Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Polynomial chaos expansion method in estimating probability distribution of rotor-shaft dynamic responses

Lasota R., Stocki R., Tauzowski P., Szolc T.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2015

|

Vol. 63, nr 2

413--422

EN

The main purpose of the study is an assessment of computational efficiency of selected numerical methods for estimation of vibrational response statistics of a large multi-bearing turbo-generator rotor-shaft system. The effective estimation of the probability distribution of structural responses is essential for robust design optimization and reliability analysis of such systems. The analyzed scatter of responses is caused by random residual unbalances as well as random stiffness and damping parameters of the journal bearings. A proper representation of these uncertain parameters leads to multidimensional stochastic models. Three estimation techniques are compared: Monte Carlo sampling, Latin hypercube sampling and the sparse polynomial chaos expansion method. Based on the estimated values of the first four statistical moments the probability density function of the maximal vibration amplitude is evaluated by the maximal entropy principle method. The method is inherently suited for an accurate representation of the probability density functions with an exponential behavior, which appears to be characteristic for the investigated rotor-shaft responses. Performing multiple numerical tests for a range of sample sizes it was found that the sparse polynomial chaos method provides the best balance between the accuracy and computational effectiveness in estimating the unknown probability distribution of the maximal vibration amplitude.

2

NUMPRESS − integrated computer system for analysis and optimization of industrial sheet metal forming processes

Kowalczyk P., Rojek J., Stocki R., Bednarek T., Tauzowski P., Lasota R., Lumelskyy D., Wawrzyk K.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2014

|

Vol. 81, nr 1

55--63

EN

The NUMPRESS System has been developed in IPPT PAN as a result of a project financially supported by European Regional Development Fund (within the Innovative Economy Programme) and is dedicated to small and middle enterprises dealing with sheet metal forming. The program consists of (i) an analytical module for analysis of forming processes with the finite element method, (ii) an optimization module controlling execution of the analytical module and performing optimization with respect to selected process parameters, in both deterministic and robust formulation, (iii) a reliability analysis module controlling execution of the analytical module to assess how random distribution of design parameters affects forming results, and (iv) a graphical user interface enabling communication between modules and easy definition of design parameters and optimization criteria. The analytical module consists of two independent programs up to the user’s choice: NUMPRESS-Flow, a faster and less accurate program for implicit quasi-static analysis of rigid-viscoplastic shells (based on the flow approach) and NUMPRESS-Explicit, a program for explicit dynamical analysis of elastic-plastic and elastic-viscoplastic shells. Both programs are interfaced to a well-known commercial graphical pre- and p ostprocessor GiD. Fundamentals of formulations employed in the system and numerical examples are presented in the paper.

PL

System NUMPRESS został utworzony w IPPT PAN w ramach projektu finansowanego przez MRR ze środków Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka i jest dedykowany dla małych i średnich przedsiębiorstw z branży tłoczenia blach. Program składa się z modułu analitycznego, służącego do analizy głębokiego tłoczenia blach metodą elementów skończonych, modułu optymalizacyjnego, sterujący wywołaniami modułu analitycznego i przeprowadzającego optymalizację wybranych parametrów wejściowych, zarówno w tradycyjnym rozumieniu deterministycznym, jak również tzw. optymalizację odpornościową (robust optimization), modułu niezawodnościowego, sterującego wywołaniami modułu analitycznego w celu określenia wpływu losowego rozrzutu wartości parametrów projektowych na końcowy kształt wytłoczki, oraz interfejsu umożliwiającego komunikowanie się modułu optymalizacyjnego z modułem analitycznym oraz wygodne definiowanie parametrów projektowych i kryteriów optymalizacji. W ramach modułu analitycznego użytkownik ma możliwość wyboru jednego z dwóch programów: szybszego i mniej dokładnego programu do analizy quasi-statycznej powłok sztywno-lepkoplastycznych, wykorzystującego tzw. metodę prędkościową, oraz programu do analizy dynamicznej powłok sprężysto-plastycznych i sprężysto-lepkoplastycznych, wykorzystującego jawne sformułowanie dynamiki. Oba programy są przystosowane do współpracy z komercyjnym pre- i postprocesorem graficznym GiD. W artykule przedstawiono podstawy sformułowań wykorzystanych w algorytmach obliczeniowych oraz przykłady obliczeniowe zastosowań systemu.

3

Scatter assessment of rotating system vibrations due to uncertain residual unbalances and bearing properties

Stocki R., Lasota R., Tauzowski P., Szolc T.

Computer Assisted Methods in Engineering and Science

|

2012

|

Vol. 19, no. 2

95-120

EN

The main objective of the presented study is an evaluation of the effectiveness of various methods for estimating statistics of rotor-shaft vibration responses. The computational effectiveness as well as the accuracy of statistical moment estimation are essential for e?cient robust design optimization of the rotor-shaft systems. The compared methods include sampling techniques, the perturbation approach, the dimension reduction method and the polynomial chaos expansion method. For comparison, two problems of the rotor-shaft vibration analysis are considered: a typical single-span rotor-shaft of the eight-stage centrifugal compressor driven by the electric motor and a large multi-bearing rotor-shaft system of the steam turbo-generator. The most important reason for the observed scatter of the rotor-shaft vibration responses is the inherently random nature of residual unbalances as well as stiffeness and damping properties of the journal bearings. A proper representation of these uncertain parameters leads to multidimensional stochastic models. It was found that methods that provide a satisfactory balance between the estimation accuracy and computational effectiveness are sampling techniques. On the other hand, methods based on Taylor series expansion in most of the analyzed cases fail to approximate the rotor-shaft response statistics.

4

FE based structural reliability analysis using STAND environment

Stocki R., Kolanek K., Knabel J., Tauzowski P.

Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences

|

2009

|

Vol. 16, No. 1

35-58

EN

An assessment of structural reliability requires multiple evaluations of the limit state function for various realizations of random parameters of the structural system. In the majority of industrial applications the limit state functions cannot be expressed explicitly in terms of the random parameters but they are specified using selected outcomes of the FE analysis. In conseąuence, in order to be useful in practice, a structural reliability analysis program should be closely integrated with a FE module or it should be interfaced with an advanced external FE program. When the FE source code is not available, which is usually the case, the only option is to establish a communication between the reliability analysis program and an external FE software through the batch mechanism of data modification, job submission and results extraction. The main subject of this article is to present the reliability analysis capabilities of STAND software, which is being developed in the Institute of Fundamental Technological Research of Polish Academy of Sciences. A special emphasis is put on the issues related to its interfacing with external general purpose FE codes. It is shown that when shape type random variables are used, leading to modifications of the FE mesh, or when the limit state function contains numerical noise, standard algorithms for localizing the design point often fail to converge and a special method based on some response surface approximation is needed. A proposition of such a strategy that employs an adaptive response surface approximation of the limit state function is presented in this article. Development of a reliability analysis program is a challenging project and calls for such a code organization, which would facilitate a simultaneous work of many programmers and allow for easy maintenance and modifications. The so-called object-oriented programming seems to provide a convenient framework to realize these objectives. The object-oriented approach is used in STAND development. The advantages of this programming paradigm and a short description of the STAND's class hierarchy are presented in the text. The study is concluded with two numerical examples of interfacing STAND with state of the art commercial FE programs.

5

Efficient sampling techniques for stochastic simulation of structural systems

Stocki R., Tauzowski P., Kleiber M.

Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences

|

2007

|

Vol. 14, No. 1

127-140

EN

One of the main obstacles in making stochastic simulation a standard design tool is its high computational cost. However, this problem can be significantly reduced by using efficient sampling techniques like optimal Latin hypercube (OLH) sampling. The paper advocates this kind of approach for scatter analysis of structural responses. After explaining the idea of the OLH sampling the principal component analysis method (PCA) is briefly described. Next, on numerical examples it is shown how this technique of statistical postprocessing of simulation results can be used in the design process. Important improvements of the estimation quality offered by OLH design of experiments are illustrated on two numerical examples, one simple truss problem and one involving finite element analysis of elastic plate. Based on numerical experiments an attempt is made to propose the sample size which for a given number of random variables provides an acceptable estimation accuracy of statistical moments of system responses and which enables more advanced statistical post-processing.

6

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

Tauzowski P.

Prace Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN

|

2005

|

nr 3

3-141

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.

7

Sensitivity analysis for viscoelastic bodies in object-oriented finite element environment

Tauzowski P., Kleiber M.

Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences

|

2003

|

Vol. 10, No. 2

223-238

EN

In this paper the constitutive model of thermoviscoelastic model is presented. To obtain the parameter sensitivity equations the direct differentiation method is applied. The paper also deals with the finite element for equilibrium and sensitivity analysis problems. Consistent tangent operator for the model is derived. To integrate the creep evolution equation the backward-Euler scheme is efficiently applied. The thermoviscoelastic model with parameter sensitivity analysis is implemented in object-oriented finite element system. Many advantages of the object-oriented approach in FE programming are described in the paper. Two numerical examples are solved. Very good agreement between the FE and analytical results is observed.

8

Parameter sensitivity formulation for viscoelastic structures

Tauzowski P., Kleiber M.

Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences

|

1999

|

Vol. 6, No. 2

189-203

EN

The problem of sensitivity of viscoelastic response with respect to material parameters is studied in the paper. The direct differentiation method is employed. The FEM-related implementation issues are discussed. A number of numerical examples illustrates the theory.