Obiektowo-zorientowane środowisko obliczeniowe dla zagadnień mechaniki konstrukcji, z zastosowaniem analizy, optymalizacji kształtu i oceny niezawodności układów termolepkosprężystych ze zniszczeniem

• Autorzy: Tauzowski P.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W skład pracy wchodzi Wstęp, siedem Rozdziałów oraz Wnioski i Bibliografia. Drugi rozdział poświęcony jest podejściu obiektowemu w zastosowaniu do budowy systemu metody elementów skończonych. Na wstępie rozdziału zaprezentowane zostały idee zastosowania obiektowego oraz przedstawione podstawowe pojęcia. Następnie pokazano sposób opisu podstawowych pojęć z dziedziny MES, takich jak: węzeł, element skończony, materiał czy aproksymacja pola przemieszczeń. Na schematach graficznych przedstawiono struktury danych odzwierciedlających wzajemną współpracę ww. obiektów, będącą jednym z kluczowych aspektów podejścia obiektowego. Problematyka trzeciego rozdziału obejmuje zagadnienia związane z analizą MES konstrukcji termolepkosprężystych. Po krótkim wstępie poświęconym reologii, przedstawiony został konstytutywny model materiału termolepkosprężystego wraz z jego krótką charakterystyką. Następnie wyprowadzono równania MES dla tego modelu oraz przedstawiono sformułowanie problemu niestacjonarnego przepływu ciepła. W rozdziale tym przedstawiono też sposób modelowania zniszczenia oraz koncepcje nielokalnego sformułowania zniszczenia, znacznie ograniczającego wpływ siatki MES na rezultaty co czyni obliczenia bardziej obiektywnymi. Następnie wyprowadzono równania MES dla termolepkosprężystego modelu materiału, z uwzględnieniem zniszczenia. Czwarty rozdział zawiera opis zastosowania analizy wrażliwości do opisanego w poprzednim rozdziale modelu termolepkosprężystego. W części wstępnej zaprezentowane zostały podstawowe pojęcia analizy wrażliwości oraz zwięźle opisane metody obliczania wrażliwości. Następnie wyprowadzono równania MES dla obliczania wrażliwości problemu niestacjonarnego przepływu ciepła oraz równania wrażliwości dla termolepkosprężystego modelu materiłu, a także podano algorytm obliczania wrażliwości. Ponadto dla obu ww. zagadnień wyprowadzono równania MES dla wrażliwości na parametry kształtu. Piąty rozdział poświęcony jest analizie niezawodności. W rozdziale tym przedstawiono na wstępie cele analizy niezawodności jako metody obliczania prawdopodobieństwa awarii konstrukcji. Następnie opisane zostały podstawowe metody stosowane w analizie niezawodności konstrukcji, takie jak: Metoda Monte Carlo, FORM, SORM oraz Importance Sampling. W szóstym rozdziale zawarto opis technik poprawiania jakości siatki MES w oparciu o estymator błędu. Na wstępie zaprezentowano różne rodzaje siatek regularnych i nieregularnych, a następnie przedstawiono ideę oraz podstawowe wzory dla estymatora błędu. W dalszej części rozdziału przedstawiono techniki adaptacyjne dla siatek regularnych i nieregularnych (uzyskanych przez triangularyzację) oraz przedstawiono algorytm triangularyzacji Delaunaya. Zamykający pracę rozdział siódmy zawiera wnioski i spostrzeżenia wynikające z otrzymanych w pracy rezultatów.

Słowa kluczowe

PL

mechanika konstrukcji; metoda Monte Carlo; metoda elementów skończonych; analiza niezawodności; termolepkosprężysty model materiału; termomechanika

EN

thermomechanics; Monte Carlo methods

• Wydawca: Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN
• Rocznik: 2005
• Tom: nr 3
• Strony: 3--141
• Opis fizyczny: Bibliogr. 86 poz.

Twórcy

autor

Tauzowski P.

Bibliografia

• [1] A. Einstein, Dialectica, 2:320, 1948.
• [2] W.H. Frey Selective Refinement: A new strategy for automatic node placement in graded triangular meshes, Int. J. Num. Meth. in Eng., vol 24, 2183-2200, 1987.
• [3] M. Flower Comparision of Object-Oriented Analysis and Design Methods, A white paper from IntelliCorp, 1993.
• [4] B. Stroustrup, Je֒zyk C++, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne 2002.
• [5] P. Coad, Edward Yourdon Analiza obiektowa, Oficyna Wydawnicza READ ME, 1996.
• [6] P. Coad, Edward Yourdon Projektowanie obiektowe, Oficyna Wydawnicza READ ME, 1996.
• [7] P. Coad, J. Nicola Programowanie obiektowe, Oficyna Wydawnicza READ ME, 1996.
• [8] J. Martin, J. J. Odell Podstawy metod obiektowych, Wydawnictwa Naukowo Techniczne, 1997.
• [9] S. B. Lippman, Model obiektu w C++, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne 1999.
• [10] J. Liberty, C++ księga eksperta, Helion 1999.
• [11] B. W. R. Forde, R. O. y Foschi, S. F. Stiemer, Object-Oriented Finite Element Analysis. Computers and Structures, 34, 355-374, 1990.
• [12] G.L. Fenves, Object-oriented programming for engineering software development, Engineering with computers, 6,1-15, 1990.
• [13] G. R. Miller, A LISP based object oriented approach to structural analysis Engineering with Computers, 4, 197-203, 1988.
• [14] G. R.Miller, An Object-Oriented Approach to Structural Analysis and Design Computers and Structures, 40, 75-82, 1991.
• [15] T. Zimmermann, Y. Dubois-P`elerin, P. Bomme, Object-Oriented finite element programming: I Governing principles, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 98, 291-303, 1992.
• [16] Y. Dubois-Pèlerin,, T. Zimmermann, Object-Oriented finite element programming: III An efficient implementation in C++, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 108, 165-183, 1993.
• [17] X. A. Kong, D. P. Chen, An Object-Oriented Design of FEM Programs, Computers and Structures. 57, 157-166, 1995.
• [18] R.R Gajewski, An object-oriented approach to finite element programming, Civil-Comp, 107-113, 1996.
• [19] R.R Gajewski, P. Lompies, Object-oriented implementation of bandwidth, profile and wavefront reduction algorithms, Civil-Comp, 115-119, 1996.
• [20] R.R Gajewski, T. Kowalczyk, A prototype object-oriented finite element method program: Class hierarchy and graphic user interface, CAMES, 3, 65-74, 1996.
• [21] T. Zimmermann, D. Eyheramendy, Object-Oriented finite element. I Principles of symbolic derivations and automatic programming, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 132, 259-276, 1996.
• [22] D. Eyheramendy, T. Zimmermann, Object-Oriented finite element. II A symbolic environment fo automatic programming, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 132, 277-304, 1996.
• [23] Y. Dubois-Pèlerin, P. Pegon, Improving modularity in object-oriented finite element programming, Communications in Numerical Methods in Engineering. Vol. 13, 193- 198. 1997.
• [24] R.I. Mackie, Using objects to handle complexity in Finite Element software, Engineering with Computers. 13, 99-111, 1997.
• [25] Y. Dubois-Pèlerin M. Topcu Object-oriented programming in nonlinear finite element analysis, Computer & Structures, 67:225-242, 1998.
• [26] Th. Zimmermann P. Bomme, D. Eyheramendy, L. Vernier S. Commend Aspects of an object-oriented finite element environment, Computer & Structures, 68:1-16, 1998.
• [27] D. Abury, B. Tie, Object-oriented programming in advanced structural computations, ECOMMAS 2000, Barcelona, 11-14 September 2000.
• [28] L. Gil, G. Bugeda, An object-oriented programming strategy for the implementation in C++ of the sensitivity analysis using a structural non-linear material model,ECOMMAS 2000, Barcelona, 11-14 September 2000.
• [29] R.I. Mackie An object-oriented approach to calculation control in finite element programs, Computer & Structures, 77:461-474, 2000.
• [30] R. I. Mackie Finite Element Analysis, Saxe-Coburg Publications, 2001.
• [31] L. Yu A.V. Kumar An object-oriented modular framework for implementing the finite element method, Computer & Structures, 79:919-428, 2001.
• [32] B. Patzák, Z. Bittnar Design of object oriented finite element code, Advances in Engineering Software, 32, 759-767, 2001.
• [33] F.J. Lingen Design of an object oriented Finite Element package for parallel computers, The Netherlands 2000.
• [34] C. Farhat F.X Roux Implicit Paralell processing in structural mechanics, Computational Mechanisc Advances, 2:1-124, 1994
• [35] H. Poon, M. Ahmad A material point time integration procedure for anisotropic, thermo rheologicaly simple, viscoelastic solids.
• [36] Zocher MA, Groves SE, Hilton H A three-dimensional finite element formulation for thermoviscoelastic orthotropic media, J. Num Meth., Eng 40:2267-2288,
• 1997.
• [37] M. Kleiber et al Parameter sensitivity in nonlinear mechanics, Wiley 1997.
• [38] M. Kleiber, T.D. Hien The Stochastic Finite Element Method, Wiley 1992.
• [39] M. Kleiber et al Mechanika Techniczna, tom 11 - Komputerowe Metody Mechaniki Ciał Stałych, PWN Warszawa 1995.
• [40] M. Kleiber, C. Woźniak Nonlinear Mechanics of Structures, Kluwer-PWN 1991.
• [41] K. Schittkowski Nlpql: A fortran subroutina solving constrained nonlinear programming problems, Annals of Operations Research 5:485-500, 1986.
• [42] J. Argyris,J. St. Doltinis, V. D. Da Silvia Constitutive modelling and computation of non-linear viscoelastic solids, Comp. Meth. In App. Mech 88, 1991.
• [43] JC Simo, RL Taylor Consistent tangent operator for rate independent elastoplasticity, Comp. Meth. In App. Mech 48:182-118, 1985.
• [44] M. Henriksen Non-linear viscoelastic stress analysis - a finite element approach., Comp & Struct., 18:133-139.
• [45] H.S.Carslaw, J.C. Jaeger Conduction of heat in solids, Clarendon Press, Oxford 1959.
• [46] W. Hackbush Iterative Solution of Large Sparse Systems of Equations, Springer Verlag 1994.
• [47] B.H.V. Topping J. Muylle P. Iványi R. Putanowicz B. Cheng Finite Element Mesh Generation, Saxe Coburg Publications 2004.
• [48] W. Sosnowski Numeryczna symulacja, analiza wrażliwości i optymalizacja nieliniowych procesów deformacji konstrukcji, Wydawnictwo Akademii Bydgoskiej 2003.
• [49] Z. Mr´oz, M.P. Kamat, H. Plaut Sensitivity analysis and optimal design of nonlinear beams and plates, J. Struct. Mech., 13:245-266 1985.
• [50] O. C. Zienkiewicz R.L. Taylor The Finite Element Method, Butterwhorth-Heinemann, 2000.
• [51] M.A. Crisfield Non-linear Finite Element Analysis of Solids and Structures, JohnWiley & Sons, 1991.
• [52] R.T Haftka, Z. Gurdal Elements of Structural Optimization, Kluwer Academic Publishers, 1992.
• [53] J.S. Arora Introduction to optimum design, McGraw Hill Book Company, 1988.
• [54] R. Stocki Optymalizacja niezawodnościowa konstrukcji prętowych w zakresie dużych przemieszczeń.. Teoria i program komputerowy., Prace IPPT nr 13, 1999.
• [55] T. Abdo, R. Rackwitz Reliability of Uncertain Structural Systems, Finite Elements in Eng. Appl., 161-176, 1990.
• [56] ˇ Z. Baˇzant L. Cedolin Stability of Structures, Oxford University Press, 1991.
• [57] L.M. Katchanov On Creep rupture time,Izv. Acad. Nauk. SSSR, Otd. Techn Nauk. No. 8, 1958,26-31 1958.
• [58] L.M. Katchanov The Theory of Creep,Nauka, Moscow, 1960,(In Russian, English translation by Kennedy (Ed.), National Lending Library, Boston Spa, England, 1967). 1958,26-31 1958.
• [59] L.M. Katchanov Introduction to Continuum Damage Mechanics, Kluwer Academic Publishers 1986.
• [60] J. Lemaitre L. Chaboche Aspect phenomenologique de la rupture per endomma- dement, J. M´ecanique Appliquee, 2:317-365, 3, 1978.
• [61] J. Lemaitre L. Chaboche Mechanics of solid materials,Cambridge University Press 1990.
• [62] L. Chaboche Continuum Damage Mechanics,I, II J. Appl. Mech, 65-72, 1988.
• [63] Y.N. Rabotnov Creep Problems in Structural Members, North-Holland, Amsterdam, 1969.
• [64] Y.N. Rabotnov. On the equations of state for creep. In P. in Applied Mechanics, editor, Prager Aniversary Volume, pages 307-. mcm, 1963.
• [65] F.K.G. Odquist Mathematical Theory of Creep and Creep Rupture, Claredon Press, Oxford, 1974.
• [66] A. Kirsch Creep tests, Advances in Creep Design, Appl. Science Publishers, London, 1971.
• [67] F.A. Leckie, D.R Hayhurst Constitutive Equations for Creep Rupture, Acta Metalurgica, 25:1059-1070, 1977.
• [68] F.A. Leckie, D.R Hayhurst Creep Rupture in Structures, Proc. R. Lond,. A340, 232-347, 1974.
• [69] Y. Weitsman A Continuum Damage Model for Viscoelastic Materials, J. Appl. Mech, 733-780 1988.
• [70] M. Basista W.K. Nowacki(eds.) Modeling od damage and fracture processes in engineering materials, Trends in Mechanics of Materials IPPT PAN, 1999.
• [71] W. Derski, S. Ziemba Analiza Modeli Reologicznych, PWN, 1968. 1999.
• [72] G. van Zijl Computational Modeling of Masonry Creep and Shrinkage, Meinema BV, Delft, The Netherlands, 1999.
• [73] P. Ladeveze, D. Leguillon Error estimate procedure in the finite element method and application, Journal od numerical Analysis, 20:485-509, 1983.
• [74] L. Gallimard, P. Ladeveze and J. P. Pelle Error estimation and adaptivity in elastoplasticity, International Journal for Numerical methods in Engineering, 39:189-217, 1996.
• [75] C. Comi, U. Perego Error estimation and adaptivity in elastoplasticity, International Journal for Numerical methods in Engineering, 39:189-217, 1996.
• [76] M. Jirăsek and T. Zimmermann Rotating crack model with transition to scalar damage: I. Local formulation, II. Nonlocal formulation and adaptivity, LSC Internal Report 97/01, 1997.
• [77] A.Huerta, A. Rodríguez-Ferran, P. Díez, J. Sarrate Adaptive finite element strategies based on error assessment,International Journal for Numerical Methods in Engineering 46, 1803-1818, 1999.
• [78] A. Rodriguez-Ferran, A. Huerta Error Estimation and adaptivity for nonlocal damage models, International Journal of Solids and Structures, 37, 7501-7528, 2000.
• [79] M. di Prisco, L. Ferrarra, F. Meftah, J. Pamin, R do Borst, J. Mazars, J. M. Reynouard Mixed mode fracture in plain and reinforced concrete: some results on benchmark tests, International Journal of Fracture, 103, 127-148, 2000.
• [80] H. Askes, L. J. Sluys, B.B.C. de Jong Remeshing techniques for r-adaptive and combined r/h adaptive analysis with application to 2D/3D crack propagation, Structural Engineering and Mechanics, 12, 459-474, 2001.
• [81] C. Comi, U. Perego Finite element strategies for damage assessment up to failure, In Proceedings of the 6th National Congress SIMAI, Chia Laguna, Italy, May 2002.
• [82] B. Patzák, M. Jirásek Adaptive Resolution of Localized Damage in Quasi-brittle Materials, Journal of Engineering Mechanics, 130, 720-732, 2004.
• [83] E. Cuthill Several Strategies for Reducing the Bandwith of Matrices, Papers of the Symposium on Sparse Matrices and their Applications, IBM Thomas J. Watson Research Center, New York, 1971.
• [84] P. Tauzowski, M. Kleiber Parameter sensitivity formulation for viscoelastic structures, Comp. Assisted Mech. and Eng. Sciences, 6, 1999.
• [85] P. Tauzowski, M. Kleiber Sensitivity analysis for viscoelastic bodies in object oriented finite element environment, Comp. Assisted Mech. and Eng. Sciences, 10, 2003.
• [86] P. Tauzowski, M. Kleiber ensitivity analysis for viscoclastic bodics in object oriented finite elements environment, Comp Assisted Mech. And Eng. Scinences, 10, 2003.