@article{Staat2000,
  author    = {Staat, Manfred},
  title     = {Basis Reduction for the Shakedown Problem for Bounded Kinematic Hardening Material},
  year      = {2000},
  abstract  = {Limit and shakedown analysis are effective methods for assessing the load carrying capacity of a given structure. The elasto-plastic behavior of the structure subjected to loads varying in a given load domain is characterized by the shakedown load factor, defined as the maximum factor which satisfies the sufficient conditions stated in the corresponding static shakedown theorem. The finite element dicretization of the problem may lead to very large convex optimization. For the effective solution a basis reduction method has been developed that makes use of the special problem structure for perfectly plastic material. The paper proposes a modified basis reduction method for direct application to the two-surface plasticity model of bounded kinematic hardening material. The considered numerical examples show an enlargement of the load carrying capacity due to bounded hardening.},
  subject      = {Finite-Elemente-Methode},
  language  = {en}
}
@inproceedings{Staat2003,
  author    = {Staat, Manfred},
  title     = {Design by Analysis of Pressure Components by non-linear Optimization},
  year      = {2003},
  abstract  = {This paper presents the direct route to Design by Analysis (DBA) of the new European pressure vessel standard in the language of limit and shakedown analysis (LISA). This approach leads to an optimization problem. Its solution with Finite Element Analysis is demonstrated for some examples from the DBA-Manual. One observation from the examples is, that the optimisation approach gives reliable and close lower bound solutions leading to simple and optimised design decision.},
  language  = {en}
}
@article{Staat2001,
  author    = {Staat, Manfred},
  title     = {LISA - a European project for FEM-based limit and shakedown analysis},
  year      = {2001},
  abstract  = {The load-carrying capacity or the safety against plastic limit states are the central questions in the design of structures and passive components in the apparatus engineering. A precise answer is most simply given by limit and shakedown analysis. These methods can be based on static and kinematic theorems for lower and upper bound analysis. Both may be formulated as optimization problems for finite element discretizations of structures. The problems of large-scale analysis and the extension towards realistic material modelling will be solved in a European research project. Limit and shakedown analyses are briefly demonstrated with illustrative examples.},
  subject      = {Einspielen <Werkstoff>},
  language  = {en}
}
@article{Staat2000,
  author    = {Staat, Manfred},
  title     = {Direct FEM Limit and Shakedown Analysis with Uncertain Data},
  year      = {2000},
  abstract  = {The structural reliability with respect to plastic collapse or to inadaptation is formulated on the basis of the lower bound limit and shakedown theorems. A direct definition of the limit state function is achieved which permits the use of the highly effective first order reliability methods (FORM) is achieved. The theorems are implemented into a general purpose FEM program in a way capable of large-scale analysis. The limit state function and its gradient are obtained from a mathematical optimization problem. This direct approach reduces considerably the necessary knowledge of uncertain technological input data, the computing time, and the numerical error, leading to highly effective and precise reliability analyses.},
  subject      = {Finite-Elemente-Methode},
  language  = {en}
}
@misc{Staat2006,
  author    = {Staat, Manfred},
  title     = {Technische Mechanik. Vorlesungsmitschrift. Korrigierter Nachdr. der 3. Aufl.},
  year      = {2006},
  abstract  = {{\"U}berarbeitete, korrigierte und erg{\"a}nzte Version einer Vorlesungsmitschrift von Sebastian Kr{\"a}mer. 172 S. Inhaltsverzeichnis 0 Einf{\"u}hrung in die Mechanik 1 Statik starrer K{\"o}rper 2 Elastostatik (Festigkeitslehre) 3 Kinematik 4 Kinetik Literatur},
  subject      = {Technische Mechanik},
  language  = {de}
}
@misc{Staat2006,
  author    = {Staat, Manfred},
  title     = {Engineering Mechanics. Lecture Notes. 2nd edition, translation of the 3rd corrected and extended German edition of "Technische Mechanik"},
  year      = {2006},
  abstract  = {English translation of the corrected lectures notes of Sebastian Kr{\"a}mer. Contents 0 Introduction to Mechanics 1 Statics of Rigid Bodies 2 Elastostatics (Strength of Materials) 3 Kinematics 4 Kinetics Literature},
  subject      = {Technische Mechanik},
  language  = {en}
}
@inproceedings{Staat2006,
  author    = {Staat, Manfred},
  title     = {Problems and chances for probabilistic fracture mechanics in the analysis of steel pressure boundary reliability. - {\"U}berarb. Ausg.},
  year      = {2006},
  abstract  = {In: Technical feasibility and reliability of passive safety systems for nuclear power plants. Proceedings of an Advisory Group Meeting held in J{\"u}lich, 21-24 November 1994. - Vienna , 1996. - Seite: 43 - 55 IAEA-TECDOC-920 Abstract: It is shown that the difficulty for probabilistic fracture mechanics (PFM) is the general problem of the high reliability of a small population. There is no way around the problem as yet. Therefore what PFM can contribute to the reliability of steel pressure boundaries is demon­strated with the example of a typical reactor pressure vessel and critically discussed. Although no method is distinguishable that could give exact failure probabilities, PFM has several addi­tional chances. Upper limits for failure probability may be obtained together with trends for design and operating conditions. Further, PFM can identify the most sensitive parameters, improved control of which would increase reliability. Thus PFM should play a vital role in the analysis of steel pressure boundaries despite all shortcomings.},
  subject      = {Bruchmechanik},
  language  = {en}
}
@article{StaatBallmann1988,
  author    = {Staat, Manfred and Ballmann, J.},
  title     = {Computation of impacts on elastic solids by methods of bicharacteristics},
  series = {Computational Mechanics '88 : theory and applications ; proceedings of the International Conference on Computational Engineering Science April 10-14, 1988, Atlanta, GA, USA ; vol. 2},
  journal   = {Computational Mechanics '88 : theory and applications ; proceedings of the International Conference on Computational Engineering Science April 10-14, 1988, Atlanta, GA, USA ; vol. 2},
  pages     = {1719 -- 1722},
  year      = {1988},
  abstract  = {Shock waves, explosions, impacts or cavitation bubble collapses may generate stress waves in solids causing cracks or unexpected dammage due to focussing, physical nonlinearity or interaction with existing cracks. There is a growing interest in wave propagation, which poses many novel problems to experimentalists and theorists.},
  subject      = {Bicharakteristikenverfahren},
  language  = {en}
}
@inproceedings{StaatBallmann1989,
  author    = {Staat, Manfred and Ballmann, J.},
  title     = {Fundamental aspects of numerical methods for the propagation of multi-dimensional nonlinear waves in solids},
  series = {Nonlinear hyperbolic equations : theory, computations methods, and applications ; proceedings of the 2nd International Conference on Nonlinear Hyperbolic Problems, Aachen},
  booktitle = {Nonlinear hyperbolic equations : theory, computations methods, and applications ; proceedings of the 2nd International Conference on Nonlinear Hyperbolic Problems, Aachen},
  pages     = {574 -- 588},
  year      = {1989},
  abstract  = {The nonlinear scalar constitutive equations of gases lead to a change in sound speed from point to point as would be found in linear inhomogeneous (and time dependent) media. The nonlinear tensor constitutive equations of solids introduce the additional local effect of solution dependent anisotropy. The speed of a wave passing through a point changes with propagation direction and its rays are inclined to the front. It is an open question whether the widely used operator splitting techniques achieve a dimensional splitting with physically reasonable results for these multi-dimensional problems. May be this is the main reason why the theoretical and numerical investigations of multi-dimensional wave propagation in nonlinear solids are so far behind gas dynamics. We hope to promote the subject a little by a discussion of some fundamental aspects of the solution of the equations of nonlinear elastodynamics. We use methods of characteristics because they only integrate mathematically exact equations which have a direct physical interpretation.},
  subject      = {Nichtlineare Welle},
  language  = {en}
}
@misc{StaatBarry2006,
  author    = {Staat, Manfred and Barry, Steve},
  title     = {Continuum Mechanics with an Introduction to the Finite Element Method / Steve Barry; Manfred Staat. With extensions by Manfred Staat.},
  year      = {2006},
  abstract  = {Contents: 1 Introduction 2 One Dimensional Continuum Mechanics 3 Tensors 4 Three Dimensional Stress and Strain 5 Conservation Laws 6 Contiunuum Modelling 7 Plain Problems 8 Questions 9 Reference Information},
  subject      = {Technische Mechanik},
  language  = {en}
}
@inproceedings{StaatDuong2016,
  author    = {Staat, Manfred and Duong, Minh Tuan},
  title     = {Smoothed Finite Element Methods for Nonlinear Solid Mechanics Problems: 2D and 3D Case Studies},
  series = {Proceedings of the National Science and Technology Conference on Mechanical - Transportation Engineering (NSCMET 2016), 13th October 2016, Hanoi, Vietnam, Vol.2},
  booktitle = {Proceedings of the National Science and Technology Conference on Mechanical - Transportation Engineering (NSCMET 2016), 13th October 2016, Hanoi, Vietnam, Vol.2},
  pages     = {440 -- 445},
  year      = {2016},
  abstract  = {The Smoothed Finite Element Method (SFEM) is presented as an edge-based and a facebased techniques for 2D and 3D boundary value problems, respectively. SFEMs avoid shortcomings of the standard Finite Element Method (FEM) with lower order elements such as overly stiff behavior, poor stress solution, and locking effects. Based on the idea of averaging spatially the standard strain field of the FEM over so-called smoothing domains SFEM calculates the stiffness matrix for the same number of degrees of freedom (DOFs) as those of the FEM. However, the SFEMs significantly improve accuracy and convergence even for distorted meshes and/or nearly incompressible materials. Numerical results of the SFEMs for a cardiac tissue membrane (thin plate inflation) and an artery (tension of 3D tube) show clearly their advantageous properties in improving accuracy particularly for the distorted meshes and avoiding shear locking effects.},
  language  = {en}
}
@article{StaatHeitzer1997,
  author    = {Staat, Manfred and Heitzer, M.},
  title     = {Limit and Shakedown Analysis Using a General Purpose Finite Element Code},
  series = {Proceedings of NAFEMS World Congress '97 on Design, Simulation \& Optimisation : reliability \& applicability of computational methods ; Stuttgart, Germany, 9 - 11 April 1997},
  journal   = {Proceedings of NAFEMS World Congress '97 on Design, Simulation \& Optimisation : reliability \& applicability of computational methods ; Stuttgart, Germany, 9 - 11 April 1997},
  publisher = {NAFEMS},
  address   = {Glasgow},
  isbn      = {1-87437-620-4},
  pages     = {522 -- 533},
  year      = {1997},
  language  = {en}
}
@inproceedings{StaatHeitzerHicken1998,
  author    = {Staat, Manfred and Heitzer, M. and Hicken, E. F.},
  title     = {LISA, ein europ{\"a}isches Projekt zur direkten Berechnung der Tragf{\"a}higkeit duktiler Strukturen},
  year      = {1998},
  abstract  = {Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der Plastizit{\"a}t, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschr{\"a}nkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle f{\"u}r Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Anders als die klassische Behandlung nichtlinearer Probleme der Strukturmechanik f{\"u}hrt die Methode auf Optimierungsprobleme. Diese sind bei realistischen FEM-Modellen sehr groß. Das hat die industrielle Anwendung der Traglast- und Einspielanalysen stark verz{\"o}gert. Diese Situation wird durch das Brite-EuRam Projekt LISA grundlegend ge{\"a}ndert. Die Autoren m{\"o}chten der Europ{\"a}ischen Kommission an dieser Stelle f{\"u}r die F{\"o}rderung ausdr{\"u}cklich danken. In LISA entsteht auf der Basis des industriellen FEM-Programms PERMAS ein Verfahren zur direkten Berechnung der Tragf{\"a}higkeit duktiler Strukturen. Damit kann der Betriebsbereich von Komponenten und Bauwerken auf den plastischen Bereich erweitert werden, ohne den Aufwand gegen{\"u}ber elastischen Analysen wesentlich zu erh{\"o}hen. Die beachtlichen Rechenzeitgewinne erlauben Parameterstudien und die Berechnung von Interaktionsdiagrammen, die einen schnellen {\"U}berblick {\"u}ber m{\"o}gliche Betriebsbereiche vermitteln. Es zeigt sich, daß abh{\"a}ngig von der Komponente und ihren Belastungen teilweise entscheidende Sicherheitsgewinne zur Erweiterung der Betriebsbereiche erzielt werden k{\"o}nnen. Das Vorgehen erfordert vom Anwender oft ein gewisses Umdenken. Es werden keine Spannungen berechnet, um damit Sicherheit und Lebensdauer zu interpretieren. Statt dessen berechnet man direkt die gesuchte Sicherheit. Der Post-Prozessor wird nur noch zur Modell- und Rechenkontrolle ben{\"o}tigt. Das Vorgehen ist {\"a}nhlich der Stabilit{\"a}tsanalyse (Knicken, Beulen). Durch namhafte industrielle Projektpartner werden Validierung und die Anwendbarkeit auf eine breite Palette technischer Probleme garantiert. Die ebenfalls in LISA geplante Zuverl{\"a}ssigkeitsanalyse ist erst auf der Basis direkter Verfahren effektiv m{\"o}glich. Ohne Traglast- und Einspielanalyse ist plastische Strukturoptimierung auch heute kaum durchf{\"u}hrbar.},
  subject      = {Finite-Elemente-Methode},
  language  = {de}
}
@inproceedings{StaatHeitzer1997,
  author    = {Staat, Manfred and Heitzer, Michael},
  title     = {Direkte FEM-Berechnung der Tragf{\"a}higkeit hochbeanspruchter passiver Komponenten},
  year      = {1997},
  abstract  = {Genaue Kenntnis der Spannungen und Verformungen in passiven Komponenten gewinnt man mit detailierten inelastischen FEM Analysen. Die lokale Beanspruchung l{\"a}ßt sich aber nicht direkt mit einer Beanspruchbarkeit im strukturmechanischen Sinne vergleichen. Konzentriert man sich auf die Frage nach der Tragf{\"a}higkeit, dann vereinfacht sich die Analyse. Im Rahmen der Plastizit{\"a}tstheorie berechnen Traglast- und Einspielanalyse die tragbaren Lasten direkt und exakt. In diesem Beitrag wird eine Implementierung der Traglast- und Einspiels{\"a}tze in ein allgemeines FEM Programm vorgestellt, mit der die Tragf{\"a}higkeit passiver Komponenten direkt berechnet wird. Die benutzten Konzepte werden in Bezug auf die {\"u}bliche Strukturanalyse erl{\"a}utert. Beispiele mit lokal hoher Beanspruchung verdeutlichen die Anwendung der FEM basierten Traglast- und Einspielanalysen. Die berechneten Interaktionsdiagramme geben einen guten {\"U}berblick {\"u}ber die m{\"o}glichen Betriebsbereiche passiver Komponenten. Die Traglastanalyse bietet auch einen strukturmechanischen Zugang zur Kollapslast rißbehafteter Komponenten aus hochz{\"a}hem Material.},
  subject      = {Finite-Elemente-Methode},
  language  = {de}
}
@inproceedings{StaatHeitzer1997,
  author    = {Staat, Manfred and Heitzer, Michael},
  title     = {Limit and shakedown analysis for plastic design},
  year      = {1997},
  abstract  = {Limit and shakedown theorems are exact theories of classical plasticity for the direct computation of safety factors or of the load carrying capacity under constant and varying loads. Simple versions of limit and shakedown analysis are the basis of all design codes for pressure vessels and pipings. Using Finite Element Methods more realistic modeling can be used for a more rational design. The methods can be extended to yield optimum plastic design. In this paper we present a first implementation in FE of limit and shakedown analyses for perfectly plastic material. Limit and shakedown analyses are done of a pipe-junction and a interaction diagram is calculated. The results are in good correspondence with the analytic solution we give in the appendix.},
  subject      = {Einspielen <Werkstoff>},
  language  = {en}
}
@inproceedings{StaatHeitzer2002,
  author    = {Staat, Manfred and Heitzer, Michael},
  title     = {The restricted influence of kinematic hardening on shakedown loads},
  year      = {2002},
  abstract  = {Structural design analyses are conducted with the aim of verifying the exclusion of ratcheting. To this end it is important to make a clear distinction between the shakedown range and the ratcheting range. In cyclic plasticity more sophisticated hardening models have been suggested in order to model the strain evolution observed in ratcheting experiments. The hardening models used in shakedown analysis are comparatively simple. It is shown that shakedown analysis can make quite stable predictions of admissible load ranges despite the simplicity of the underlying hardening models. A linear and a nonlinear kinematic hardening model of two-surface plasticity are compared in material shakedown analysis. Both give identical or similar shakedown ranges. Structural shakedown analyses show that the loading may have a more pronounced effect than the hardening model.},
  subject      = {Biomedizinische Technik},
  language  = {en}
}
@inproceedings{StaatHeitzer2000,
  author    = {Staat, Manfred and Heitzer, Michael},
  title     = {Direct static FEM approach to limit and shakedown analysis},
  year      = {2000},
  abstract  = {Safety and reliability of structures may be assessed indirectly by stress distributions. Limit and shakedown theorems are simplified but exact methods of plasticity that provide safety factors directly in the loading space. These theorems may be used for a direct definition of the limit state function for failure by plastic collapse or by inadaptation. In a FEM formulation the limit state function is obtained from a nonlinear optimization problem. This direct approach reduces considerably the necessary knowledge of uncertain technological input data, the computing time, and the numerical error. Moreover, the direct way leads to highly effective and precise reliability analyses. The theorems are implemented into a general purpose FEM program in a way capable of large-scale analysis.},
  subject      = {Einspielen <Werkstoff>},
  language  = {en}
}
@inproceedings{StaatHeitzerHicken1999,
  author    = {Staat, Manfred and Heitzer, Michael and Hicken, E. F.},
  title     = {LISA - ein europ{\"a}isches Projekt zur FEM-basierten Traglast- und Einspielanalyse},
  year      = {1999},
  abstract  = {Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der Plastizit{\"a}t, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschr{\"a}nkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle f{\"u}r Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Anders als die klassische Behandlung nichtlinearer Probleme der Strukturmechanik f{\"u}hrt die Methode auf Optimierungsprobleme. Diese sind bei realistischen FEM-Modellen sehr groß. Das hat die industrielle Anwendung der Traglast- und Einspielanalysen stark verz{\"o}gert. Diese Situation wird durch das Brite-EuRam Projekt LISA grundlegend ge{\"a}ndert. In LISA entsteht auf der Basis des industriellen FEM-Programms PERMAS ein Verfahren zur direkten Berechnung der Tragf{\"a}higkeit duktiler Strukturen. Damit kann der Betriebsbereich von Komponenten und Bauwerken auf den plastischen Bereich erweitert werden, ohne den Aufwand gegen{\"u}ber elastischen Analysen wesentlich zu erh{\"o}hen. Die beachtlichen Rechenzeitgewinne erlauben Parameterstudien und die Berechnung von Interaktionsdiagrammen, die einen schnellen {\"U}berblick {\"u}ber m{\"o}gliche Betriebsbereiche vermitteln. Es zeigt sich, daß abh{\"a}ngig von der Komponente und ihren Belastungen teilweise entscheidende Sicherheitsgewinne zur Erweiterung der Betriebsbereiche erzielt werden k{\"o}nnen. Das Vorgehen erfordert vom Anwender oft ein gewisses Umdenken. Es werden keine Spannungen berechnet, um damit Sicherheit und Lebensdauer zu interpretieren. Statt dessen berechnet man direkt die gesuchte Sicherheit. Der Post-Prozessor wird nur noch zur Modell- und Rechenkontrolle ben{\"o}tigt. Das Vorgehen ist {\"a}hnlich der Stabilit{\"a}tsanalyse (Knicken, Beulen). Durch namhafte industrielle Projektpartner werden Validierung und die Anwendbarkeit auf eine breite Palette technischer Probleme garantiert. Die ebenfalls in LISA entwickelten Zuverl{\"a}ssigkeitsanalysen sind nichlinear erst auf der Basis direkter Verfahren effektiv m{\"o}glich. Ohne Traglast- und Einspielanalyse ist plastische Strukturoptimierung auch heute kaum durchf{\"u}hrbar. Auf die vorgesehenen Erweiterungen der Werkstoffmodellierung f{\"u}r nichtlineare Verfestigung und f{\"u}r Sch{\"a}digung konnte hier nicht eingegangen werden. Es herrscht ein deutlicher Mangel an Experimenten zum Nachweis der Grenzen zwischen elastischem Einspielen und dem Versagen durch LCF oder durch Ratchetting.},
  subject      = {Einspielen <Werkstoff>},
  language  = {de}
}
@inproceedings{StaatHeitzerReindersetal.2001,
  author    = {Staat, Manfred and Heitzer, Michael and Reinders, H. and Schubert, F.},
  title     = {Einspielen und Ratchetting bei Zug- und Torsionsbelastung: Analyse und Experimente},
  year      = {2001},
  abstract  = {Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der klassischen Plastizit{\"a}tstheorie, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschr{\"a}nkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle f{\"u}r Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Eine FEM-basierte Traglast- und Einspielanalyse f{\"u}r ideal plastisches Material wurde auf ein kinematisch verfestigendes Materialgesetz erweitert und in das Finite Element Programm PERMAS implementiert. In einem einfachen Zug-Torsionsexperiment wurde eine Hohlprobe mit konstanter Torsion und zyklischer Zugbelastung beansprucht, um die neue Implementierung zu verifizieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Einspielanalyse gut mit den experimentellen Ergebnissen {\"u}bereinstimmt. Bei Verfestigung lassen sich wesentlich gr{\"o}ßere Sicherheiten nachweisen. Dieses Potential bedarf weiterer experimenteller Absicherung. Parallel dazu ist die Eisnpieltheorie auf fortschrittliche Verfestigungsans{\"a}tze zu erweitern.},
  subject      = {Zug-Druck-Beanspruchung},
  language  = {de}
}
@inproceedings{StaatSzelinskiHeitzer2001,
  author    = {Staat, Manfred and Szelinski, E. and Heitzer, Michael},
  title     = {Kollapsanalyse von l{\"a}ngsfehlerbehafteten Rohren und Beh{\"a}ltern},
  year      = {2001},
  abstract  = {Es werden verbesserte Kollapsanalysen von dickwandigen, mit axialen Oberfl{\"a}chenfehlern behafteten Rohren und Beh{\"a}ltern vorgeschlagen.},
  subject      = {Druckbeh{\"a}lter},
  language  = {de}
}