Seitzberger, M. (1999). Contributions to an efficient numerical analysis of the plastic collapse behaviour of thin-walled structures [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-10829
The subject of the work is to provide contributions to an efficient numerical analysis of the plastic collapse behaviour of thin-walled structures. Analytically based collapse mechanisms proposed in the literature, which describe the progressive buckling process of circular and multicornered prismatic profiles, are investigated first. As a generalization of these tools a computational model based on the upper bound theorem of limit analysis ('sequential limit analysis method') is developed, which allows to study the large deformation crushing behaviour of axisymmetric shells. Within the framework of the application of the exact Ilyushin yield surface the power of internal forces can be taken into account very accurately. It is also shown that with the proposed method frictionless internal contact can be accounted for easily. Examples confirming the generality and suitablity of this novel method for simplified collapse analysis are included, too. For conventional FE based collapse and limit load analyses of shell structures a 'full section material model' based on the exact Ilyushin yield criterion is investigated afterwards. Many features considered as being essential for the definition of both a numerically stable and a computationally efficient formulation are proposed and the main difficulties concerned with the implementation are discussed. The test examples confirm that the proposed constitutive law is in principle applicable for general FE simulations and has the potential of speeding up FE based limit and collapse analyses.
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Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Beitraege fuer eine numerisch effiziente Simulation des Kollapsverhaltens duennwandiger Strukturen zu liefern. Dazu werden zunaechst in der Literatur vorgeschlagene semi-analytische Kollapsmechanismen fuer das progressive Beulen von duennwandigen kreisfoermigen und prismatischen Profilen analysiert. Aufbauend auf diesen Untersuchungen wird im folgenden ein auf dem oberen Traglastsatz der Plastizitaetstheorie basierendes Computerprogramm entwickelt ('sequential limit analysis' Methode), mit welchem das Kollapsverhalten axialsymmetrischer Schalen bei grossen Deformationen untersucht werden kann. Bezueglich des Materialverhaltens wird die exakte Form der Ilyushin-Fliessflaeche verwendet, in deren Rahmen eine sehr genaue Berechnung der inneren Energiedissipation ermoeglicht wird. Es wird weiters gezeigt, dass mit der vorgeschlagenen Methodik (reibunsfreier) innerer Kontakt auf einfache und numerisch effiziente Weise beruecksichtigt werden kann. Anhand mehrerer Beispiele wird die Allgemeinheit der Methode, aber auch deren Eignung fuer vereinfachte Kollapsanalysen, bestaetigt. Zur numerisch effizienten Kollaps- und Traglastanalyse von Schalenstrukturen mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente wird anschliessend ein Schalen-Plastizitaetsalgorithmus, basierend auf der exakten Ilyushin Fliessbedingung, untersucht. Loesungsmoeglichkeiten fuer eine numerisch stabile und effiziente algorithmische Umsetzung werden vorgeschlagen, und dabei auftretende Probleme werden diskutiert. Die erzielten Ergebnisse bestaetigen, dass der vorgeschlagene implizite Plastizitaetsalgorithmus fuer einen praktischen Einsatz in FE-Strukturanalysen prinzipiell geeignet ist und bei geeigneter Implementierung des Materialgesetzes auch tatsaechlich Rechenzeitvorteile gegenueber einer numerischen Dickenintegration zu erwarten sind.