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  5. On the numerical properties of high‐order spectral (Euler‐Bernoulli) beam elements
 
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2023
Zweitveröffentlichung
Artikel
Verlagsversion

On the numerical properties of high‐order spectral (Euler‐Bernoulli) beam elements

File(s)
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Hauptpublikation
ZAMM_ZAMM202200422.pdf
CC BY 4.0 International
Format: Adobe PDF
Size: 8.27 MB
TUDa URI
tuda/11050
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-246650
DOI
10.26083/tuprints-00024665
Autor:innen
Eisenträger, Sascha ORCID 0000-0001-8774-9732
Kapuria, Santosh ORCID 0000-0003-1172-1279
Jain, Mayank
Zhang, Junqi ORCID 0000-0002-7291-0818
Kurzbeschreibung (Abstract)

In this paper, the numerical properties of a recently developed high‐order Spectral Euler‐Bernoulli Beam Element (SBE) featuring a C¹‐continuous approximation of the displacement field are assessed. The C¹‐continuous shape functions are based on two main ingredients, which are an Hermitian interpolation scheme and the use of Gauß‐Lobatto‐Legendre (GLL) points. Employing GLL‐points does not only avoid Runge oscillations, but also yields a diagonal mass matrix when exploiting the nodal quadrature technique as a mass lumping scheme. Especially in high‐frequency transient analyses, where often explicit time integration schemes are utilized, having a diagonal mass matrix is an attractive property of the proposed element formulation. This is, however, achieved at the cost of an under‐integration of the mass matrix. Therefore, a special focus of this paper is placed on the evaluation of the numerical properties, such as the conditioning of the element matrices and the attainable rates of convergence (ROCs). To this end, the numerical behavior of the SBEs is comprehensively analyzed by means of selected benchmark examples. In a nutshell, the obtained results demonstrate that the element yields good accuracy in combination with an increased efficiency for structural dynamics exploiting the diagonal structure of the mass matrix.

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Fachgebiete der Mechanik > Fachgebiet Numerische Mechanik
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 510 Mathematik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 624 Ingenieurbau und Umwelttechnik
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
ZAMM ‐ Journal of Applied Mathematics and Mechanics / Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik
Jahrgang der Zeitschrift
103
Heftnummer der Zeitschrift
9
ISSN
1521-4001
Verlag
Wiley-VCH
Ort der Erstveröffentlichung
Weinheim
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2023
Verlags-DOI
10.1002/zamm.202200422
PPN
517256185
Artikel-ID
e202200422

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