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Berichte der Fachtagung Baustatik - Baupraxis 14 : 23. und 24. März 2020, Universität Stuttgart
(Stuttgart : Institut für Baustatik und Baudynamik, Universität Stuttgart, 2020) Bischoff, Manfred; Scheven, Malte von; Oesterle, Bastian
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Improving efficiency and robustness of enhanced assumed strain elements for nonlinear problems
(2021) Pfefferkorn, Robin; Bieber, Simon; Oesterle, Bastian; Bischoff, Manfred; Betsch, Peter
The enhanced assumed strain (EAS) method is one of the most frequently used methods to avoid locking in solid and structural finite elements. One issue of EAS elements in the context of geometrically nonlinear analyses is their lack of robustness in the Newton-Raphson scheme, which is characterized by the necessity of small load increments and large number of iterations. In the present work we extend the recently proposed mixed integration point (MIP) method to EAS elements in order to overcome this drawback in numerous applications. Furthermore, the MIP method is generalized to generic material models, which makes this simple method easily applicable for a broad class of problems. In the numerical simulations in this work, we compare standard strain‐based EAS elements and their MIP improved versions to elements based on the assumed stress method in order to explain when and why the MIP method allows to improve robustness. A further novelty in the present work is an inverse stress‐strain relation for a Neo‐Hookean material model.
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Intrinsisch lockingfreie Schalenformulierungen
(Stuttgart : Institut für Baustatik und Baudynamik, Universität Stuttgart, 2018) Oesterle, Bastian; Bischoff, Manfred (Prof. Dr.-Ing. habil.)
Angesichts einer stetig steigenden Anzahl komplexer Diskretisierungsverfahren beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit intrinsisch lockingfreien Schalenformulierungen. Aus der Literatur bekannte Konzepte versuchen stets die durch die Diskretisierung entstehenden Locking-Effekte zu beseitigen oder abzumindern. Tritt Locking jedoch gar nicht auf, ist dessen Beseitigung obsolet. Deshalb sollen die hier vorgestellten Schalenformulierungen numerische Locking-Effekte bereits auf Theorieebene vermeiden, ungeachtet vom verwendeten Diskretisierungsschema. Die Vermeidung von Locking bereits vor der Diskretisierung verspricht ein breites Anwendungsspektrum für diverse Diskretisierungsverfahren im Bereich von Computersimulationen physikalischer Vorgänge. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der intrinsischen Vermeidung von Querschublocking in Formulierungen für Strukturtheorien. Über hierarchische Reparametrisierung der kinematischen Gleichungen kann Querschublocking im Rahmen einer primalen Methode a priori vermieden werden. Das Konzept wird gleichermaßen für schubweiche Balken-, Platten- und Schalenformulierungen demonstriert, wobei jeweils zwei hierarchische Parametrisierungen unterschieden werden. Der zweite theoretische Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der intrinsischen Vermeidung aller geometrischen Locking-Effekte, vor allem aber von Membranlocking. Es wird ein neuartiges, reparametrisiertes gemischtes Prinzip vorgestellt, in dem ausschließlich Verschiebungsgrößen als Primärvariablen auftreten. Diese Reparametrisierung führt dazu, dass die für gemischte Methoden notwendige Wahl geeigneter Spannungs- oder Verzerrungsräume entfällt. Die daraus resultierende intrinsische Vermeidung geometrischer Locking-Effekte verspricht ein breites Anwendungsspektrum dieser Methode.
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Transverse shear parametrization in hierarchic large rotation shell formulations
(2024) Thierer, Rebecca; Oesterle, Bastian; Ramm, Ekkehard; Bischoff, Manfred
Consistent treatment of large rotations in common Reissner-Mindlin formulations is a complicated task. Reissner-Mindlin formulations that use a hierarchic parametrization provide an elegant way to facilitate large rotation shell analyses. This can be achieved by the assumption of linearized transverse shear strains, resulting in an additive split of strain components, which technically simplifies implementation of corresponding shell finite elements. The present study aims at validating this assumption by systematically comparing numerical solutions with those of a newly implemented hierarchic and fully nonlinear Reissner-Mindlin shell element.