This study concerns with the automated structural optimization of an excavator boom. The need for this work arises due to the fact that the preparation of the CAD model, performing finite element analysis and model data evaluation are time consuming processes and require experienced man power. The previously developed software OptiBOOM, which generates a CAD model using a finite set of parameters and then performs a finite element analysis by using a commercial program has been modified. The model parameter generation, model creation, analysis data collection and data evaluation phases are done by the Python and Delphi based computer codes. A global heuristic search strategy such as genetic algorithm is chosen to search different boom models and select an optimum.

Seismic provisions for steel buildings present limiting width-thickness and slenderness ratios for bracing members. Most of these limits were established based on experimental observations. The number of experimental studies is limited due to the costs associated with them. With the rapid increase in computing power / however, it is now possible to conduct finite element simulation of brace components using personal computers. A finite element study has been undertaken to evaluate the aforementioned limits for pin-ended pipe section steel braces. Fifty four tubular pipe brace models possessing different diameter-to-thickness ratios varying from 5 to 30 and slenderness ratios varying from 40 to 200 were analyzed. The effect of cyclic hardening modulus on the response of braces was explored. In all analysis, the models were subjected to reversed cyclic displacements up to ten times the yield displacement. Local buckling was traced during the loading history using a criterion based on local strains. Results are presented in terms of the ductility level attained by the member at the onset of local buckling. It is shown that local buckling of the section is influenced by the diameter-to-thickness and the slenderness ratios of the member. Moreover, the amount of hardening modulus was found to affect the local buckling response significantly. The need to include this material property into seismic provisions is demonstrated. Finally, the hysteretic energy dissipated by the member was quantified for each displacement excursion.

The purpose of this thesis is to search for the best material model for soft biological tissues in general. Different sections of human body exhibit different responses like stress relaxation, creep, hysteresis and preconditioning to external loading conditions. These body sections can be assumed as viscoelastic, poroelastic or pseudoelastic. After making the choice of the material model from one of these for the current study, the finite element model and the material code to be used with this model have been created. The material code has also been tried on a simple finite element model before implementing to the real model to prove the fact that it is working properly. Then, the constants in the code which simulates the in vivo experimental data that was obtained by indenting the elliptic indenter tip into the forearm, medial part as close as possible, have been derived by inverse finite element method. Consequently, the characteristic behaviors of the soft tissue could be simulated. Despite the big size of the finite element model and very long submission times (up to one day for preconditioning simulation), relaxation and creep behaviors could be simulated with the maximum normalized sum of square errors of 0.74 % and 0.43 %, respectively. The number of square errors for the hysteresis and preconditioning behaviors appeared as 2.56 % and 3.89 % which are also acceptable values. These values prove that these material models are well suited for the simulation of the behavior of soft biological tissues. By using different experimental data obtained from other sections of human body, simulation of the behavior of different soft tissues can be achieved by using these material models.

A local isotropic damage coupled hyperelastic-plastic framework is formulated in principal axes where thermo-mechanical extensions are also addressed. It is shown that, in a functional setting, treatment of many damage growth models, including ones originated from phenomenological models (with formal thermodynamical derivations), micro-mechanical models or fracture criteria, proposed in the literature, is possible. Quasi-unilateral damage evolutionary forms are given with special emphasis on the feasibility of formulations in principal axes. Local integration procedures are summarized starting from a full set of seven equations which are simplified step by step initially to two and finally to one where different operator split methodologies such as elastic predictor-plastic/damage corrector (simultaneous plastic-damage solution scheme) and elastic predictor-plastic corrector-damage deteriorator (staggered plasticdamage solution scheme) are given. For regularization of the post peak response with softening due to damage and temperature, Perzyna type viscosity is devised. Analytical forms accompanied with algorithmic expressions including the consistent material tangents are derived and the models are implemented as UMAT and UMATHT subroutines for ABAQUS/Standard, VUMAT subroutines for ABAQUS/Explicit and UFINITE subroutines for MSC.Marc. The subroutines are used in certain application problems including numerical modeling of discrete internal cracks, namely chevron cracks, in direct forward extrusion process where comparison with the experimental facts show the predicting capability of the model, isoerror map production for accuracy assessment of the local integration methods, and development two novel necking triggering methods in the context of a damage coupled environment.

The bulge test is a commonly used experiment to establish the material stress-strain response at the highest possible strain levels. It consists of a metal sheet placed in a die with a circular opening. It is clamped in place and inflated with hydraulic pressure. In this thesis, a bulge testing apparatus was designed, fabricated, calibrated and used to measure the stress-strain response of an aluminum sheet metal and establish its onset of failure. The custom design incorporates a draw-bead for clamping the plate. A closed loop controlled servohydraulic pressurization system consisting of a pressure booster is used to pressurize the specimens. Deformations of the bulge are monitored with a 3D digital image correlation (DIC) system. Bulging experiments on 0.040 in thick Al-2024-T3 sheets were successfully performed. The 3D nature of the DIC enables simultaneous estimates of local strains as well as the local radius of curvature. The successful performance of the tests required careful design of the draw-bead clamping arrangement. Experiments on four plates are presented, three of which burst in the test section as expected. Finite deformation isotropic plasticity was used to extract the true equivalent stress-strain responses from each specimen. The bulge test results correlated well with the uniaxial results as they tended to fall between tensile test results in the rolling and transverse directions. The bulge tests results extended the stress-strain response to strain levels of the order of 40%, as opposed to failure strains of the order of 10% for the tensile tests. Three-dimensional shell and solid models were used to investigate the onset of localization that precedes failure. In both models, the calculated pressure-deformation responses were found to be in reasonable agreement with the measured ones. The solid element model was shown to better capture the localization and its evolution. The corresponding pressure maximum was shown to be imperfection sensitive. / text

Storm surge, the pileup of seawater occurring as a result of high surface stresses and strong currents generated by extreme storm events such as hurricanes, is known to cause greater loss of life than these storms' associated winds. For example, inland flooding from the storm surge along the Gulf Coast during Hurricane Katrina killed hundreds of people. Previous storms produced even larger death tolls. Simultaneously, dune, barrier island, and channel erosion taking place during a hurricane leads to the removal of major flow controls, which significantly affects inland inundation. Also, excessive sea bed scouring around pilings can compromise the structural integrity of bridges, levees, piers, and buildings. Modeling these processes requires tightly coupling a bed morphology equation to the shallow water equations (SWE). Discontinuous Galerkin finite element methods (DGFEMs) are a natural choice for modeling this coupled system, given the need to solve these problems on large, complicated, unstructured computational meshes, as well as the desire to implement hp-adaptivity for capturing the dynamic features of the solution. Comprehensive modeling of these processes in the coastal zone presents several challenges and open questions. Most existing hydrodynamic models use a fixed-bed approach; the bottom is not allowed to evolve in response to the fluid motion. With respect to movable-bed models, there is no single, generally accepted mathematical model in use. Numerical challenges include coupling models of processes that exhibit disparate time scales during fair weather, but possibly similar time scales during intense storms. The main goals of this dissertation include implementing a robust, efficient, tightly-coupled morphological model using the local discontinuous Galerkin (LDG) method within the existing Advanced Circulation (ADCIRC) modeling framework, performing systematic code and model verification (using test cases with known solutions, proven convergence rates, or well-documented physical behavior), analyzing the stability and accuracy of the implemented numerical scheme by way of a priori error estimates, and ultimately laying some of the necessary groundwork needed to simultaneously model storm surges and bed morphodynamics during extreme storm events. / text

Beschreibung der Finite Elemente Software-Familie SPC-PM3-AdH-XX für: (S)cientific (P)arallel (C)omputing - (P)rogramm-(M)odul (3)D (ad)aptiv (H)exaederelemente. Für XX stehen die einzelnen Spezialvarianten, die in Teil 2 detailliert geschildert werden. Stand: Ende 2013

Στις ηλεκτρικές μηχανές η θερμική ανάλυση είναι εξίσου σημαντική με την ηλεκτρομαγνητική ανάλυση, διότι η θέρμανση μίας μηχανής είναι αυτή που τελικά οριοθετεί την ονομαστική ισχύ της. Ακριβής θερμική μοντελοποίηση της μηχανής απαιτείται για την επίτευξη υψηλής απόδοσης, την ορθή σχεδίαση, την επιλογή των υλικών και του τρόπου ψύξης και τη βελτιστοποίηση κόστους. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των απωλειών, ο υπολογισμός της παραγόμενης θερμότητας και η εύρεση της κατανομής θερμοκρασίας στο εσωτερικό ενός ασύγχρονου κινητήρα στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας του με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. / Thermal analysis of electrical machines is as important as electromagnetic analysis, since the machine heating actually determines the nominal power of the machine. Accurate thermal modelling is necessary in order to achieve high performance, proper design, cost optimization and selection of the most suitable materials and cooling method. The goal of this project is the study of power losses and the calculation of the produced heat and temperature distribution inside an induction motor, which operates at steady state, using the finite element method.

Οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις για στιβαρότερες και ελαφρύτερες κατασκευές οδήγησαν στην ανάπτυξη νέων υλικών. Η αύξηση της αντοχής με την ταυτόχρονη μείωση του βάρους έχουν σαν συνέπεια τη μείωση του κόστους, όχι όμως εναντίον της αξιοπιστίας και λειτουργικότητας. Τα νέα υλικά έχουν υψηλότερες τιμές του λόγου αντοχής/βάρος σε σύγκριση με εκείνες των συμβατικών υλικών. Σαν αποτέλεσμα, χρησιμοποιούνται στη δημιουργία προηγμένων και ευφυών κατασκευών, οι οποίες ανταποκρίνονται στα πρότυπα αξιοπιστίας και λειτουργικότητας για τα οποία έχουν σχεδιαστεί. Το πεδίο εφαρμογής των προηγμένων υλικών εκτείνεται σε ένα ευρύ φάσμα κατασκευών, όπως στη βιομηχανία των αυτοκινήτων, στην αεροδιαστημική, καθώς και σε μια πληθώρα προϊόντων καθημερινής χρήσης. Η ανά χείρας διατριβή ασχολείται με την προσομοίωση και τη μελέτη των φαινομένων που σχετίζονται με τις αστοχίες και ειδικότερα με τις διαδικασίες διάρρηξης δεσμού πρόσφυσης σε υλικά με ανομοιογένειες, που κατά κύριο λόγο είναι σύνθετα υλικά. Με την εισαγωγή αντιπροσωπευτικών όγκων αναφοράς που περιγράφουν την επαναληψιμότητα της γεωμετρίας, είναι δυνατόν να επιτευχθεί μια αντικειμενική προσομοίωση, με ανεξάρτητες μεταβλητές τη διάταξη των ενισχύσεων και την κατ’ όγκο περιεκτικότητα. Διερευνώνται οι εστίες συγκέντρωσης τάσεων και παραμορφώσεων, καθώς και η αλληλεξάρτησή τους από τις ανεξάρτητες μεταβλητές του προβλήματος, όπως μεταξύ άλλων είναι η παρουσία ενδιάμεσης φάσης, η ατελής πρόσφυση κλπ. Προσομοιώνεται η αποκόλληση κατά μήκος της ενδιάμεσης φάσης, ο θρυμματισμός των ινών και αναλύεται ο τρόπος με τον οποίο αλληλεπιδρά μια θραυσμένη ίνα στις ΠΡΟΛΟΓΟΣ iii γειτονικές της. Οι προσομοιώσεις και οι αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν, αφορούν υλικά τα οποία έχουν εκτεταμένες ή συγκεντρωμένες ενισχύσεις και χαρακτηρίζονται από ανομοιογένειες στην περιοχή μεταξύ των ενισχύσεων και της μήτρας. Το ένα υλικό διακρίνεται από το άλλο και κατά συνέπεια η μία φάση από την άλλη, διαμέσου της διεπιφάνειας. Η τυχαία ή συστηματική διάταξη των ενισχύσεων επιβάλλει την υιοθέτηση ενός αντιπροσωπευτικού στοιχείου όγκου, το οποίο να περιλαμβάνει δύο ή και περισσότερες ομογενείς φάσεις, που διαχωρίζονται μεταξύ τους με διεπιφάνειες, οι οποίες δεν είναι τίποτα περισσότερο από ανομοιογενείς στρώσεις ενδιάμεσων φάσεων, των οποίων οι ιδιότητες μεταβάλλονται κατά την έννοια του πάχους αυτών. Οι αστοχίες υλικών όπως τα παραπάνω αποτελούν δημοφιλέστατο αντικείμενο μελέτης εξαιτίας των ιδιαίτερα καταστροφικών τους αποτελεσμάτων. Η μείωση ή και η ολοκληρωτική απώλεια της ικανότητάς του να επιτελούν το σκοπό για τον οποίο σχεδιάστηκαν, μειώνουν την αξιοπιστία τους και οδηγούν σε απροσδόκητες αστοχίες με ολέθριες συνέπειες σε ότι αφορά την ασφάλεια, τη λειτουργικότητα και το κόστος του εξοπλισμού. Η κύρια αιτία που οδηγεί σε αστοχία ένα υλικό (εκτός από τη φθορά και τη διάβρωση) είναι η παραμόρφωση, με την οποία εννοούμε τη μεταβολή στο σχήμα ενός υλικού και αφορά κυρίως τις μηχανικές αστοχίες, οι οποίες είναι και το αντικείμενο μελέτης αυτής της διατριβής. Η παραμόρφωση ως επί το πλείστον οφείλεται σε εξωτερικά φορτία και μπορεί να είναι ελαστική ή πλαστική. Η τελευταία είναι δυνατόν να οδηγήσει σε θραύση. Ένα νέο είδος μηχανικής αστοχίας είναι η αποκόλληση, η οποία εμφανίζεται στις διεπιφάνειες των προηγμένων υλικών. Σαν αποτέλεσμα, όταν τα υλικά αυτά βρεθούν κάτω από κρίσιμο συνδυασμό εντατικών καταστάσεων να εγείρεται η διάρρηξη του δεσμού πρόσφυσής και κατά συνέπεια να αποτελούν εστίες εκκίνησης ρωγμών. Όλοι οι παραπάνω λόγοι επέβαλλαν τη μελέτη της αριθμητικής προσομοίωσης διάρρηξης δεσμού πρόσφυσης σε ανομοιογενή υλικά, καταλαβαίνοντας τη σημαντικότατη συμβολή που θα έχουν τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα που θα προκύψουν από αυτή. Αρχικά ο αναγνώστης, στο πρώτο κεφάλαιο, έρχεται σε μια πρώτη επαφή με τα σύνθετα υλικά, τα χαρακτηριστικά τους, τις αστοχίες που εκδηλώνονται σε αυτά, τον τρόπο με τον οποίο θεωρούνται από απλά ολιγοφασικά σε πολυφασικά υλικά, ενώ εισάγεται η έννοια της ενδιάμεσης φάσης, παρουσιάζονται οι ιδιότητες της και εν συνεχεία γίνεται μια σύντομη βιβλιογραφική ανασκόπηση. Έπειτα περιγράφεται το αντικείμενο των κεφαλαίων της παρούσας διατριβής. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναπτύσσεται η μοντελοποίηση των iv φάσεων των σύνθετων υλικών και παρουσιάζονται τα διάφορα μοντέλα της ενδιάμεσης φάσης. Στο τρίτο κεφάλαιο επεξηγείτε ο τρόπος με τον οποίο επιτυγχάνεται η τμηματική ομοιογένεια της ενδιάμεσης φάσης, πραγματοποιείται ο αντικειμενικός ορισμός του μοντέλου, εφαρμόζεται μια ημιαναλυτική διαδικασία προσέγγισης της ανομοιογένειας της ενδιάμεσης φάσης και περιγράφονται τα λεγόμενα διεπιφανειακά στοιχεία, που χρησιμεύουν στην εκκίνηση της διάρρηξης του δεσμού πρόσφυσης. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται επιλεκτικά αποτελέσματα που ελήφθησαν από τις προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν, ενώ τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο παραθέτονται τα συνολικά συμπεράσματα αυτής της προσπάθειας και οι προοπτικές που διανοίγονται από αυτήν. / The increasing demands for the development of improved and intelligent constructions, that will meet the desired reliability and functional standards, have led to new materials of higher strength/weight ratio comparing to those of the traditional materials. The present work is focused on the study -through simulation- of phenomena related to material failures and specifically to adhesion bond breaking of inhomogeneous materials. Through the introduction of representative reference volumes describing the repetitiveness of geometry, a realistic simulation can be evaluated, in which fibers packing dimensions and volumetric composition are the independent parameters. The areas of stress and strain accumulation, as well as their dependence on the problem independent variables (as weak interphase, imperfect adhesion etc), are discussed. The debonding along interphase and fiber fragmentation are simulated, while the reaction mechanism of a broken fiber near it is analysed. The materials under study include short and long reinforcements, while presenting inhomogenities among reinforcements and fibers (interphase area). Fibers packing demand the use of a representative volume element, which is consisted of two or more homogeneous phases, separated by interfaces. Those interfaces are inhomogeneous interphase layers, whose properties vary with their thickness. The validity of the proposed simulation method is established through the accuracy, the repetitiveness and the convergence of its results. The innovations of this work are the following:  For the first time, a study of the interphase and imperfect adhesion affection to the side debonding of fiber composite materials with FEA takes place.  A parametric model is developed, contributing to the realistic solution of this kind of problems.  For the first time, the development of hybrid interphase and its introduction to FEA analysis, take place.  For the first time, the simulation of fiber fragmentation and the use of interphase elements, to this analysis, take place.  Realistic simulation is improved, as well as the result process through modern computation tools. This general model for the prediction and the failure analysis of bonds breaking can be applied to other kinds of failure problems as well, for future research.

No description available.