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Organisationseinheit der BAM
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Many engineering structures are made of composite materials or metal foam. To simulate the deformational behaviour of these structures often requires a high number of discretisation elements. This in turn yields a very large system of linear equations that are extremely time and memory consuming or practically impossible to solve. It is therefore desirable to find an approach to overcome this obstacle.
Der Grad der Finite-Elemente-Diskretisierung wird vom Verhältnis der Details zur Objektgröße bestimmt. Die Diskretisierung eines großen Objektes mit vielen kleinen Details führt zu einer hohen Anzahl an Elementen bzw. Knotenpunkten. Die Berechnung solcher Körper erfordern nicht nur sehr hohe Rechenzeit, sondern was die Berechnung unmöglich macht, ist der sehr hohe Speicherbedarf. Mit Hilfe eines Ersatzkörpers wird dieses Problem umgangen.
Within the presented research project, experimental and numerical investigations were performed to develop a thin-shelled, modular, mobile element system made of a micro-reinforced ultra-high-performance ductile concrete (DUCON®). Material parameters were experimentally determined to adapt the material model within the numerical analysis applying the Drucker-Prager relationship. Afterwards, for validation of the numerical models, quasi-static and high-velocity impact tests were performed on plate-like structures. Finally, a suitable geometry of transportable barrier elements will be designed, which provides a maximum of resistance against impact by a minimum of weight and a maximum of mobility.
Integration der Finite-Elemente-Methode in die Ausgleichsrechnung zur Parameteridentifikation
(2014)
Integration der Finite-Elemente-Methode in die Ausgleichsrechnung zur Parameteridentifikation
(2014)
Die Strukturüberwachung von Ingenieurbauwerken beruht heutzutage auf einer Auswertung räumlich und zeitlich verteilter hybrider Messungen, die z. B. mittels Tachymeter, Neigungssensoren, faseroptischen Sensoren (FOS), Dehnmessstreifen (DMS), GPS etc. erfasst werden. Für eine gemeinsame Auswertung müssen neue Methoden adaptiert werden, da diese, wie Lienhart (2012) aufzeigt, nur unter Verwendung eines mechanischen ‘Bauwerkmodells erfolgen kann.
In vielen Ingenieurwissenschaften, wie z. B. dem Bauingenieurwesen, findet die Modellierung physikalisch-mechanischer Eigenschaften von Strukturen mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) statt. Die Verifizierung eines derartigen Modells erfolgt vorwiegend lediglich durch stellenweise Messung von z. B. Durchbiegungen und einer anschließenden Gegenüberstellung mit den berechneten Modellwerten. Dies ist meist der Tatsache geschuldet, dass für die FE-Modellierung in der Regel kommerzielle Programme verwendet werden, und somit auf viele Teilprozesse des Auswertealgorithmus nicht zugegriffen werden kann. Aus diesem Grund erfolgt in vielen akademischen Fragestellungen die FE-’Modellierung mit Open-Source-Software, wie z. B. FEniCS (2013) oder OpenSees (2013), wodurch auch eine kombinierte Auswertung von Messungen und Modell nach der Methode 'der kleinsten Quadrate ermöglicht wird.
In diesem Beitrag wird eine messungs- und modellbasierte Strukturanalyse (MeMoS) durch (die Integration der Finite-Elemente-Methode in die Ausgleichungsrechnung am Beispiel eines Vier-Punkt-Biegeversuchs vorgestellt. In numerischen Untersuchungen wird gezeigt, wie diese integrierte Analyse für eine Parameteridentifikation angewendet werden kann. Für diese Untersuchungen wird ein Finite-Elemente-Modell mit bekannten Randbedingungen und Materialeigenschaften aufgestellt. Die Durchbiegungen, die als Beobachtungen in die Ausgleichung eingehen, werden mithilfe von Simulationsrechnungen erzeugt; der zu fidentifizierende Parameter ist der Elastizitätsmodul eines Balkens.
Es wird untersucht, mit welcher Genauigkeit Durchbiegungsmessungen durchgeführt werden müssen und an welcher Stelle des Bauwerks diese Messungen erfolgen sollen, um den Elastizitätsmodul möglichst genau zu bestimmen. Des Weiteren wird der Einfluss der Anzahl der Messstellen auf den zu identifizierenden Parameter untersucht.
The integration of finite element method (FEM) into the least-squares adjustment presented in [1] is further extended for a joint evaluation of an elastostatic model and displacement field measurement. For linear solids which obey the HOOKE's law, the material parameters determination from measurements is being examined. In many literature, see for example [2], parameters are iteratively tuned until the computed FEM results are in accordance with the measurements. In contrast to these debatable approaches, we follow a rigorous and direct method. The “classical” FEM procedure starts with known material constants and ends up with computed fields such as dis-placement or temperature field. We present a method to invert the FEM procedure using the most general least-squares adjustment – the GAUSS-HELMERT Model (GHM). From given fields, the material parameters are directly calculated.
The integration of finite element method (FEM) into the least-squares adjustment presented in is further extended for a joint evaluation of an elastostatic model and displacement field measurement. For linear solids which obey the Hooke's law, the material parameters determination from measurements is being examined.