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 - Schutte, Gerrit T1 - Zur Ermittlung von Spannungen am Rand eines elastischen Kontinuums N2 - Für den Entwurf von Ingenieurbauten ist eine zuverlässige Prognose über den Spannungsverlauf im Bauwerk und auf dessen Rand von großer Bedeutung. Eine geschlossene Lösung der elastischen Bestimmungsgleichungen des Bauwerks ist in der Regel nicht verfügbar. Es wird daher unter Verwendung der Methode der gewichteten Reste eine schwache Form der Gleichungen abgeleitet, die zu einem gemischten Arbeitsprinzip führt. Das zugehörige Finite-Elemente-Modell erlaubt es Spannungen am Rand des Bauwerks zu ermitteln, die im Gleichgewicht zu den angreifenden Lasten stehen. KW - Kontinuum KW - Elastizitätstheorie KW - Randspannung KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-6135 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 - JOUR A1 - Kaapke, Kai A1 - Milbradt, Peter T1 - Voronoi-based finite volume method for transport problems N2 - Transport problems, as, for instance, the transport of sediment in hydraulic engineering and the transport of harmful substances through porous media, play an important role in many fields of civil engineering. Other examples include the dissipation of heat or sound as well as the simulation of traffic with macroscopic models. The contribution explains the analysis of the applicability of Voronoi-based finite volume methods for the approximation of solutions of transport problems. A special concern is the discretisation of the transport equation. Current limitations of the method as well as ideas for stabilisation are explained with examples. KW - Finite-Elemente-Methode KW - Physikalisches Verfahren KW - Transport Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-2558 ER - TY - JOUR A1 - Ganev, T. A1 - Marinov, M. T1 - Towards Optimal Designing of thin elastic Plates with a specific free Oscillations Frequency N2 - Thin elastic plates are the basic constructional elements and are very often subjected to dynamic effects especially in the machine-building structures. Their saving design of resonance conditions of operation is an extremely complicated task which cannot be solved analytically. In the present report an efficient and sufficiently general method for optimal design of thin plates is worked out on the basis of energy resonance method of Wilder, the method of the finite elements for dynamic research and the methods of parameter optimization. By means of these methods various limitations and requirements put by the designer to the plates can be taken into account. A programme module for numerical investigation of the weight variation of the plate depending on the taken variable of the designed thickness at different supporting conditions is developed. The reasons for the considerable quantity and quality difference between the obtained optimal designs are also analysed. KW - Platte KW - Optimierung KW - Freie Schwingung KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-5375 ER - TY - CHAP A1 - Bernstein, Swanhild A1 - Richter, Matthias T1 - The Use of Genetic Algorithms in Finite Element Model Identification N2 - A realistic and reliable model is an important precondition for the simulation of revitalization tasks and the estimation of system properties of existing buildings. Thereby, the main focus lies on the parameter identification, the optimization strategies and the preparation of experiments. As usual structures are modeled by the finite element method. This as well as other techniques are based on idealizations and empiric material properties. Within one theory the parameters of the model should be approximated by gradually performed experiments and their analysis. This approximation method is performed by solving an optimization problem, which is usually non-convex, of high dimension and possesses a non-differentiable objective function. Therefore we use an optimization procedure based on genetic algorithms which was implemented by using the program package SLang... KW - Finite-Elemente-Methode KW - Genetischer Algorithmus Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-2769 ER - TY - JOUR A1 - Tolok, V. A. A1 - Tolok, A. V. A1 - Gomenyuk, S. I. T1 - The instrumental System of Mechanics Problems Analysis of the deformed Solid Body N2 - In the abstract proposed is the Instrumental System of mechanics problems analysis of the deformed solid body. It supplies the researcher with the possibility to describe the input data on the object under analyses and the problem scheme based upon the variational principles within one task. The particular feature of System is possibility to describe the information concerning the object of any geometrical shape and the computation sheme according to the program defined for purpose. The Methods allow to compute the tasks with indefinite functional and indefinite geometry of the object (or the set of objects). The System provides the possibility to compute the tasks with indefinite sheme based upon the Finite Element Method (FEM). The restrictions of the System usage are therefore determined by the restrictions of the FEM itself. It contrast to other known programms using FEM (ANSYS, LS-DYNA and etc) described system possesses more universality in defining input data and choosing computational scheme. Builtin is an original Subsytem of Numerical Result Analuses. It possesses the possibility to visualise all numerical results, build the epures of the unknown variables, etc. The Subsystem is approved while solving two- and three-dimensional problems of Elasticiti and Plasticity, under the conditions of Geometrical Unlinearity. Discused are Contact Problems of Statics and Dynamics. KW - Festkörpermechanik KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-5361 ER - TY - JOUR A1 - Ke, Chen A1 - Jian Ming, Lu T1 - Study of Analysis System for Bridge Test N2 - Analysis System for Bridge Test (Chinese name abbr.: QLJC) is an application software specially designed for bridge test to analyze the static and dynamic character of bridge structures, calculate efficiency ratio of load test, pick up the results of observation points and so on. In this paper, research content, system design, calculation theory, characteristics and practical application of QLJC is introduced in detail. KW - Finite-Elemente-Methode KW - Physikalisches Verfahren KW - Brückenbau KW - Straßenbrücke Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-2547 ER - TY - THES A1 - Ghasemi, Hamid T1 - Stochastic optimization of fiber reinforced composites considering uncertainties N2 - Briefly, the two basic questions that this research is supposed to answer are: 1. Howmuch fiber is needed and how fibers should be distributed through a fiber reinforced composite (FRC) structure in order to obtain the optimal and reliable structural response? 2. How do uncertainties influence the optimization results and reliability of the structure? Giving answer to the above questions a double stage sequential optimization algorithm for finding the optimal content of short fiber reinforcements and their distribution in the composite structure, considering uncertain design parameters, is presented. In the first stage, the optimal amount of short fibers in a FRC structure with uniformly distributed fibers is conducted in the framework of a Reliability Based Design Optimization (RBDO) problem. Presented model considers material, structural and modeling uncertainties. In the second stage, the fiber distribution optimization (with the aim to further increase in structural reliability) is performed by defining a fiber distribution function through a Non-Uniform Rational BSpline (NURBS) surface. The advantages of using the NURBS surface as a fiber distribution function include: using the same data set for the optimization and analysis; high convergence rate due to the smoothness of the NURBS; mesh independency of the optimal layout; no need for any post processing technique and its non-heuristic nature. The output of stage 1 (the optimal fiber content for homogeneously distributed fibers) is considered as the input of stage 2. The output of stage 2 is the Reliability Index (b ) of the structure with the optimal fiber content and distribution. First order reliability method (in order to approximate the limit state function) as well as different material models including Rule of Mixtures, Mori-Tanaka, energy-based approach and stochastic multi-scales are implemented in different examples. The proposed combined model is able to capture the role of available uncertainties in FRC structures through a computationally efficient algorithm using all sequential, NURBS and sensitivity based techniques. The methodology is successfully implemented for interfacial shear stress optimization in sandwich beams and also for optimization of the internal cooling channels in a ceramic matrix composite. Finally, after some changes and modifications by combining Isogeometric Analysis, level set and point wise density mapping techniques, the computational framework is extended for topology optimization of piezoelectric / flexoelectric materials. T3 - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2016,1 KW - Optimization KW - Fiber Reinforced Composite KW - Finite Element Method KW - Isogeometric Analysis KW - Flexoelectricity KW - Finite-Elemente-Methode KW - Optimierung Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20161117-27042 ER - TY - JOUR A1 - Kraus, Matthias A1 - Crişan, Nicolae-Andrei A1 - Wittor, Björn T1 - Stability Study of Cantilever-Beams – Numerical Analysis and Analytical Calculation (LTB) JF - ce/papers N2 - According to Eurocode, the computation of bending strength for steel cantilever beams is a straightforward process. The approach is based on an Ayrton-Perry formula adaptation of buckling curves for steel members in compression, which involves the computation of an elastic critical buckling load for considering the instability. NCCI documents offer a simplified formula to determine the critical bending moment for cantilevers beams with symmetric cross-section. Besides the NCCI recommendations, other approaches, e.g. research literature or Finite-Element-Analysis, may be employed to determine critical buckling loads. However, in certain cases they render different results. Present paper summarizes and compares the abovementioned analytical and numerical approaches for determining critical loads and it exemplarily analyses corresponding cantilever beam capacities using numerical approaches based on plastic zones theory (GMNIA). KW - Träger KW - Stahl KW - Biegefestigkeit KW - Finite-Elemente-Methode KW - Stahlträger KW - Knicklast KW - Freiträgerkapazität KW - Eurocode Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20220112-45637 UR - https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cepa.1539 VL - 2021 IS - Volume 4, issue 2-4 SP - 2199 EP - 2206 PB - Ernst & Sohn, a Wiley brand CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Milbradt, Peter T1 - Stabilisierte Finite Elemente in der Hydrodynamik N2 - Hydro- und morphodynamischen Prozesse in Binnengewässern und im Küstennahbereich erzeugen hochkomplexe Phänomene. Zur Beurteilung der Entwicklung von Küstenzohnen, von Flussbetten sowie von Eingriffen des Menschen in Form von Schutzbauwerken sind geeignete numerische Modellwerkzeuge notwendig. Es wird ein holistischer Modellansatz zur Approximation gekoppelter Seegangs-, Strömungs- und Morphodynamischer Prozesse auf der Basis stabilisierter Finiter Elemente vorgestellt. Der Großteil der Modellgleichungen der Hydro- und Morphodynamik sind Transportgleichungen. Dem Transportcharakter dieser Gleichungen entsprechend wird ein stabilisiertes Finites Element Verfahren auf Dreiecken vorgestellt. Die vorgestellte Approximation entspricht einem streamline upwinding Petrov-Galerkin-Verfahrens für vektorwertige mehrdimensionale Probleme, bei dem der Fehler eines Standard-Galerkin-Verfahrens mit Hilfe eines Upwinding-Koeffizienten minimiert wird. Die Wahl des Upwinding-Koeffizienten ist übertragbar auf andere Problemklassen und basiert ausschließlich auf dem Charakter der zugrundeliegene Das Modell wurde für Seegangs- und Strömungs-Untersuchungen im Jade-Weser-Ästuar an der deutschen Nordseeküste eingesetzt. KW - Hydrodynamik KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-3327 ER - TY - JOUR A1 - Banihani, Suleiman A1 - Rabczuk, Timon A1 - Almomani, Thakir T1 - POD for real-time simulation of hyperelastic soft biological tissue using the point collocation method of finite spheres JF - Mathematical Problems in Engineering N2 - The point collocation method of finite spheres (PCMFS) is used to model the hyperelastic response of soft biological tissue in real time within the framework of virtual surgery simulation. The proper orthogonal decomposition (POD) model order reduction (MOR) technique was used to achieve reduced-order model of the problem, minimizing computational cost. The PCMFS is a physics-based meshfree numerical technique for real-time simulation of surgical procedures where the approximation functions are applied directly on the strong form of the boundary value problem without the need for integration, increasing computational efficiency. Since computational speed has a significant role in simulation of surgical procedures, the proposed technique was able to model realistic nonlinear behavior of organs in real time. Numerical results are shown to demonstrate the effectiveness of the new methodology through a comparison between full and reduced analyses for several nonlinear problems. It is shown that the proposed technique was able to achieve good agreement with the full model; moreover, the computational and data storage costs were significantly reduced. KW - Chirurgie KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170413-31203 ER - TY - THES A1 - Msekh, Mohammed Abdulrazzak T1 - Phase Field Modeling for Fracture with Applications to Homogeneous and Heterogeneous Materials N2 - The thesis presents an implementation including different applications of a variational-based approach for gradient type standard dissipative solids. Phase field model for brittle fracture is an application of the variational-based framework for gradient type solids. This model allows the prediction of different crack topologies and states. Of significant concern is the application of theoretical and numerical formulation of the phase field modeling into the commercial finite element software Abaqus in 2D and 3D. The fully coupled incremental variational formulation of phase field method is implemented by using the UEL and UMAT subroutines of Abaqus. The phase field method considerably reduces the implementation complexity of fracture problems as it removes the need for numerical tracking of discontinuities in the displacement field that are characteristic of discrete crack methods. This is accomplished by replacing the sharp discontinuities with a scalar damage phase field representing the diffuse crack topology wherein the amount of diffusion is controlled by a regularization parameter. The nonlinear coupled system consisting of the linear momentum equation and a diffusion type equation governing the phase field evolution is solved simultaneously via a Newton- Raphson approach. Post-processing of simulation results to be used as visualization module is performed via an additional UMAT subroutine implemented in the standard Abaqus viewer. In the same context, we propose a simple yet effective algorithm to initiate and propagate cracks in 2D geometries which is independent of both particular constitutive laws and specific element technology and dimension. It consists of a localization limiter in the form of the screened Poisson equation with, optionally, local mesh refinement. A staggered scheme for standard equilibrium and screened Cauchy equations is used. The remeshing part of the algorithm consists of a sequence of mesh subdivision and element erosion steps. Element subdivision is based on edge split operations using a given constitutive quantity (either damage or void fraction). Mesh smoothing makes use of edge contraction as function of a given constitutive quantity such as the principal stress or void fraction. To assess the robustness and accuracy of this algorithm, we use both quasi-brittle benchmarks and ductile tests. Furthermore, we introduce a computational approach regarding mechanical loading in microscale on an inelastically deforming composite material. The nanocomposites material of fully exfoliated clay/epoxy is shaped to predict macroscopic elastic and fracture related material parameters based on their fine–scale features. Two different configurations of polymer nanocomposites material (PNCs) have been studied. These configurations are fully bonded PNCs and PNCs with an interphase zone formation between the matrix and the clay reinforcement. The representative volume element of PNCs specimens with different clay weight contents, different aspect ratios, and different interphase zone thicknesses are generated by adopting Python scripting. Different constitutive models are employed for the matrix, the clay platelets, and the interphase zones. The brittle fracture behavior of the epoxy matrix and the interphase zones material are modeled using the phase field approach, whereas the stiff silicate clay platelets of the composite are designated as a linear elastic material. The comprehensive study investigates the elastic and fracture behavior of PNCs composites, in addition to predict Young’s modulus, tensile strength, fracture toughness, surface energy dissipation, and cracks surface area in the composite for different material parameters, geometry, and interphase zones properties and thicknesses. T2 - Phasenfeldmodellierung für Brüche mit Anwendungen auf homogene und heterogene Materialien KW - Finite-Elemente-Methode KW - Phase field model KW - Fracture KW - Abaqus KW - Finite Element Model Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170615-32291 ER - TY - JOUR A1 - Lämmer, Lutz A1 - Burghardt, Michael A1 - Meißner, Udo F. T1 - Parallele Netzgenerierung N2 - Bei der Berechnung von statischen oder dynamischen Problemen mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente ist eine Diskretisierung des zu berechnenden Gebietes notwendig. Bei einer sinnvollen Modellierung des Gebietes ist die Elementgröße meist nicht konstant, sondern ist an kritischen Stellen kleiner. Die Vorgaben hierfür können einerseits aus Erfahrungen des Anwenders, andererseits aus einer Fehlerabschätzung einer vorangegangenen FE-Berechnung resultieren [5]. Soll die FE-Berechnung auf einem Parallelrechner geschehen, ist eine Partitionierung des Gebietes, d.h. eine Zuordnung der Elemente zu den Prozessoren, notwendig. Bei dem hier beschriebenen Ansatz werden nun im Gegensatz zu den üblichen Verfahren erst die Eingangsdaten für den Netzgenerator umgewandelt und dann das Elementnetz direkt auf dem Parallelrecher gleichzeitig auf allen Prozessoren erzeugt. Eine Aufteilung der Elemente auf die Prozessoren entsteht als Nebenprodukt der Netzaufteilung. Die entstehenden Teilgebietsgrenzen werden geometrisch minimiert. Die Lastbalance der Netzaufteilung sowie der FE-Rechnung wird durch ein annähernd gleiche Anzahl der Elemente je Partition gewährleistet. Als Eingabedaten wird eine Beschreibung des Gebietes durch Polygonzüge, sowie einer Netzdichtefunktion, z.B. durch Punkte mit Angaben über die angestrebte Elementgröße, benötigt. KW - Finite-Elemente-Methode KW - Gittererzeugung Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-5315 ER - TY - CHAP A1 - Baitsch, Matthias A1 - Hartmann, Dietrich T1 - Object Oriented Finite Element Analysis for Structural Optimization using p-Elements N2 - The optimization of continuous structures requires careful attention to discretization errors. Compared to ordinary low order formulation (h-elements) in conjunction with an adaptive mesh refinement in each optimization step, the use of high order finite elements (so called p-elements) has several advantages. However, compared to the h-method a higher order finite element analysis program poses higher demands from a software engineering point of view. In this article the basics of an object oriented higher order finite element system especially tailored to the use in structural optimization is presented. Besides the design of the system, aspects related to the employed implementation language Java are discussed. KW - Konzipieren KW - Bauwerk KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-1089 ER - TY - GEN A1 - Li, Fei T1 - Numerische Untersuchungen zu Temperaturfeldern und Eigenspannungen einer MAG-geschweißten Stumpfnaht an austenitisch-ferritischem Stahl X2CrNiMoN22-5-3 T1 - Numerical analyses for temperature fields and residual stresses on a full seam butt activgas metal arc welding joint of 2205 duplex stainless steel N2 - Auf der Basis der Literaturrecherche wird in dieser Arbeit eine 5-lagige MAG-geschweißte Stumpfnaht an austenitisch-ferritischen Stahl X2CrNiMoN22-5-3 (Duplex-Stahl 1.4462) mit dem FE-Programm „SYSWELD®“ simuliert. Die Berech-nungen der Temperaturfelder werden unter der Berücksichtigung sowohl von tempe-raturunabhängigen als auch temperaturabhängigen thermophysikalischen Material-eigenschaften am drei-dimensionalen und zwei-dimensionalen Modell durchgeführt. Die berechneten Temperatur-Zeit-Verläufe und Gefügeumwandlungen beim MAG-Schweißen der Stumpfnaht werden hinsichtlich der Einflüsse und Veränderun-gen analysiert und die ermittelten Abkühlzeiten t12/8 werden für jede Schweißlage bewertet. Anschließend werden die Berechnungen des Eigenspannungszustandes für einzelne Schweißlagen untersucht. N2 - On the basis of literature research, a finite element numerical simulation is performed on a full seam butt activgas metal arc welding joint of 2205 duplex stainless steel (DSS) with the software “SYSWELD®”. A three-dimensional precise numerical model and a two-dimensional model for heat transfer and phase transformation is established for accurate calculation of temperature distribution and the cooling time t12/8 of every run during welding. The calculations of temperature field are in consid-eration of the temperature-undependent and temperature-dependent thermo-physical material properties. The calculated temperature-time-developing and the phase transformation of joint during welding are analyzed. The cooling time t12/8 of every run is evaluated. Subsequently the welding residual stress field is researched. KW - Duplexstahl KW - Temperaturfeld KW - Eigenspannung KW - MAG-Schweißen KW - Finite-Elemente-Methode KW - Direkte numerische Simulation KW - Gefügeumwandlung KW - Duplex-Stahl KW - thermophysikalische Materialeigenschaften KW - duplex stainless steel KW - numerical simulation KW - thermo-physical material properties KW - phase transformation KW - residual stress Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-7862 ER - TY - CHAP A1 - Schlegel, Roger A1 - Rautenstrauch, Karl T1 - Numerische Simulation von Mauerwerk als Kontinuum N2 - Im vorliegenden Beitrag wird ein in das FE-Programmsystem ANSYS implementiertes elastoplastisches Berechnungsmodell zur nichtlinearen, räumlichen Untersuchung von Mauerwerkstrukturen vorgestellt. Die Modellierung des heterogenen Baustoffs Mauerwerk erfolgt mit Hilfe eines verschmierten Ersatzkontinuums. Das anisotrope Materialverhalten wird sowohl hinsichtlich der Spannungs-Dehnungsbeziehung als auch bei der Beschreibung der Festigkeit berücksichtigt. Durch die Verwendung einer zusammengesetzten Fließbedingung ist es möglich, das Versagen der einzelnen Mauerwerkkomponenten Stein und Mörtelfugen und des Verbundes zu berücksichtigen. Dadurch ist die Anwendbarkeit des Modells für mehrere Mauerwerksarten gegeben. Die hierfür verwendeten Materialparameter sind aus einfachen Kleinkörperversuchen bestimmbar oder innerhalb gewisser Grenzen aus empirischen Formeln berechenbar. Die notwendige Beschränkung der Anzahl der Materialparameter sichert die praktische Anwendbarkeit des entwickelten Berechnungsmodells. Die numerische Umsetzung des hier verwendeten impliziten Berechnungsverfahrens lässt sich in eine lokale und eine globale Iterationsebene gliedern. Die lokale Iteration am Integrationspunkt dient der Spannungsrückführung. Dabei sind die Besonderheiten der Verarbeitung mehrflächiger Fließfiguren zu beachten. Die globale Iteration auf Systemebene sichert die Umlagerung des Residuums. Mit der Nachrechnung von Versuchsergebnissen soll das entwickelte Modell verifiziert und seine physikalische Leistungsfähigkeit eingeschätzt werden. KW - Mauerwerk KW - Modellierung KW - Elastoplastizität KW - Finite-Elemente-Methode KW - ANSYS KW - Zusammengesetzte Fließbedingung KW - Kontinuum Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-6106 ER - TY - CHAP A1 - Milbradt, Peter A1 - Rose, Martin T1 - Numerische Approximation makroskopischer Verkehrsmodelle mit der Methode der Finiten Elemente N2 - Makroskopische Verkehrsmodelle sind ein wesentliches Hilfsmittel bei der Beurteilung und Steuerung von Verkehrsflüssen auf Hauptverkehrsadern. Für die notwendige Beeinflussung des Verkehrsablaufs werden Online-Messungen und prognostische numerische Simulationen benötigt. Für die Simulationen bieten sich makroskopische Verkehrsmodelle an, die den Verkehr als kontinuierliche Fahrzeugströmeabbilden. Aufgrund der Analogie zu den Modellen der Strömungsmechanik lassen sich die numerischen Verfahren aus diesem Bereich auch zur Lösung makroskopischer Verkehrsmodelle verwenden. Es wird eine Finite-Elemente-Approximation für die numerische Umsetzung makroskopischer Verkehrsmodelle vorgestellt. Exemplarisch wird sie am Verkehrsmodell von Kerner und Konhäuser erläutert. Dieses und andere makroskopische Verkehrsmodelle wurden bisher mit der Methode der Finiten Differenzen gelöst. Die vorgestellte Approximation entspricht einem Petrov-Galerkin-Verfahren, bei dem der Fehler eines Standard-Galerkin-Verfahrens mit Hilfe eines Upwinding-Koeffizienten minimiert wird. Die Wahl des Upwinding-Koeffizienten ist übertragbar und basiert ausschließlich auf dem Charakter der zugrundeliegenden Gleichungen. Die Ergebnisse zeigen typische Phänomene eines Verkehrsablaufs wie die Entstehung von Stop-and-Go-Wellen oder Staus. Die Finite-Elemente-Methode erweist sich für unter-schiedlichste Verkehrsmodelle als ausgesprochen stabil. KW - Verkehrsleitsystem KW - Modellierung KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-6046 ER - TY - THES A1 - Zacharias, Christin T1 - Numerical Simulation Models for Thermoelastic Damping Effects N2 - Finite Element Simulations of dynamically excited structures are mainly influenced by the mass, stiffness, and damping properties of the system, as well as external loads. The prediction quality of dynamic simulations of vibration-sensitive components depends significantly on the use of appropriate damping models. Damping phenomena have a decisive influence on the vibration amplitude and the frequencies of the vibrating structure. However, developing realistic damping models is challenging due to the multiple sources that cause energy dissipation, such as material damping, different types of friction, or various interactions with the environment. This thesis focuses on thermoelastic damping, which is the main cause of material damping in homogeneous materials. The effect is caused by temperature changes due to mechanical strains. In vibrating structures, temperature gradients arise in adjacent tension and compression areas. Depending on the vibration frequency, they result in heat flows, leading to increased entropy and the irreversible transformation of mechanical energy into thermal energy. The central objective of this thesis is the development of efficient simulation methods to incorporate thermoelastic damping in finite element analyses based on modal superposition. The thermoelastic loss factor is derived from the structure's mechanical mode shapes and eigenfrequencies. In subsequent analyses that are performed in the time and frequency domain, it is applied as modal damping. Two approaches are developed to determine the thermoelastic loss in thin-walled plate structures, as well as three-dimensional solid structures. The realistic representation of the dissipation effects is verified by comparing the simulation results with experimentally determined data. Therefore, an experimental setup is developed to measure material damping, excluding other sources of energy dissipation. The three-dimensional solid approach is based on the determination of the generated entropy and therefore the generated heat per vibration cycle, which is a measure for thermoelastic loss in relation to the total strain energy. For thin plate structures, the amount of bending energy in a modal deformation is calculated and summarized in the so-called Modal Bending Factor (MBF). The highest amount of thermoelastic loss occurs in the state of pure bending. Therefore, the MBF enables a quantitative classification of the mode shapes concerning the thermoelastic damping potential. The results of the developed simulations are in good agreement with the experimental results and are appropriate to predict thermoelastic loss factors. Both approaches are based on modal superposition with the advantage of a high computational efficiency. Overall, the modeling of thermoelastic damping represents an important component in a comprehensive damping model, which is necessary to perform realistic simulations of vibration processes. N2 - Die Finite-Elemente Simulation von dynamisch angeregten Strukturen wird im Wesentlich durch die Steifigkeits-, Massen- und Dämpfungseigenschaften des Systems sowie durch die äußere Belastung bestimmt. Die Vorhersagequalität von dynamischen Simulationen schwingungsanfälliger Bauteile hängt wesentlich von der Verwendung geeigneter Dämpfungsmodelle ab. Dämpfungsphänomene haben einen wesentlichen Einfluss auf die Schwingungsamplitude, die Frequenz und teilweise sogar die Existenz von Vibrationen. Allerdings ist die Entwicklung von realitätsnahen Dämpfungsmodellen oft schwierig, da eine Vielzahl von physikalischen Effekten zur Energiedissipation während eines Schwingungsvorgangs führt. Beispiele hierfür sind die Materialdämpfung, verschiedene Formen der Reibung sowie vielfältige Wechselwirkungen mit dem umgebenden Medium. Diese Dissertation befasst sich mit thermoelastischer Dämpfung, die in homogenen Materialien die dominante Ursache der Materialdämpfung darstellt. Der thermoelastische Effekt wird ausgelöst durch eine Temperaturänderung aufgrund mechanischer Spannungen. In der schwingenden Struktur entstehen während der Deformation Temperaturgradienten zwischen benachbarten Regionen unter Zug- und Druckbelastung. In Abhängigkeit von der Vibrationsfrequenz führen diese zu Wärmeströmen und irreversibler Umwandlung mechanischer in thermische Energie. Die Zielstellung dieser Arbeit besteht in der Entwicklung recheneffizienter Simulationsmethoden, um thermoelastische Dämpfung in zeitabhängigen Finite-Elemente Analysen, die auf modaler Superposition beruhen, zu integrieren. Der thermoelastische Verlustfaktor wird auf der Grundlage der mechanischen Eigenformen und -frequenzen bestimmt. In nachfolgenden Analysen im Zeit- und Frequenzbereich wird er als modaler Dämpfungsgrad verwendet. Zwei Ansätze werden entwickelt, um den thermoelastischen Verlustfaktor in dünn-wandigen Plattenstrukturen, sowie in dreidimensionalen Volumenbauteilen zu simulieren. Die realitätsnahe Vorhersage der Energiedissipation wird durch die Verifizierung an experimentellen Daten bestätigt. Dafür wird ein Versuchsaufbau entwickelt, der eine Messung von Materialdämpfung unter Ausschluss anderer Dissipationsquellen ermöglicht. Für den Fall der Volumenbauteile wird ein Ansatz verwendet, der auf der Berechnung der Entropieänderung und damit der erzeugte Wärmeenergie während eines Schwingungszyklus beruht. Im Verhältnis zur Formänderungsenergie ist dies ein Maß für die thermoelastische Dämpfung. Für dünne Plattenstrukturen wird der Anteil an Biegeenergie in der Eigenform bestimmt und im sogenannten modalen Biegefaktor (MBF) zusammengefasst. Der maximale Grad an thermoelastischer Dämpfung kann im Zustand reiner Biegung auftreten, sodass der MBF eine quantitative Klassifikation der Eigenformen hinsichtlich ihres thermoelastischen Dämpfungspotentials zulässt. Die Ergebnisse der entwickelten Simulationsmethoden stimmen sehr gut mit den experimentellen Daten überein und sind geeignet, um thermoelastische Dämpfungsgrade vorherzusagen. Beide Ansätze basieren auf modaler Superposition und ermöglichen damit zeitabhängige Simulationen mit einer hohen Recheneffizienz. Insgesamt stellt die Modellierung der thermoelastischen Dämpfung einen Baustein in einem umfassenden Dämpfungsmodell dar, welches zur realitätsnahen Simulation von Schwingungsvorgängen notwendig ist. T3 - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2022,8 KW - Werkstoffdämpfung KW - Finite-Elemente-Methode KW - Strukturdynamik KW - Thermoelastic damping KW - modal damping KW - decay experiments KW - energy dissipation Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20221116-47352 ER - TY - THES A1 - Habtemariam, Abinet Kifle T1 - Numerical Demolition Analysis of a Slender Guyed Antenna Mast N2 - The main purpose of the thesis is to ensure the safe demolition of old guyed antenna masts that are located in different parts of Germany. The major problem in demolition of this masts is the falling down of the masts in unexpected direction because of buckling problem. The objective of this thesis is development of a numerical models using finite element method (FEM) and assuring a controlled collapse by coming up with different time setups for the detonation of explosives which are responsible for cutting down the cables. The result of this thesis will avoid unexpected outcomes during the demolition processes and prevent risk of collapsing of the mast over near by structures. KW - Abbruch KW - Finite-Elemente-Methode KW - Optimierung KW - Demolition KW - Guyed antenna masts KW - Explicit finite element method KW - Optimization Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20210723-44609 ER -