiges Bauelement KW - Dreidimensionales Modell KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-4397 ER - TY - CHAP A1 - Kirichuk, A. A1 - Köppler, H. T1 - Numerical Algorithms and Computer Modeling for nonlinear Analysis of Shell Structures N2 - The dynamic behaviour of shells, which are widely used in construction and mechanical engineering as critical components of machinery and 3-D structures, under static and dynamic loadings is described by system of deep nonlinear differential equations. Solution of these equations can be received with assistance of technique basing on a modern numerical algorithms and computer modeling.. The system of nonlinear differential equations of vibration of the shells is proposed taking into account the inertia forces in the tangential and normal directions. Its solution is based on combination of parameter prolongation method, finite-difference method and the Newton-Kantorovich iterative algorithm that allows plotting the loading trajectories and determination of bifurcation points on them. Package of Applied Programs >SEVSOR< is a computation means to be used in research of deformation, stability and vibration in thin axically-symmetric shells of complicated shape Input data include information on shell geometry, physical and mechanical properties, bearing conditions, types of loadings and load application. Frame output of motion forms in real time or either in decelerated or accelerated time scales for creating cartoons or video films is used for analysis of the compound dynamic processes in shell-type structures. KW - Schale KW - Nichtlineares Phänomen KW - Modellierung KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-4382 ER - TY - CHAP A1 - Köppler, H. A1 - Roos, Dirk A1 - Burkhardt, Gerhard T1 - Zur Berechnung vielschichtiger Schalen mit orthotropen Schichten N2 - Wirklichkeitsnahe Erfassung und Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens von Strukturen baulicher Anlagen hat in den letzten Jahrzehnten ständig an Bedeutung gewonnen. Konstruktionen im Hoch- und Industriebau werden zunehmend multifunktional genutzt - die >Grenzen< zwischen Bauwerk und Tragwerk, zwischen Hüll- und Tragkonstruktion lösen sich auf. Werden raumabschließende Elemente (Wände, Decken, Dächer) gleichzeitig als Tragelemente und wärme- und schalldämmende Konstruktionen ausgeführt, so entstehen beispielsweise Sandwichplatten, deren Schichten sehr stark differierende Materialeigenschaften aufweisen. Beim Aufbau des FEM-Modells für vielschichtige Schalen können die Formänderungshypothesen für jede Schicht einzeln als auch für die Schale insgesamt gegeben werden. Im ersten Fall ist der Knotenfreiheitsgrad von der Schichtenzahl abhängig, im zweiten Fall nicht. Im weiteren wird eine Formänderungshypothese für das Schichtenpaket angenommen. Ausgegangen wird von den Gleichungen der 3D-Elastizitätstheorie. Die Berücksichtigung der Querkraftschubverformungen ergibt die Möglichkeit einer adäquaten Beschreibung der Verformungen sowohl dünner Schalen als auch von Schalen mittlerer Dicke; die Berechnung der Krümmungen und der LAMEschen Parameter der Bezugsfläche zu umgehen, was für komplizierte Schalenformen eine selbständige Aufgabe ist; eines natürlichen Übergangs von homogenen zu geschichteten Schalen. Das vielschichtige isoparametrische Schalen-FE wird vorgestellt, seine Implementierung in das in Entwicklung befindliche Programmsystem SLANG wird vorbereitet. KW - Schale KW - Sandwichbauweise KW - Orthotropes Bauteil KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-4379 ER - TY - CHAP A1 - Montag, U. T1 - A New Efficient Concept for Elasto-plastic Simulations of Shell Responses N2 - For the analysis of arbitrary, by Finite Elements discretized shell structures, an efficient numerical simulation strategy with quadratic convergence including geometrically and physically nonlinear effects will be presented. In the beginning, a Finite-Rotation shell theory allowing constant shear deformations across the shell thickness is given in an isoparametric formulation. The assumed-strain concept enables the derivation of a locking-free finite element. The Layered Approach will be applied to ensure a sufficiently precise prediction of the propagation of plastic zones even throughout the shell thickness. The Riks-Wempner-Wessels global iteration scheme will be enhanced by a Line-Search procedure to ensure the tracing of nonlinear deformation paths with rather great load steps even in the post-peak range. The elastic-plastic material model includes isotropic hardening. A new Operator-Split return algorithm ensures considerably exact solution of the initial-value problem even for greater load steps. The combination with consistently linearized constitutive equations ensures quadratic convergence in a close neighbourhood to the exact solution. Finally, several examples will demonstrate accuracy and numerical efficiency of the developed algorithm. KW - Schale KW - Elastoplastizität KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-4364 ER - TY - CHAP A1 - Christov, Christo T. A1 - Petrova, Lyllia B. T1 - Computer-Aided Static Analysis of Complex Prismatic Orthotropic Shell Structures by the Analytical Finite Strip Method N2 - The paper describes a development of the analytical finite strip method (FSM) in displacements for linear elastic static analysis of simply supported at their transverse ends complex orthotropic prismatic shell structures with arbitrary open or closed deformable contour of the cross-section under general external loads. A number of bridge top structures, some roof structures and others are related to the studied class. By longitudinal sections the prismatic thin-walled structure is discretized to a limited number of plane straight strips which are connected continuously at their longitudinal ends to linear joints. As basic unknowns are assumed the three displacements of points from the joint lines and the rotation to these lines. In longitudinal direction of the strips the unknown quantities and external loads are presented by single Fourier series. In transverse direction of each strips the unknown values are expressed by hyperbolic functions presenting an exact solution of the corresponding differential equations of the plane straight strip. The basic equations and relations for the membrane state, for the bending state and for the total state of the finite strip are obtained. The rigidity matrix of the strip in the local and global co-ordinate systems is derived. The basic relations of the structure are given and the general stages of the analytical FSM are traced. For long structures FSM is more efficient than the classic finite element method (FEM), since the problem dimension is reduced by one and the number of unknowns decreases. In comparison with the semi-analytical FSM, the analytical FSM leads to a practically precise solution, especially for wider strips, and provides compatibility of the displacements and internal forces along the longitudinal linear joints. KW - Tragwerk KW - Schale KW - Orthotropes Bauteil KW - CAD KW - Finite-Streifen Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-4358 ER - TY - CHAP A1 - Abramian, A. K. T1 - Superelliptic Shells as new constructive Forms N2 - In the superelliptic shell joined to a circular cylinder bending stresses are absent when it is subjected to uniform pressure.Some geometrical characteristics have been found. Expressions for determining stresses in the shell crest(in the singular point of plane type) are suggested. The problem of a theoretical critical buckling load of an elongated shell supported by frames is studied. A critical buckling load for two shells with different specifications was found experimentally. KW - Schale KW - Ellipsoid KW - Beulung Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-4347 ER - TY - CHAP A1 - Tonn, Christian A1 - Wolkowicz, Christian A1 - Thurow, Torsten T1 - Plausibility in Architectural Design - DOMEdesign – Software Support for the formal shaping and architect-oriented design of shell structures N2 - Complex gridshell structures used in architecturally ambitious constructions remain as appealing as ever in the public realm. This paper describes the theory and approach behind the software realisation of a tool which helps in finding the affine self-weight geometry of gridshell structures. The software tool DOMEdesign supports the formal design process of lattice and grid shell structures based upon the laws of physics. The computer-aided simulation of suspension models is used to derive structurally favourable forms for domes and arches subject to compression load, based upon the input of simple architectonic parameters. Irregular plans, three-dimensional topography, a choice different kinds of shell lattice structures and the desired height of the dome are examples of design parameters which can be used to modify the architectural design. The provision of data export formats for structural dimensioning and visualisation software enables engineers and planners to use the data in future planning and to communicate the design to the client. KW - Architektur KW - Verteiltes System KW - Schale Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-1812 ER -