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Erweiterungen der Rand-Finite-Elemente-Methode zur Analyse von Platten und Laminaten mit besonderem Fokus auf der Ermittlung von Singularitätsordnungen an Rissen und Kerben

Dieringer, Rolf :
Erweiterungen der Rand-Finite-Elemente-Methode zur Analyse von Platten und Laminaten mit besonderem Fokus auf der Ermittlung von Singularitätsordnungen an Rissen und Kerben.
Studienbereich Mechanik, Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2015)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Erweiterungen der Rand-Finite-Elemente-Methode zur Analyse von Platten und Laminaten mit besonderem Fokus auf der Ermittlung von Singularitätsordnungen an Rissen und Kerben
Language: German
Abstract:

In dieser Arbeit werden Erweiterungen der Rand-Finite-Elemente-Methode zur Analyse von Platten und Laminaten vorgestellt. Mit der Rand-Finite-Elemente-Methode lassen sich nicht nur komplexe Randwertprobleme lösen, sondern auch Singularitätsordnungen an geometrischen und materiellen Diskontinuitäten ohne zusätzlichen numerischen Aufwand effizient und genau ermitteln. Dies stellt einen entscheidenden Vorteil der Methode gegenüber anderen Berechnungsverfahren dar. Im ersten Teil der Arbeit werden die theoretischen Grundlagen vermittelt. Danach werden die neuen Elemente für Platten und Laminate formuliert und mit Beispielen überprüft. Die Erweiterungen der Rand-Finite-Elemente-Methode konvergieren sehr gut. Abschließend werden Singularitäten an Rissen und Kerben ermittelt. Neben isotropen und anisotropen Materialien werden unterschiedliche Randbedingungen auf den Kerbflanken untersucht und ihre Einflüsse auf die Stärke der Singularitäten diskutiert. Bei Laminaten wird untersucht, wie Kopplungen zwischen Scheiben- und Plattenverhalten die Singularitäten beeinflussen. Bei vielen Konfigurationen werden Supersingularitäten gefunden, die stärker als die klassische 1/√r-Rissspitzensingularität sind.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In this work, the Scaled Boundary Finite Element Method is extended to the analysis of bending of plates and general laminates. With the new formulations, not only complex boundary value problems can be solved, but also singularity orders at geometric and material discontinuities can be identified without any additional numerical effort in a precise manner. This is a decisive advantage of the Scaled Boundary Finite Element Method in comparison to other calculation methods. In the first part of this work, the theoretical background is presented. Afterwards, the new elements for plate bending and general laminates are formulated and validated. It is shown, that the method converges fast and accurately. Finally, singularity orders at cracks and notches are computed. Various effects on the strength of the singularities like anisotropic materials and varying boundary conditions are investigated and discussed. Regarding laminates, couplings between in-plane and out-of-plane behaviour can also affect the singularities. Many configurations are found, where supersingularities occur, which are stronger than the classical crack tip singularity.English
Series Name: Forschungsberichte des Instituts für Mechanik der Technischen Universität Darmstadt
Volume: Band 36
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: Studienbereich Mechanik, Technische Universität Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Rand-Finite-Elemente-Methode, Platten, Laminate, Singularitäten
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
SBFEM, Scaled Boundary Finite Element Method, bending plates, compositesEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Structural Mechanics (FSM)
Study Areas > Study Area Mechanic
Date Deposited: 17 Jun 2015 08:32
Last Modified: 23 Jun 2017 08:10
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-45925
Referees: Becker, Prof. Dr. Wilfried and Gruttmann, Prof. Dr. Friedrich
Refereed: 25 February 2015
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4592
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