TY - CHAP A1 - Lang, H. A1 - Wirtz, K. A1 - Heitzer, Michael A1 - Staat, Manfred A1 - Oettel, R. T1 - Zyklische Einspielversuche zur Verifikation von Shakedown-Analysen mittels FEM T1 - Cyclic plastic deformation test to verify FEM-based shakedown analysis N2 - Im Rahmen von Ermüdungsanalysen ist nachzuweisen, daß die thermisch bedingten fortschreitenden Deformationen begrenzt bleiben. Hierzu ist die Abgrenzung des Shakedown-Bereiches (Einspielen) vom Ratchetting-Bereich (fortschreitende Deformation) von Interesse. Im Rahmen eines EU-geförderten Forschungsvorhabens wurden Experimente mit einem 4-Stab-Modell durchgeführt. Das Experiment bestand aus einem wassergekühlten inneren Rohr und drei isolierten und beheizbaren äußeren Probestäben. Das System wurde durch alternierende Axialkräfte, denen alternierende Temperaturen an den äußeren Stäben überlagert wurden, belastet. Die Versuchsparameter wurden teilweise nach vorausgegangenen Einspielanalysen gewählt. Während der Versuchsdurchführung wurden Temperaturen und Dehnungen zeitabhängig gemessen. Begleitend und nachfolgend zur Versuchsdurchführung wurden die Belastungen und die daraus resultierenden Beanspruchungen nachvollzogen. Bei dieser inkrementellen elasto-plastischen Analyse mit dem Programm ANSYS wurden unterschiedliche Werkstoffmodelle angesetzt. Die Ergebnisse dieser Simulationsberechnung dienen dazu, die Shakedown-Analysen mittels FE-Methode zu verifizieren. KW - Einspielen KW - Traglast KW - Finite-Elemente-Methode KW - Shakedown KW - shakedown analysis KW - plastic deformation Y1 - 1999 ER - TY - CHAP A1 - Tran, Thanh Ngoc A1 - Staat, Manfred ED - Onate, E. T1 - Uncertain multimode failure and limit analysis of shells T2 - 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI) ; 5th European Conference on Computational Mechanics (ECCM V) ; 6th European Conference on Computational Fluid Dynamics (ECFD VI) ; July 20-25, 2014, Barcelona Y1 - 2014 SP - 1 EP - 12 ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, Michael T1 - The restricted influence of kinematic hardening on shakedown loads N2 - 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. KW - Biomedizinische Technik KW - Einspielen KW - Shakedown KW - Ratcheting KW - Bruchmechanik KW - shakedown KW - material shakedown KW - linear kinematic hardening KW - nonlinear kinematic hardening KW - ratchetting Y1 - 2002 ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Tran, Ngoc Trinh T1 - Strain based brittle failure criteria for rocks T2 - Proceedings of (NACOME2022) The 11th National Conference on Mechanics, Vol. 1. Solid Mechanics, Rock Mechanics, Artificial Intelligence, Teaching and Training, Hanoi, December 2-3, 2022 N2 - When confining pressure is low or absent, extensional fractures are typical, with fractures occurring on unloaded planes in rock. These “paradox” fractures can be explained by a phenomenological extension strain failure criterion. In the past, a simple empirical criterion for fracture initiation in brittle rock has been developed. But this criterion makes unrealistic strength predictions in biaxial compression and tension. A new extension strain criterion overcomes this limitation by adding a weighted principal shear component. The weight is chosen, such that the enriched extension strain criterion represents the same failure surface as the Mohr–Coulomb (MC) criterion. Thus, the MC criterion has been derived as an extension strain criterion predicting failure modes, which are unexpected in the understanding of the failure of cohesive-frictional materials. In progressive damage of rock, the most likely fracture direction is orthogonal to the maximum extension strain. The enriched extension strain criterion is proposed as a threshold surface for crack initiation CI and crack damage CD and as a failure surface at peak P. Examples show that the enriched extension strain criterion predicts much lower volumes of damaged rock mass compared to the simple extension strain criterion. KW - Extension fracture KW - Extension strain criterion KW - Mohr–Coulomb criterion KW - Evolution of damage Y1 - 2023 SN - 978-604-357-084-7 SP - 500 EP - 509 PB - Nha xuat ban Khoa hoc tu nhien va Cong nghe (Verlag Naturwissenschaft und Technik) CY - Hanoi ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Duong, Minh Tuan T1 - Smoothed Finite Element Methods for Nonlinear Solid Mechanics Problems: 2D and 3D Case Studies T2 - Proceedings of the National Science and Technology Conference on Mechanical - Transportation Engineering (NSCMET 2016), 13th October 2016, Hanoi, Vietnam, Vol.2 N2 - 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. Y1 - 2016 SP - 440 EP - 445 ER - TY - CHAP A1 - Frotscher, Ralf A1 - Goßmann, Matthias A1 - Temiz Artmann, Aysegül A1 - Staat, Manfred T1 - Simulation of cardiac cell-seeded membranes using the edge-based smoothed FEM T2 - 1st International Conference "Shell and Membrane Theories in Mechanics and Biology: From Macro- to Nanoscale Structures", Minsk, Belarus, Sept. 16-20, 2013 Y1 - 2013 SN - 978-985-553-135-8 SP - 165 EP - 167 PB - Verl. d. Weißruss. Staatl. Univ. CY - Minsk ER - TY - CHAP A1 - Frotscher, Ralf A1 - Duong, Minh Tuan A1 - Staat, Manfred T1 - Simulating beating cardiomyocytes with electromechanical coupling T2 - II. International Conference on Biomedical Technology : 28-30 October 2015 Hannover, Germany / T. Lenarz, P. Wriggers (Eds.) Y1 - 2015 SP - 1 EP - 2 ER - TY - CHAP A1 - Bhattarai, Aroj A1 - Frotscher, Ralf A1 - Staat, Manfred ED - Natal Jorge, Renato T1 - Significance of fibre geometry on passive-active response of pelvic muscles to evaluate pelvic dysfunction T2 - BioMedWomen: Proceedings of the international conference on clinical and bioengineering for women's health Y1 - 2016 SN - 978-1-138-02910-1 SP - 185 EP - 188 PB - CRC Press CY - Boca Raton ER - TY - CHAP A1 - Tran, Ngoc Trinh A1 - Tran, Thanh Ngoc A1 - Matthies, H. G. A1 - Stavroulakis, G. E. A1 - Staat, Manfred ED - Papadrakakis, M. T1 - Shakedown analysis of plate bending analysis under stochastic uncertainty by chance constrained programming T2 - ECCOMAS Congress 2016, VII European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering. Crete Island, Greece, 5–10 June 2016 Y1 - 2016 ER - TY - CHAP A1 - Burgazzi, L. A1 - Fiorini, F. A1 - De Magistris, W. (u.a.) A1 - Lensa, W. von A1 - Staat, Manfred A1 - Altes, J. T1 - Reliability Assessment of Passive Safety Systems T2 - Proceedings of the 6th International Conference on Nuclear Engineering : ICONE : May 10 - 14, 1998, San Diego, Calif. Y1 - 1998 N1 - CD-ROM PB - American Society of Mechanical Engineers CY - New York ER - TY - CHAP A1 - Tran, Thanh Ngoc A1 - Pham, Phu Tinh A1 - Staat, Manfred T1 - Reliability analysis of shells based on direct plasticity methods N2 - Abstracts der CD-Rom Proceedings of the 8th World Congress on Computational Mechanics (WCCM8) and 5th Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS 2008) 30.06. - 04.07.2008 Venedig, Italien. 2 Seiten Zusammenfassung der Autoren mit graph. Darst. und Literaturverzeichnis N2 - Abstracts of the Proceedings of the 8th World Congress on Computational Mechanics (WCCM8) and 5th Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS 2008) June 30th - July, 4th 2008, Venice, Italy. 2 pages with abstracts of the authors, Ill. and references. KW - Finite-Elemente-Methode KW - Limit analysis KW - Shakedown analysis KW - First-order reliability method KW - second-order reliability method KW - Sensitivity Y1 - 2008 ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred T1 - Problems and chances for probabilistic fracture mechanics in the analysis of steel pressure boundary reliability. - Überarb. Ausg. N2 - In: Technical feasibility and reliability of passive safety systems for nuclear power plants. Proceedings of an Advisory Group Meeting held in Jülich, 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. KW - Bruchmechanik KW - probabilistic fracture mechanics KW - PFM Y1 - 2006 ER - TY - CHAP A1 - Abel, Alexander A1 - Pérez-Viana, Daniel A1 - Ciritsis, Bernard A1 - Staat, Manfred ED - Erni, Daniel ED - Fischerauer, Alice ED - Himmel, Jörg ED - Seeger, Thomas ED - Thelen, Klaus T1 - Prevention of femur neck fractures through femoroplasty T2 - 2nd YRA MedTech Symposium 2017 : June 8th - 9th / 2017 / Hochschule Ruhr-West Y1 - 2017 SN - 978-3-9814801-9-1 U6 - http://dx.doi.org/10.17185/duepublico/43984 N1 - A young researchers track of the 7th IEEE Workshop & SENSORICA 2017 SP - 114 EP - 115 PB - Universität Duisburg-Essen CY - Duisburg ER - TY - CHAP A1 - Bhattarai, Aroj A1 - Staat, Manfred ED - Fernandes, P.R. ED - Tavares, J. M. T1 - Pectopexy to repair vaginal vault prolapse: a finite element approach T2 - Proceedings CMBBE 2018 N2 - The vaginal prolapse after hysterectomy (removal of the uterus) is often associated with the prolapse of the vaginal vault, rectum, bladder, urethra or small bowel. Minimally invasive surgery such as laparoscopic sacrocolpopexy and pectopexy are widely performed for the treatment of the vaginal prolapse with weakly supported vaginal vault after hysterectomy using prosthetic mesh implants to support (or strengthen) lax apical ligaments. Implants of different shape, size and polymers are selected depending on the patient’s anatomy and the surgeon’s preference. In this computational study on pectopexy, DynaMesh®-PRP soft, GYNECARE GYNEMESH® PS Nonabsorbable PROLENE® soft and Ultrapro® are tested in a 3D finite element model of the female pelvic floor. The mesh model is implanted into the extraperitoneal space and sutured to the vaginal stump with a bilateral fixation to the iliopectineal ligament at both sides. Numerical simulations are conducted at rest, after surgery and during Valsalva maneuver with weakened tissues modeled by reduced tissue stiffness. Tissues and prosthetic meshes are modeled as incompressible, isotropic hyperelastic materials. The positions of the organs are calculated with respect to the pubococcygeal line (PCL) for female pelvic floor at rest, after repair and during Valsalva maneuver using the three meshes. Y1 - 2018 N1 - 15th International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering and 3rd Conference on Imaging and Visualization. CMBBE 2018. 26-29 March 2018, Lisbon, Portugal ER - TY - CHAP A1 - Jung, Alexander A1 - Staat, Manfred A1 - Müller, Wolfram ED - Onate, E. T1 - Optimization of the flight style in ski jumping T2 - 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI) ; 5th European Conference on Computational Mechanics (ECCM V) ; 6th European Conference on Computational Fluid Dynamics (ECFD VI) ; July 20 - 25, 2014, Barcelona Y1 - 2014 N1 - Das Paper wurde nach der Konferenz überarbeitet. SP - 799 EP - 810 ER - TY - CHAP A1 - Duong, Minh Tuan A1 - Nguyen, Nhu Huynh A1 - Staat, Manfred ED - Eberhardsteiner, J. T1 - Numerical stability enhancement of modeling hyperelastic materials T2 - Proceedings European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS 2012) Y1 - 2012 N1 - 6th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS 2012) Vienna, Austria, September 10-14, 2012 ER - TY - CHAP A1 - Raman, Aravind Hariharan A1 - Jung, Alexander A1 - Horváth, András A1 - Becker, Nadine A1 - Staat, Manfred ED - Staat, Manfred ED - Erni, Daniel T1 - Modification of a computer model of human stem cell-derived cardiomyocyte electrophysiology based on Patch-Clamp measurements T2 - 3rd YRA MedTech Symposium 2019 : May 24 / 2019 / FH Aachen N2 - Human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) have shown to be promising in disease studies and drug screenings [1]. Cardiomyocytes derived from hiPSCs have been extensively investigated using patch-clamping and optical methods to compare their electromechanical behaviour relative to fully matured adult cells. Mathematical models can be used for translating findings on hiPSCCMs to adult cells [2] or to better understand the mechanisms of various ion channels when a drug is applied [3,4]. Paci et al. (2013) [3] developed the first model of hiPSC-CMs, which they later refined based on new data [3]. The model is based on iCells® (Fujifilm Cellular Dynamics, Inc. (FCDI), Madison WI, USA) but major differences among several cell lines and even within a single cell line have been found and motivate an approach for creating sample-specific models. We have developed an optimisation algorithm that parameterises the conductances (in S/F=Siemens/Farad) of the latest Paci et al. model (2018) [5] using current-voltage data obtained in individual patch-clamp experiments derived from an automated patch clamp system (Patchliner, Nanion Technologies GmbH, Munich). Y1 - 2019 SN - 978-3-940402-22-6 U6 - http://dx.doi.org/10.17185/duepublico/48750 SP - 10 EP - 11 PB - Universität Duisburg-Essen CY - Duisburg ER - TY - CHAP A1 - Duong, Minh Tuan A1 - Nguyen, N. H. A1 - Staat, Manfred T1 - Modeling and simulation of a growing mass by the Smoothed Finite Element Method (SFEM) T2 - Conference proceedings of the YIC GACM 2015 : 3rd ECCOMAS Young Investigators Conference and 6th GACM Colloquium on Computational Mechanics , Aachen, Germany, 20.07.2015 - 23.07.2015 / ed.: Stefanie Elgeti ; Jaan-Willem Simon Y1 - 2015 SP - 1 EP - 4 PB - RWTH Aachen University CY - Aachen ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. A1 - Hicken, E. F. T1 - LISA, ein europäisches Projekt zur direkten Berechnung der Tragfähigkeit duktiler Strukturen N2 - Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der Plastizität, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Anders als die klassische Behandlung nichtlinearer Probleme der Strukturmechanik führt die Methode auf Optimierungsprobleme. Diese sind bei realistischen FEM-Modellen sehr groß. Das hat die industrielle Anwendung der Traglast- und Einspielanalysen stark verzögert. Diese Situation wird durch das Brite-EuRam Projekt LISA grundlegend geändert. Die Autoren möchten der Europäischen Kommission an dieser Stelle für die Förderung ausdrücklich danken. In LISA entsteht auf der Basis des industriellen FEM-Programms PERMAS ein Verfahren zur direkten Berechnung der Tragfähigkeit duktiler Strukturen. Damit kann der Betriebsbereich von Komponenten und Bauwerken auf den plastischen Bereich erweitert werden, ohne den Aufwand gegenüber elastischen Analysen wesentlich zu erhöhen. Die beachtlichen Rechenzeitgewinne erlauben Parameterstudien und die Berechnung von Interaktionsdiagrammen, die einen schnellen Überblick über mögliche Betriebsbereiche vermitteln. Es zeigt sich, daß abhängig von der Komponente und ihren Belastungen teilweise entscheidende Sicherheitsgewinne zur Erweiterung der Betriebsbereiche erzielt werden können. 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 benötigt. Das Vorgehen ist änhlich der Stabilitätsanalyse (Knicken, Beulen). Durch namhafte industrielle Projektpartner werden Validierung und die Anwendbarkeit auf eine breite Palette technischer Probleme garantiert. Die ebenfalls in LISA geplante Zuverlässigkeitsanalyse ist erst auf der Basis direkter Verfahren effektiv möglich. Ohne Traglast- und Einspielanalyse ist plastische Strukturoptimierung auch heute kaum durchführbar. KW - Finite-Elemente-Methode KW - Traglastanalyse KW - Einspielanalyse KW - limit analysis KW - shakedown analysis Y1 - 1998 ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, Michael A1 - Hicken, E. F. T1 - LISA - ein europäisches Projekt zur FEM-basierten Traglast- und Einspielanalyse T1 - LISA - a European project for FEM-based limit and shakedown analysis N2 - Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der Plastizität, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Anders als die klassische Behandlung nichtlinearer Probleme der Strukturmechanik führt die Methode auf Optimierungsprobleme. Diese sind bei realistischen FEM-Modellen sehr groß. Das hat die industrielle Anwendung der Traglast- und Einspielanalysen stark verzögert. Diese Situation wird durch das Brite-EuRam Projekt LISA grundlegend geändert. In LISA entsteht auf der Basis des industriellen FEM-Programms PERMAS ein Verfahren zur direkten Berechnung der Tragfähigkeit duktiler Strukturen. Damit kann der Betriebsbereich von Komponenten und Bauwerken auf den plastischen Bereich erweitert werden, ohne den Aufwand gegenüber elastischen Analysen wesentlich zu erhöhen. Die beachtlichen Rechenzeitgewinne erlauben Parameterstudien und die Berechnung von Interaktionsdiagrammen, die einen schnellen Überblick über mögliche Betriebsbereiche vermitteln. Es zeigt sich, daß abhängig von der Komponente und ihren Belastungen teilweise entscheidende Sicherheitsgewinne zur Erweiterung der Betriebsbereiche erzielt werden können. 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 benötigt. Das Vorgehen ist ähnlich der Stabilitätsanalyse (Knicken, Beulen). Durch namhafte industrielle Projektpartner werden Validierung und die Anwendbarkeit auf eine breite Palette technischer Probleme garantiert. Die ebenfalls in LISA entwickelten Zuverlässigkeitsanalysen sind nichlinear erst auf der Basis direkter Verfahren effektiv möglich. Ohne Traglast- und Einspielanalyse ist plastische Strukturoptimierung auch heute kaum durchführbar. Auf die vorgesehenen Erweiterungen der Werkstoffmodellierung für nichtlineare Verfestigung und für Schädigung 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. KW - Einspielen KW - Traglast KW - Finite-Elemente-Methode KW - LISA KW - limit analysis KW - shakedown analysis Y1 - 1999 ER -