Small kinematics assumption in classical engineering has been in the center of consideration in structural analysis for decennaries. In the recent years the interest for sustainable and optimized structures, lightweight structures and new materials has grown rapidly as a consequence of desire to archive economical sustainability. These issues involve non-linear constitutive response of materials and can only be accessed on the basis of geometrically and materially non-linear analysis. Numerical simulations have become a conventional tool in modern engineering and have proven accuracy in computation and are on the verge of superseding time consuming and costly experiments.\newlineConsequently, this work presents a numerical computational framework for modeling of geometrically non-linear large deformation of isotropic and orthotropic materials under static and dynamic loading. The numerical model is applied on isotropic steel in plane strain and orthotropic wood in 3D under static and dynamic loading. In plane strain Total Lagrangian, Updated Lagrangian, Newmark-$\beta$ and Energy Conserving Algorithm time-integration methods are compared and evaluated. In 3D, a Total Lagrangian static approach and a Total Lagrangian based dynamic approach with Newmark-$\beta$ time-integration method is proposed to numerically predict deformation of wood under static and dynamic loading. The numerical model's accuracy is validated through an experiment where a knot-free pine wood board under large deformation is studied. The results indicate accuracy and capability of the numerical model in predicting static and dynamic behaviour of wood under large deformation. Contrastingly, classical engineering solution proves its inaccuracy and incapability of predicting kinematics of the wood board under studied conditions. / Små kinematikantaganden inom klassisk ingenjörsteknik har varit centralt för konstruktionslösningar under decennier. Under de senaste åren har intresset för hållbara och optimerade strukturer, lättviktskonstruktioner och nya material ökat kraftigt till följd av önskan att uppnå ekonomisk hållbarhet. Dessa nya konstruktionslösningar involverar icke-linjär konstitutiv respons hos material och kan endast studeras baserad på geometriskt och materiellt olinjär analys. Numeriska simuleringar har blivit ett konventionellt verktyg inom modern ingenjörsteknik och visat sig ge noggrannhet i beräkning och kan på sikt ersätta tidskrävande och kostsamma experiment.\newlineDetta examensarbete presenterar ett numeriskt beräkningsramverk för modellering av geometrisk olinjäritet med stora deformationer hos isotropa och ortotropa material vid statisk och dynamisk belastning. Den numeriska modellen appliceras på isotropiskt stål i plantöjning och ortotropisk trä i 3D vid statisk och dynamisk belastning. I fallet med plantöjning jämförs och utvärderas den Totala Lagrangianen, Uppdaterade Lagrangianen, Newmark-$\beta$ och Energi Konserverings Algoritm metoderna. I 3D föreslås en statisk Total Lagrangian metod och en dynamisk Total Lagrangian-baserad metod med Newmark-$\beta$ tidsintegreringsmetod för att numeriskt förutse statisk och dynamisk deformation hos trä. Den numeriska modellens noggrannhet valideras genom ett experiment där en kvistfri furuplanka studeras under stora deformationer. Resultaten bekräftar noggrannhet och förmåga hos den numeriska modellen att förutse statiska och dynamiska processer hos trä vid stora deformationer. Däremot, visar klassisk ingenjörslösning brist på förmåga att förutse trä plankans kinematik under studerade förhållanden.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:lnu-104227 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Bondsman, Benjamin |
| Publisher | Linnéuniversitetet, Institutionen för byggteknik (BY) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0032 seconds