TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, Michael A1 - Reinders, H. A1 - Schubert, F. T1 - Einspielen und Ratchetting bei Zug- und Torsionsbelastung: Analyse und Experimente T1 - Shakedown and ratchetting under tension-torsion loadings: analysis and experiments N2 - Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der klassischen Plastizitätstheorie, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Eine FEM-basierte Traglast- und Einspielanalyse für 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 übereinstimmt. Bei Verfestigung lassen sich wesentlich größere Sicherheiten nachweisen. Dieses Potential bedarf weiterer experimenteller Absicherung. Parallel dazu ist die Eisnpieltheorie auf fortschrittliche Verfestigungsansätze zu erweitern. KW - Zug-Druck-Beanspruchung KW - Einspielen KW - Ratcheting KW - Torsion KW - Zug-Druck-Belastung KW - Torsionsbelastung KW - shakedown KW - ratchetting KW - tension–torsion loading Y1 - 2001 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 - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, Michael T1 - Direkte FEM-Berechnung der Tragfähigkeit hochbeanspruchter passiver Komponenten T1 - Direct FEM-computation of load carrying capacity of highly loaded passive components N2 - Genaue Kenntnis der Spannungen und Verformungen in passiven Komponenten gewinnt man mit detailierten inelastischen FEM Analysen. Die lokale Beanspruchung läßt sich aber nicht direkt mit einer Beanspruchbarkeit im strukturmechanischen Sinne vergleichen. Konzentriert man sich auf die Frage nach der Tragfähigkeit, dann vereinfacht sich die Analyse. Im Rahmen der Plastizitätstheorie berechnen Traglast- und Einspielanalyse die tragbaren Lasten direkt und exakt. In diesem Beitrag wird eine Implementierung der Traglast- und Einspielsätze in ein allgemeines FEM Programm vorgestellt, mit der die Tragfähigkeit passiver Komponenten direkt berechnet wird. Die benutzten Konzepte werden in Bezug auf die übliche Strukturanalyse erläutert. Beispiele mit lokal hoher Beanspruchung verdeutlichen die Anwendung der FEM basierten Traglast- und Einspielanalysen. Die berechneten Interaktionsdiagramme geben einen guten Überblick über die möglichen Betriebsbereiche passiver Komponenten. Die Traglastanalyse bietet auch einen strukturmechanischen Zugang zur Kollapslast rißbehafteter Komponenten aus hochzähem Material. KW - Finite-Elemente-Methode KW - Tragfähigkeit KW - FEM-Programm KW - FEM-computation KW - load carrying capacity Y1 - 1997 ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, Michael ED - Staat, Manfred ED - Heitzer, Michael T1 - Probabilistic limit and shakedown problems T2 - Numerical methods for limit and shakedown analysis. Deterministic and probabilistic problems Y1 - 2003 SN - 3-00-010001-6 N1 - NIC Series VL - 15 SP - 217 EP - 268 PB - John von Neumann Institute for Computing (NIC) CY - Jülich ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, Michael T1 - Limit and shakedown analysis for plastic design N2 - 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. KW - Einspielen KW - Traglast KW - Finite-Elemente-Methode KW - Traglastanalyse KW - Einspielanalyse KW - FEM KW - limit analysis KW - shakedown analysis Y1 - 1997 ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, Michael T1 - Direct static FEM approach to limit and shakedown analysis N2 - 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. KW - Einspielen KW - Nichtlineare Optimierung KW - Shakedown KW - Shakedown KW - limit load KW - lower bound theorem KW - nonlinear optimization KW - reliability Y1 - 2000 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 - BOOK A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, Michael T1 - Numerical methods for limit and shakedown analysis. Deterministic and probabilistic problems. Y1 - 2003 SN - 3-00-010001-6 N1 - NIC Series Vol. 15 / Ed. by Staat, M; Heitzer, M. PB - John von Neumann Institute for Computing (NIC) CY - Jülich ER - TY - BOOK A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. A1 - Yan, Ai-Min A1 - Khoi, Vu Duc A1 - Nguyen, Dang Hung A1 - Valdoire, F. A1 - Lahousse, A. T1 - Limit Analysis of Defects Y1 - 2000 SN - 0944-2952 N1 - Bericht des Forschungszentrums, Jül-3746, Jülich (2000) PB - Forschungszentrum Jülich CY - Jülich ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. A1 - Reiners, H. A1 - Schubert, F. T1 - Shakedown and ratchetting under tension–torsion loadings: analysis and experiments JF - Nuclear Engineering and Design. 225 (2003), H. 1 Y1 - 2003 SN - 0029-5493 SP - 11 EP - 26 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. A1 - Lang, H. A1 - Wirtz, K. T1 - Direct Finite Element Route for Design-by-Analysis of Pressure Components JF - International Journal of Pressure Vessels and Piping. 82 (2005), H. 1 Y1 - 2005 SN - 0308-0161 SP - 61 EP - 67 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. A1 - Hicken, E.F. T1 - LISA, ein europäisches Projekt zur direkten Berechnung der Tragfähigkeit duktiler Strukturen. Y1 - 1998 N1 - PERMAS–Benutzertagung, 8.–9.10.1998, Stuttgart (1998) 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 - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. T1 - Limit and Shakedown Analysis for Plastic Safety of Complex Structures JF - Transactions of the 14th International Conference on Structural Dynamics in Reactor Technology (SMiRT-14) / Livolant, M. [ed] Y1 - 1997 N1 - Vol. B, Paper B02/2 SP - 33 EP - 40 CY - Lyon ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. T1 - Limit and Shakedown Analysis with Uncertain Data JF - Stochastic optimization techniques : numerical methods and technical applications / Marti, K. [ed] Y1 - 2002 SN - 3-540-42889-5 SP - 241 EP - 254 PB - Springer CY - Heidelberg ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. T1 - Probabilistic limit and shakedown problems JF - Numerical Methods for Limit and Shakedown Analysis. Deterministic and Probabilistic Approach. NIC Series Vol. 15 / Ed. by Staat, M; Heitzer, M. Y1 - 2003 SN - 3-00-010001-6 SP - 217 EP - 268 PB - John von Neumann Institute for Computing (NIC) CY - Jülich ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. T1 - Basis reduction technique for limit and shakedown problems T2 - Numerical Methods for Limit and Shakedown Analysis. Deterministic and Probabilistic Approach. NIC Series Vol. 15 / Ed. by Staat, M.; Heitzer, M. Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0001-2018112115 SN - 3-00-010001-6 SP - 1 EP - 55 PB - John von Neumann Institute for Computing (NIC) CY - Jülich ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. T1 - Structural Reliability Analysis of Elasto-Plastic Structures JF - Safety and reliability : proceedings of ESREL '99, the Tenth European Conference on Safety and Reliability, Munich-Garching, Germany, 13 - 17 September 1999 / Schuëller, G. I.; Kafka, P. [eds] Y1 - 1999 SN - 90-5809-109-0 SP - 513 EP - 518 PB - Balkema CY - Rotterdam ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. T1 - Limit and Shakedown Analysis Using a General Purpose Finite Element Code JF - Proceedings of NAFEMS World Congress '97 on Design, Simulation & Optimisation : reliability & applicability of computational methods ; Stuttgart, Germany, 9 - 11 April 1997 Y1 - 1997 SN - 1-87437-620-4 SP - 522 EP - 533 PB - NAFEMS CY - Glasgow ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. T1 - Direct FEM approach to design-by-analysis of pressurized components JF - Achema 2000 : Sonderausgabe / Linde. [Hrsg.: Linde AG. Red.: Volker R. Leski] Y1 - 2000 SP - 79 EP - 81 PB - Linde AG CY - Wiesbaden ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. T1 - Traglastanalyse - ein strukturmechanisches Verfahren zur Beurteilung von gerissenen Bauteilen und Verbindungen JF - Festigkeits- und Bruchverhalten von Fügeverbindungen : 32. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge ; 22. und 23. Februar 2000 in Berlin / Richard, H. A. [Hrsg] Y1 - 2000 N1 - DVM-Bericht 232 SP - 183 EP - 192 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. T1 - FEM-computation of load carrying capacity of highly loaded passive components by direct methods. Heitzer, M. ; Staat, M. JF - Nuclear Engineering and Design. 193 (1999), H. 3 Y1 - 1999 SN - 0029-5493 SP - 349 EP - 358 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Heitzer, M. T1 - Reliability Analysis of Elasto-Plastic Structures under Variable Loads JF - Inelastic analysis of structures under variable loads : theory and engineering applications / Maier, G.; Weichert, D. [ed] Y1 - 2000 SN - 0-7923-6645-X SP - 269 EP - 288 PB - Kluwer Academic Publ. CY - Dordrecht ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Fiorini, G. L. A1 - Lensa, W. von A1 - Burgazzi, L. T1 - Reliability Methods for Passive Safety Functions JF - Proceedings of the SMiRT 14 Post Conference Seminar No 18 on Passive Safety Features in Nuclear Installations Y1 - 1997 CY - Pisa ER - TY - BOOK A1 - Staat, Manfred A1 - Erni, Daniel T1 - Symposium Proceedings; 3rd YRA MedTech Symposium 2019: May 24 / 2019 / FH Aachen Y1 - 2019 SN - 978-3-940402-22-6 U6 - https://doi.org/10.17185/duepublico/48750 PB - Universität Duisburg-Essen CY - Duisburg 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 - BOOK A1 - Staat, Manfred A1 - Digel, Ilya A1 - Trzewik, Jürgen A1 - Sielemann, Stefanie A1 - Erni, Daniel A1 - Zylka, Waldemar T1 - Symposium Proceedings; 4th YRA MedTech Symposium 2024 : February 1 / 2024 / FH Aachen Y1 - 2024 SN - 978-3-940402-65-3 U6 - https://doi.org/10.17185/duepublico/81475 PB - Universität Duisburg-Essen CY - Duisburg ER - TY - GEN A1 - Staat, Manfred A1 - Barry, Steve T1 - Continuum Mechanics with an Introduction to the Finite Element Method / Steve Barry; Manfred Staat. With extensions by Manfred Staat. N2 - 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 KW - Technische Mechanik KW - Finite-Elemente-Methode Y1 - 2006 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Baroud, G. A1 - Topcu, M. A1 - Sponagel, Stefan T1 - Soft Materials in Technology and Biology – Characteristics, Properties, and Parameter Identification JF - Bioengineering in Cell and Tissue Research / Artmann, Gerhard M. ; Chien, Shu (Eds.) Y1 - 2008 SN - 978-3-540-75408-4 SP - 253 EP - 315 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Ballmann, J. T1 - Wave Propagation and Focussing in Plates JF - Impact loading and dynamic behaviour of materials : Papers presented at the International Conference on Impact Loading and Dynamic Behaviour of Materials, Vol. 2 / Chiem, C. Y.; Kunze, L. (u.a.) [eds] Y1 - 1988 PB - DGM Informationsges. CY - Oberursel ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Ballmann, J. T1 - Computation of impacts on elastic solids by methods of bicharacteristics JF - Computational Mechanics '88 : theory and applications ; proceedings of the International Conference on Computational Engineering Science April 10-14, 1988, Atlanta, GA, USA ; vol. 2 N2 - 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. KW - Bicharakteristikenverfahren KW - Elastizität KW - elastic solids KW - bicharacteristics Y1 - 1988 SP - 1719 EP - 1722 ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Ballmann, J. T1 - Fundamental aspects of numerical methods for the propagation of multi-dimensional nonlinear waves in solids T2 - Nonlinear hyperbolic equations : theory, computations methods, and applications ; proceedings of the 2nd International Conference on Nonlinear Hyperbolic Problems, Aachen N2 - 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. KW - Nichtlineare Welle KW - Nichtlineare Gleichung KW - Festkörper KW - Elastodynamik KW - Multi-dimensional wave propagation KW - nonlinear solids KW - nonlinear tensor constitutive equation Y1 - 1989 SP - 574 EP - 588 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Ballmann, J. T1 - Anisotrope Ausbreitung und Fokussierung von Beschleunigungswellen in vorgespannten nichtlinearelastischen Scheiben JF - Wellenfokussierung, Kolloquium des SFB 27, RWTH Aachen Y1 - 1985 SP - 140 EP - 158 CY - Aachen ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Ballmann, J. T1 - Zur Problematik tensorieller Verallgemeinerungen einachsiger nichtlinearer Materialgesetze JF - Zeitschrift für angewandte Mathematik und Mechanik : ZAMM. 69 (1989), H. 2 Y1 - 1989 SN - 0946-8463 U6 - https://doi.org/10.1515/9783112553169-006 SP - 73 EP - 81 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred T1 - Failure probabilities of the primary circuit pressure boundary of an HTR-Module for process heat generation under accident conditions for different failure modes JF - Nuclear Engineering and Design. 144 (1993), H. 1 Y1 - 1993 SN - 0029-5493 SP - 53 EP - 67 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred T1 - Plastic collapse analysis of longitudinally flawed pipes and vessels JF - Nuclear Engineering and Design. 234 (2004), H. 1-3 Y1 - 2004 SN - 0029-5493 SP - 25 EP - 43 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred T1 - Local and global collapse pressure of longitudinally flawed pipes and cylindrical vessels JF - International Journal of Pressure Vessels and Piping. 82 (2005), H. 3 Y1 - 2005 SN - 0308-0161 SP - 217 EP - 225 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred T1 - Local and global collapse pressure of longitudinally flawed pipes and cylindrical vessels N2 - Limit loads can be calculated with the finite element method (FEM) for any component, defect geometry, and loading. FEM suggests that published long crack limit formulae for axial defects under-estimate the burst pressure for internal surface defects in thick pipes while limit loads are not conservative for deep cracks and for pressure loaded crack-faces. Very deep cracks have a residual strength, which is modelled by a global collapse load. These observations are combined to derive new analytical local and global collapse loads. The global collapse loads are close to FEM limit analyses for all crack dimensions. KW - Finite-Elemente-Methode KW - Grenzwertberechnung KW - Axialbelastung KW - FEM KW - Grenzwertberechnung KW - Axialbelastung KW - Traglastanalyse KW - Limit analysis KW - Global and local collapse KW - Axially cracked pipe KW - Pressure loaded crack-face Y1 - 2005 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred T1 - Plastic collapse analysis of longitudinally flawed pipes and vessels N2 - Improved collapse loads of thick-walled, crack containing pipes and vessels are suggested. Very deep cracks have a residual strength which is better modelled by a global limit load. In all burst tests, the ductility of pressure vessel steels was sufficiently high whereby the burst pressure could be predicted by limit analysis with no need to apply fracture mechanics. The relative prognosis error increases however, for long and deep defects due to uncertainties of geometry and strength data. KW - Druckbehälter KW - Stahl KW - Druckbelastung KW - Druckbeanspruchung KW - Rohr KW - Rohrbruch KW - Druckbehälter KW - Stahl KW - Druckbelastung KW - Druckbeanspruchung KW - Rohrbruch KW - Fehlerstellen KW - pipes KW - vessels KW - load limit KW - burst tests KW - burst pressure KW - flaw Y1 - 2004 ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred T1 - Design by Analysis of Pressure Components by non-linear Optimization N2 - 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. KW - Analytischer Zulaessigkeitsnachweis KW - FEM KW - Einspiel-Analyse KW - design-by-analysis KW - finite element analysis KW - limit and shakedown analysis Y1 - 2003 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred T1 - Shakedown and ratchetting under tension-torsion loadings: analysis and experiments N2 - Structural design analyses are conducted with the aim of verifying the exclusion of ratchetting. To this end it is important to make a clear distinction between the shakedown range and the ratchetting range. The performed experiment comprised a hollow tension specimen which was subjected to alternating axial forces, superimposed with constant moments. First, a series of uniaxial tests has been carried out in order to calibrate a bounded kinematic hardening rule. The load parameters have been selected on the basis of previous shakedown analyses with the PERMAS code using a kinematic hardening material model. It is shown that this shakedown analysis gives reasonable agreement between the experimental and the numerical results. A linear and a nonlinear kinematic hardening model of two-surface plasticity are compared in material shakedown analysis. KW - Einspielen KW - Einspielen KW - Ratchetting KW - Zug-Druck Belastung KW - shakedown KW - ratchetting KW - tension–torsion loading Y1 - 2003 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred T1 - Direct finite element route for design-by-analysis of pressure components N2 - In the new European standard for unfired pressure vessels, EN 13445-3, there are two approaches for carrying out a Design-by-Analysis that cover both the stress categorization method (Annex C) and the direct route method (Annex B) for a check against global plastic deformation and against progressive plastic deformation. This paper presents the direct route in the language of limit and shakedown analysis. This approach leads to an optimization problem. Its solution with Finite Element Analysis is demonstrated for mechanical and thermal actions. One observation from the examples is that the so-called 3f (3Sm) criterion fails to be a reliable check against progressive plastic deformation. Precise conditions are given, which greatly restrict the applicability of the 3f criterion. KW - Einspielen KW - Plastizität KW - Deformation KW - Analytischer Zulaessigkeitsnachweis KW - Einspiel-Analyse KW - fortschreitende plastische Deformation KW - alternierend Verformbarkeit KW - Einspiel-Kriterium KW - Design-by-analysis KW - Shakedown analysis KW - Progressive plastic deformation KW - Alternating plasticity KW - Shakedown criterion Y1 - 2005 ER - TY - THES A1 - Staat, Manfred T1 - Nichtlineare Wellen in elastischen Scheiben Y1 - 1987 N1 - Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 1987 CY - Aachen ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred T1 - Reliability of the Primary Circuit Pressure Boundary of an HTR-Module under Accident Conditions JF - Safety and reliability assessment : an integral approach ; ESREL'93 ; proceedings of the European Safety and Reliability Conference, Munich, Germany, May 10th - 12th 1993 / Kafka, P. [ed] Y1 - 1993 SN - 0-444-81561-9 SP - 331 EP - 342 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred T1 - Some Achievements of the European Project LISA for FEM Based Limit and Shakedown Analysis JF - Computational mechanics : developments and applications, 2002 : presented at the 2002 ASME Pressure Vessels and Piping Conference, Vancouver, British Columbia, Canada, August 5 - 9. / Badie, N. [ed] Y1 - 2002 SN - 0791846520 N1 - Serie PVP ; vol. 441. SP - 177 EP - 185 PB - American Society of Mechanical Engineers CY - New York ER - TY - GEN A1 - Staat, Manfred T1 - Technische Mechanik. Vorlesungsmitschrift. Korrigierter Nachdr. der 3. Aufl. N2 - Überarbeitete, korrigierte und ergänzte Version einer Vorlesungsmitschrift von Sebastian Krämer. 172 S. Inhaltsverzeichnis 0 Einführung in die Mechanik 1 Statik starrer Körper 2 Elastostatik (Festigkeitslehre) 3 Kinematik 4 Kinetik Literatur KW - Technische Mechanik Y1 - 2006 ER - TY - GEN A1 - Staat, Manfred T1 - Engineering Mechanics. Lecture Notes. 2nd edition, translation of the 3rd corrected and extended German edition of "Technische Mechanik" N2 - English translation of the corrected lectures notes of Sebastian Krämer. Contents 0 Introduction to Mechanics 1 Statics of Rigid Bodies 2 Elastostatics (Strength of Materials) 3 Kinematics 4 Kinetics Literature KW - Technische Mechanik KW - Mechanics KW - Statics KW - Elastostatics KW - Kinematics KW - Kinetics Y1 - 2006 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 - JOUR A1 - Staat, Manfred T1 - Cyclic plastic deformation tests to verify FEM-based shakedown analyses N2 - Fatigue analyses are conducted with the aim of verifying that thermal ratcheting is limited. To this end it is important to make a clear distintion between the shakedown range and the ratcheting range (continuing deformation). As part of an EU-supported research project, experiments were carried out using a 4-bar model. The experiment comprised a water-cooled internal tube, and three insulated heatable outer test bars. The system was subjected to alternating axial forces, superimposed with alternating temperatures at the outer bars. The test parameters were partly selected on the basis of previous shakedown analyses. During the test, temperatures and strains were measured as a function of time. The loads and the resulting stresses were confirmed on an ongoing basis during performance of the test, and after it. Different material models were applied for this incremental elasto-plastic analysis using the ANSYS program. The results of the simulation are used to verify the FEM-based shakedown analysis. KW - Materialermüdung KW - Einspielen KW - Materialermüdung KW - shakedown analyses KW - thermal ratcheting KW - fatigue analyses Y1 - 2001 ER - TY - JOUR A1 - Staat, Manfred T1 - Direct FEM Limit and Shakedown Analysis with Uncertain Data N2 - 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. KW - Finite-Elemente-Methode KW - Einspielen KW - FEM KW - Einspielanalyse KW - shakedown KW - limit load KW - reliability analysis KW - FEM KW - direct method Y1 - 2000 ER -