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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 14 / Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen  → Institut für konstruktiven Ingenieurbau (IKI)  → Fachgebiet Stahl- und Verbundbau  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2013062642887

Title: Generic Finite Element Model for Mechanically Consistent Scaling of Composite Beam-to-column Joint with Welded Connection
Authors: Amorntipsakul, Saenboon
???metadata.dc.subject.swd???: Finite-Elemente-MethodeRiegel <Bauwesen>
???metadata.dc.subject.ddc???: 620 - Ingenieurwissenschaften (Engineering and allied operations)
Issue Date: 26-Jun-2013
Abstract: To study the behaviour of beam-to-column composite connection more sophisticated finite element models is required, since component model has some severe limitations. In this research a generic finite element model for composite beam-to-column joint with welded connections is developed using current state of the art local modelling. Applying mechanically consistent scaling method, it can provide the constitutive relationship for a plane rectangular macro element with beam-type boundaries. Then, this defined macro element, which preserves local behaviour and allows for the transfer of five independent states between local and global models, can be implemented in high-accuracy frame analysis with the possibility of limit state checks. In order that macro element for scaling method can be used in practical manner, a generic geometry program as a new idea proposed in this study is also developed for this finite element model. With generic programming a set of global geometric variables can be input to generate a specific instance of the connection without much effort. The proposed finite element model generated by this generic programming is validated against testing results from University of Kaiserslautern. Finally, two illustrative examples for applying this macro element approach are presented. In the first example how to obtain the constitutive relationships of macro element is demonstrated. With certain assumptions for typical composite frame the constitutive relationships can be represented by bilinear laws for the macro bending and shear states that are then coupled by a two-dimensional surface law with yield and failure surfaces. In second example a scaling concept that combines sophisticated local models with a frame analysis using a macro element approach is presented as a practical application of this numerical model.Um das Verhalten der Riegel-Stützen-Verbindung eingehender zu untersuchen, sind Modelle der finiten Elemente notwendig, da das Komponentenmodell einige starke Beschränkungen aufweist. In dieser Doktorarbeit wird mit Hilfe hochmoderner Modellierung ein Finite-Element-Modell für Riegel-Stützen-Verbindung, verbunden mit geschweißten Anschlüssen, entwickelt. Dabei ist anzumerken, dass „Riegel“ in dieser Arbeit als Verbund aufzufassen ist. Eine angewandte, mechanisch konsistente Skalierungsmethode (‚Mechanically Consistent Scaling Method’) ist in der Lage, die konstitutive Beziehung (‚Constitutive Relationship’) eines flachen rechtwinkligen Makroelements zu stützenartigen Begrenzungen zu liefern. Im Anschluss daran kann das definierte Makroelement, welches lokales Verhalten bewahrt und den Transfer von fünf unabhängigen Zuständen (‚Five Independent States’) zwischen lokalen und globalen Modellen erlaubt, in eine äußerst genaue Rahmenanalyse mit der Möglichkeit zu Tragfähigkeitsnachweisen implementiert werden. Damit das Makroelement für die Skalierungsmethode zur Anwendung zu bringen ist, wird ein allgemeines Geometrie- Programm für das Finite-Element-Modell entfaltet – eine neue, in dieser Studie vorgebrachte Idee. Mittels genereller Programmierung kann ein Satz geometrischer Variablen eingegeben werden, um einen spezifischen Fall der Verbindung ohne großen Aufwand zu generieren. Das vorgeschlagene, durch diese generische Programmierung (‚Generic Programming’) erstellte Finite-Element-Modell wird im Abgleich mit Testergebnissen der Universität von Kaiserslautern für gültig erklärt. Schließlich werden zwei erläuternde Beispiele der Anwendung dieses Makroelementansatzes präsentiert. Das erste Beispiel zeigt, wie die konstitutiven Beziehungen eines Makroelements zu erschaffen sind. Mit gewissen Annahmen zu typischen Verbundrahmen können die konstitutiven Verhältnisse durch bilineare Gesetze für Makrobiegungszustand und Makro- Querzustand, gekoppelt mit einem Gesetz für zweidimensionale Oberflächen (‚Two- Surface Law’) mit Streckgrenzen- (‚Yield Surface’) und Versagen-oberfläche (‚Failure Surface’), dargestellt werden. Im zweiten Beispiel wird ein dank des Makroelementansatzes komplizierte lokale Modelle mit der Rahmenanalyse kombinierendes Skalierungskonzept im Kapitel 4 als pragmatischer Einsatz dieses numerischen Modells vorgestellt.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2013062642887
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