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Erweiterungen der Vereinfachten Fließzonentheorie hinsichtlich der Anwendung von Mehr-Parameterbelastungen und der Berücksichtigung von Theorie II. Ordnung

Developments in the simplified theory of plastic zones with regard to the application of multi-parameter loadings and the consideration of second-order theory

  • Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erweiterung der Vereinfachten Fließzonentheorie, welche ein effizientes Verfahren zur Abschätzung von Zustandsgrößen im Einspielzustand ist. Die wesentlichen Erweiterungen werden im Bereich der Mehr-Parameterbelastungen und in der Verwendung von Theorie II. Ordnung beschrieben. Bei der Berücksichtigung von paarweise auftretenden Lastfällen (Ein-Parameterbelastungen) hat sich das Verfahren bereits bewährt und wird in dieser Arbeit für die Berücksichtigung von beliebig vielen Lastfällen (Mehr-Parameterbelastungen) erweitert. Es wird in numerischen Untersuchungen nachgewiesen, dass eine paarweise Betrachtung von Lastfällen gegenüber der Mehr-Parameterbelastung zu Fehleinschätzungen der Beanspruchungen führen kann. Die Berücksichtigung aller beteiligten Einwirkungen durch Mehr-Parameterbelastungen in der Vereinfachten Fließzonentheorie liefert einen effizienten und detaillierten Einblick in elastisch-plastisch beanspruchte Tragwerke im Einspielzustand. (DFG-Projektnummer:Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erweiterung der Vereinfachten Fließzonentheorie, welche ein effizientes Verfahren zur Abschätzung von Zustandsgrößen im Einspielzustand ist. Die wesentlichen Erweiterungen werden im Bereich der Mehr-Parameterbelastungen und in der Verwendung von Theorie II. Ordnung beschrieben. Bei der Berücksichtigung von paarweise auftretenden Lastfällen (Ein-Parameterbelastungen) hat sich das Verfahren bereits bewährt und wird in dieser Arbeit für die Berücksichtigung von beliebig vielen Lastfällen (Mehr-Parameterbelastungen) erweitert. Es wird in numerischen Untersuchungen nachgewiesen, dass eine paarweise Betrachtung von Lastfällen gegenüber der Mehr-Parameterbelastung zu Fehleinschätzungen der Beanspruchungen führen kann. Die Berücksichtigung aller beteiligten Einwirkungen durch Mehr-Parameterbelastungen in der Vereinfachten Fließzonentheorie liefert einen effizienten und detaillierten Einblick in elastisch-plastisch beanspruchte Tragwerke im Einspielzustand. (DFG-Projektnummer: 286671283) Schlanke Tragwerke, bei denen die Struktursteifigkeit durch Membranspannungen beeinflusst wird, erfordern eine Berechnung nach Theorie II. Ordnung. Bei unter Druck stehenden Rohrleitungen und insbesondere bei dünnwandigen Rohrbögen können signifikante Steifigkeitseffekte beobachtet werden. Treten zusätzlich zyklische und überelastische Beanspruchungen auf, interagiert die geometrische Nichtlinearität und die Materialnichtlinearität. Um dem daraus entstehenden hohen Berechnungsaufwand entgegenzutreten, wird eine Technik vorgestellt, die es ermöglicht, die Vereinfachte Fließzonentheorie unter Berücksichtigung von Theorie II. Ordnung zu verwenden. An numerischen Untersuchungen wird gezeigt, dass diese Weiterentwicklung der Vereinfachten Fließzonentheorie eine hohe Qualität der Ergebnisse bei deutlich geringerem Berechnungsaufwand liefert. (DFG-Projektnummer: 416907346)show moreshow less
  • The present work deals with the extension of the Simplified Theory of Plastic Zones, which is an efficient method for the estimation of quantities in the shakedown state. The main extensions are described in multi-parameter loading and the use of Second-Order Theory. The method has already proven successful in the consideration of load cases appearing in pairs (single-parameter loading) and is extended in this work for the consideration of any number of load cases (multi-parameter loading). It is proven in numerical investigations that a pairwise consideration of load cases compared to multi-parameter loading can lead to incorrect estimations of stresses and strains. The consideration of all involved loads by multi-parameter loading in the Simplified Theory of Plastic Zones provides an efficient and detailed insight into elastic-plastic loaded structures in the shakedown state. (DFG project number: 286671283) Thin-walled structures in which the structural stiffness is influenced by membrane stresses require a calculation accordingThe present work deals with the extension of the Simplified Theory of Plastic Zones, which is an efficient method for the estimation of quantities in the shakedown state. The main extensions are described in multi-parameter loading and the use of Second-Order Theory. The method has already proven successful in the consideration of load cases appearing in pairs (single-parameter loading) and is extended in this work for the consideration of any number of load cases (multi-parameter loading). It is proven in numerical investigations that a pairwise consideration of load cases compared to multi-parameter loading can lead to incorrect estimations of stresses and strains. The consideration of all involved loads by multi-parameter loading in the Simplified Theory of Plastic Zones provides an efficient and detailed insight into elastic-plastic loaded structures in the shakedown state. (DFG project number: 286671283) Thin-walled structures in which the structural stiffness is influenced by membrane stresses require a calculation according to Second-Order Theory. Significant stiffness effects can be observed in pressurized pipelines and especially in thin-walled pipe bends. If cyclic and over-elastic stresses also occur, geometric nonlinearities and material nonlinearities interact. To overcome the resulting high computational effort, a technique is presented that allows the use of Simplified Theory of Plastic Zones with consideration of Second-Order Theory. Numerical investigations show that this further development of the Simplified Theory of Plastic Zones provides high-quality results with significantly less computational effort. (DFG project number: 416907346)show moreshow less

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Metadaten
Author: Bastian Vollrath
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-66058
DOI:https://doi.org/10.26127/BTUOpen-6605
ISSN:1615-3952
Series (Serial Number):Schriftenreihe Statik und Dynamik (2023, 1)
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Dornisch, Prof. Dr.-Ing. Hartwig Hübel, Prof. Dr.-Ing. Michael Vormwald
Document Type:Doctoral thesis
Language:German
Year of Completion:2023
Date of final exam:2023/05/24
Release Date:2024/02/06
Tag:Dehnungsakkumulation; Direkte Methode; Mehr-Parameterbelastung; Ratcheting; Theorie II. Ordnung
Direct method; Multi-parameter loading; Ratcheting; Second order theory; Strain accumulation
GND Keyword:Elastoplastische Deformation; Fließfigur; Ratcheting; Theorie zweiter Ordnung; Dehnung; Belastung
Institutes:Fakultät 6 Architektur, Bauingenieurwesen und Stadtplanung / FG Statik und Dynamik
Licence (German):Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.
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