19 research outputs found
Mixed finite Elements for Smart Materials and Structures
No full textIn dieser Arbeit wird die Shear-Locking-frie Tangential Displacement Normal Normal Stress Finite-Elemente-Methode für elastische Probleme (TDNNS-Methode) für die Behandlung intelligenter Strukturen erweitert. Es werden zwei Varianten zur Behandlung linearer piezoelektrischer Probleme vorgestellt. In der erste Variante wird das elektrische Potential als Freiheitsgrad verwendet. In einem weiteren Schritt wird die TDNNS-Methode auf nichtlineare Vorgänge in ferroelastischen Materialien erweitert. Deren Polarisierungsprozess wird mithilfe eines phänomenologischen Materialmodells beschrieben, in welchem die Entwicklung der irreversiblen Polarisierung durch Ungleichungen modelliert wird. Die irreversible Polarisierung wird als freie Größe eingeführt, die irreversiblen Verzerrungen werden als ausschließlich von dieser abhängig betrachtet. Das verwendete Materialmodell wird in einem thermodynamisch konsistenten Rahmen formuliert. Dies führt auf eine inkrementelle Variationsungleichung für den Polarisierungsvorgang. Diese Formulierung wird über einen active-set-Algorithmus in einer Finite-Elemente-Umgebung umgesetzt.eingereicht von DI Martin Meindlhumer, BScAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersDissertation Universität Linz 202
Optimale Platzierung von Momentaktorik auf Platten
No full texteingereicht von: Martin MeindlhumerKurzfassung in dt. und engl. SpracheLinz, Univ., Master-Arb., 201
Optimale Platzierung von Momentaktorik auf Platten
No full texteingereicht von: Martin MeindlhumerKurzfassung in dt. und engl. SpracheLinz, Univ., Master-Arb., 201
Damage and Failure Prediction of Laminated Weaves by Mechanism Based Envelopes
No full textDie Forderung nach immer effizienteren und leichteren Strukturen erhöht kontinuierlich den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen. Um deren gesamtes Potential nutzen zu können sind aussagekräftige Berechnugsmodelle notwendig. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Konzepts zur Beurteilung der Materialauslastung von Verbundwerkstoffen im Allgemeinen und Faser-Kunststoff-Verbundlaminaten aus biaxialen Geflechten im Speziellen. Es wird die Idee verfolgt, anhand einer Einheitszelle die Spannungen und Verzerrungen aus der linearen Finiten Elemente Analyse einer Struktur zu beurteilen.Als Grundlage dient die Verwendung der Finiten Elemente Methode. Durch eine aus Schalenelementen modellierte Einheitszelle ist es möglich effizient nichtlineare Effekte in den Faserbündeln und Matrixtaschen zu berücksichtigen. Zum Einsatz kommem Konstitutivgesetze die Schädigung und Plastizieren zulassen. Es werden skalare Größen definiert denen mechanismenbasierte dissipierte Energien zu Grunde liegen. Diese ermöglichen den Grad der Materialauslastung zu beschreiben. Mittels radialer Belastungspfade verteilt im ebenen Spannungsraum erfolgt zum Einen die Erstellung von Hüllflächen, die ein bestimmtes Niveau an Schädigung oder Plastizieren markieren. Zum Anderen wird die Vorhersage der Reihenfolge des Eintretens vordefinierter Ereignisse möglich.Abschließend wird eine Strategie entwickelt um den Grad der Materialauslastung in kritische und nicht kritische Zustände einzuteilen. Dabei bedient man sich der Steigung von Verläufen der dissipierten Energieniveaus.Als Grundlage dienen kraftgesteuerte Analysen. Wegen des nichtlinearen Verhaltens werden diese von den Ergebnissen aus verschiebungsgesteuerten Analysen abweichen. Zusätzlich ist zu betonen, dass die Verwendung anderer Materialgesetze zu abweichenden Resultaten führen kann. Beides ist in weiterführenden Arbeiten zu prüfen
STRENGTH AND WEIGHT EQUIVALENT SUBSTITUTION OF LARGE SANDWICH PANELS BY MONOLITHIC CFRP STRUCTURES
No full textQuantitative analysis of surface wave patterns of Min proteins
No full textThe Min protein system is arguably the best-studied model system for biological pattern formation. It exhibits pole-to-pole oscillations in E. coli bacteria as well as a variety of surface wave patterns in in vitro reconstitutions. Such Min surface wave patterns pose particular challenges to quantification as they are typically only semi-periodic and non-stationary. Here, we present a methodology for quantitatively analysing such Min patterns, aiming for reproducibility, user-independence, and easy usage. After introducing pattern-feature definitions and image-processing concepts, we present an analysis pipeline where we use autocorrelation analysis to extract global parameters such as the average spatial wavelength and oscillation period. Subsequently, we describe a method that uses flow-field analysis to extract local properties such as the wave propagation velocity. We provide descriptions on how to practically implement these quantification tools and provide Python code that can directly be used to perform analysis of Min patterns.BN/Cees Dekker La
The polarization process of ferroelectric materials in the framework of variational inequalities
No full textWe are concerned with the mathematical modeling of the polarization process in ferroelectric media. We assume that this dissipative process is governed by two constitutive functions, which are the free energy function and the dissipation function. The dissipation function, which is closely connected to the dissipated energy, is usually non‐differentiable. Thus, a minimization condition for the overall energy includes the subdifferential of the dissipation function. This condition can also be formulated by way of a variational inequality in the unknown fields strain, dielectric displacement, remanent polarization and remanent strain. We analyze the mathematical well‐posedness of this problem. We provide an existence and uniqueness result for the time‐discrete update equation. Under stronger assumptions, we can prove existence of a solution to the time‐dependent variational inequality. To solve the discretized variational inequality, we use mixed finite elements, where mechanical displacement and dielectric displacement are unknowns, as well as polarization (and, if included in the model, remanent strain). It is then possible to satisfy Gauss' law of zero free charges exactly. We propose to regularize the dissipation function and solve for all unknowns at once in a single Newton iteration. We present numerical examples gained in the open source software package Netgen/NGSolve.Linz Center of Mechatronics COMET-K2Version of recor
Towards a Monolithic Design of Large Aircraft Wing Spoilers Using Numerical Topology and Laminate Optimization
No full textActa Mechanica volume / Mixed finite elements applied to acoustic wave problems in compressible viscous fluids under piezoelectric actuation
No full textIn the present contribution, we develop a mixed finite element method capable of the coupled multi-field simulation of a viscous fluid actuated by a piezoelectric resonator. Several challenges are met with in this setting, among which are the necessity of correct interface coupling, near incompressibility of the fluid, adverse geometric dimensions of flat piezoelectric transducers and different length scales of shear and pressure wave. Assuming small deformations and velocities, we present a mixed variational formulation with consistent interface coupling conditions in (mechanic) frequency domain. Both fluid and piezoelectric solid domain are discretized using Tangential-Displacement Normal-Normal-Stress elements. These elements model not only the deformation, but add an independent tensor-valued stress approximation. The method has been rigorously proven to be free from shear locking for flat prismatic or hexahedral elements. Thus, modeling of the flat geometry of piezoelectric resonators as well as resolution of the fastly decaying shear wave are facilitated. To circumvent the problem of volume locking due to the near incompressibility of the fluid, an additional independent pressure field is introduced. We present computational results indicating the capability of the method.Version of recor
Journal of Intelligent Material Systems and Structures / Variational inequalities for ferroelectric constitutive modeling
No full textThis paper is concerned with modeling the polarization process in ferroelectric media. We develop a thermodynamically consistent model, based on phenomenological descriptions of free energy as well as switching and saturation conditions in form of inequalities. Thermodynamically consistent models naturally lead to variational formulations. We propose to use the concept of variational inequalities. We aim at combining the different phenomenological conditions into one variational inequality. In our formulation we use one Lagrange multiplier for each condition (the onset of domain switching and saturation), each satisfying Karush-Kuhn-Tucker conditions. An update for reversible and remanent quantities is then computed within one, in general nonlinear, iteration.Version of recor
