The principal aims of this research have been the development of photogrammetric techniques for the measurement of anisotropic deformation in uniaxially loaded cylindrical specimens. This has been achieved through the use of calibrated cameras and the application of edge detection and multiple view geometry. The techniques have been demonstrated at quasi-static strain rates, 10^-3 s^-1, using a screw-driven loading device and high strain rates, 10^3 s^-1, using Split Hopkinson Bars. The materials that have been measured using the technique are nearlyisotropic steel, anisotropic cross-rolled Ti-6Al-4V and anisotropic clock-rolled commercially pure Zr. These techniques allow the surface shapes of specimens that deform elliptically to be completely tracked and measured in situ during loading. This has allowed the measurement of properties that could not have been recorded before, including true direct stress and the ratio of transverse strains in principal material directions, at quasi-static and elevated strain rates, in tension and compression. The techniques have been validated by measuring elliptical prisms of various aspect ratios and independently measuring interrupted specimens using a coordinate measurement machine. A secondary aim of this research has been to improve the characterisation of the anisotropic mechanical properties of cross-rolled Ti-6Al-4V using the techniques developed. In particular, the uniaxial yield stresses, hardening properties and the associated anisotropic deformation behaviour along the principal material directions, have all been recorded in detail not seen before. Significant findings include: higher yield stresses in-plane than in the through-thickness direction in both tension and compression, and the near transverse-isotropy of the through-thickness direction for loading conditions other than quasi-static tension, where significant anisotropy was observed.

The reliability analysis of plates and shells with respect to plastic collapse or to inadaptation is formulated on the basis of limit and shakedown theorems. The loading, the material strength and the shell thickness are considered as random variables. Based on a direct definition of the limit state function, the nonlinear problems may be efficiently solved by using the First and Second Order Reliability Methods (FORM/SORM). The sensitivity analyses in FORM/SORM can be based on the sensitivities of the deterministic shakedown problem. The problem of reliability of structural systems is also handled by the application of a special barrier technique which permits to find all the design points corresponding to all the failure modes. The direct plasticity approach reduces considerably the necessary knowledge of uncertain input data, computing costs and the numerical error. / Die Zuverlässigkeitsanalyse von Platten und Schalen in Bezug auf plastischen Kollaps oder Nicht-Anpassung wird mit den Traglast- und Einspielsätzen formuliert. Die Lasten, die Werkstofffestigkeit und die Schalendicke werden als Zufallsvariablen betrachtet. Auf der Grundlage einer direkten Definition der Grenzzustandsfunktion kann die Berechnung der Versagenswahrscheinlichkeit effektiv mit den Zuverlässigkeitsmethoden erster und zweiter Ordnung (FROM/SORM) gelöst werden. Die Sensitivitätsanalysen in FORM/SORM lassen sich auf der Basis der Sensitivitäten des deterministischen Einspielproblems berechnen. Die Schwierigkeiten bei der Ermittlung der Zuverlässigkeit von strukturellen Systemen werden durch Anwendung einer speziellen Barrieremethode behoben, die es erlaubt, alle Auslegungspunkte zu allen Versagensmoden zu finden. Die Anwendung direkter Plastizitätsmethoden führt zu einer beträchtlichen Verringerung der notwendigen Kenntnis der unsicheren Eingangsdaten, des Berechnungsaufwandes und der numerischen Fehler.

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der thermo-mechanischen Beschreibung und Bewertung von keramischen Filtern für die Metallschmelze-Filtration mithilfe der Finiten-Elemente-Methode. Infolge des zellularen Aufbaus des Werkstoffs handelt es sich um ein Mehrskalenproblem. Grundlegende Aufgaben der Arbeit waren deshalb die geometrische und mechanische Modellbildung sowie die Untersuchung verschiedener effizienzsteigernder Methoden zur Gewinnung einer akkuraten numerischen Lösung. Dabei wurden sowohl verschiedene Verfahren aus der Fachliteratur implementiert und kritisch bewertet, als auch neue Ansätze verfolgt. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf das effektive elastische und elastisch-plastische Verhalten von Kelvin-, Weaire-Phelan- und Voronoi-Strukturen. Insbesondere die entwickelten Methoden und Werkzeuge zur automatisierten Modellbildung gestatten in einfacher Weise die Umsetzung von Parameterstudien und Optimierungsaufgaben. Aus darauf aufbauenden Sensitivitätsstudien wurden Empfehlungen hinsichtlich der geometrischen und mechanischen Modellbildung für zellulare Werkstoffe abgeleitet. Diese betreffen auch vielfach eingesetzte Methoden zur Modellreduktion für diese Werkstoffe und tragen somit zukünftig zu einer effizienteren Bewertung von Filterstrukturen bei.