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Wind is closely associated with the discussion of fairness in ski jumping. To counter-act its influence on the jump length, the International Ski Federation (FIS) has introduced a wind compensation approach. We applied three differently accurate computer models of the flight phase with wind (M1, M2, and M3) to study the jump length effects of various wind scenarios. The previously used model M1 is accurate for wind blowing in direction of the flight path, but inaccuracies are to be expected for wind directions deviating from the tangent to the flight path. M2 considers the change of airflow direction, but it does not consider the associated change in the angle of attack of the skis which additionally modifies drag and lift area time functions. M3 predicts the length effect for all wind directions within the plane of the flight trajectory without any mathematical simplification. Prediction errors of M3 are determined only by the quality of the input data: wind velocity, drag and lift area functions, take-off velocity, and weight. For comparing the three models, drag and lift area functions of an optimized reference jump were used. Results obtained with M2, which is much easier to handle than M3, did not deviate noticeably when compared to predictions of the reference model M3. Therefore, we suggest to use M2 in future applications. A comparison of M2 predictions with the FIS wind compensation system showed substantial discrepancies, for instance: in the first flight phase, tailwind can increase jump length, and headwind can decrease it; this is opposite of what had been anticipated before and is not considered in the current wind compensation system in ski jumping.
This paper presents a numerical procedure for reliability analysis of thin plates and shells with respect to plastic collapse or to inadaptation. The procedure involves a deterministic shakedown analysis for each probabilistic iteration, which is based on the upper bound approach and the use of the exact Ilyushin yield surface. Probabilistic shakedown analysis deals with uncertainties originated from the loads, material strength and thickness of the shell. Based on a direct definition of the limit state function, the calculation of the failure probability may be efficiently solved by using the First and Second Order Reliability Methods (FORM and SORM). The problem of reliability of structural systems (series systems) is handled by the application of a special technique which permits to find all the design points corresponding to all the failure modes. Studies show, in this case, that it improves considerably the FORM and SORM results.
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.
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.
The propagation of mechanical waves in plates of isotropic elastic material is investigated. After a short introduction to the understanding of focussing of stress waves in a plate with a curved boundary the method of characteristics is applied to a plate of hyperelastic material. Using this method the propagation of acceleration waves is discussed. Based on this a numerical difference scheme is developed for solving initial-boundary-value problems and applied to two examples: propagation of a point disturbance in a homogeneously finitely strained non-linear elastic plate and geometrical focussing in al linear elastic plate.
Shakedown analysis of Reissner-Mindlin plates using the edge-based smoothed finite element method
(2014)
This paper concerns the development of a primal-dual algorithm for limit and shakedown analysis of Reissner-Mindlin plates made of von Mises material. At each optimization iteration, the lower bound of the shakedown load multiplier is calculated simultaneously with the upper bound using the duality theory. An edge-based smoothed finite element method (ES-FEM) combined with the discrete shear gap (DSG) technique is used to improve the accuracy of the solutions and to avoid the transverse shear locking behaviour. The method not only possesses all inherent features of convergence and accuracy from ES-FEM, but also ensures that the total number of variables in the optimization problem is kept to a minimum compared with the standard finite element formulation. Numerical examples are presented to demonstrate the effectiveness of the present method.
Particularly multiparous elderly women may suffer from vaginal vault prolapse after hysterectomy due to weak support from lax apical ligaments. A decreased amount of estrogen and progesterone in older age is assumed to remodel the collagen thereby reducing tissue stiffness. Sacrocolpopexy is either performed as open or laparoscopic surgery using prosthetic mesh implants to substitute lax ligaments. Y-shaped mesh models (DynaMesh, Gynemesh, and Ultrapro) are implanted in a 3D female pelvic floor finite element model in the extraperitoneal space from the vaginal cuff to the first sacral (S1) bone below promontory. Numerical simulations are conducted during Valsalva maneuver with weakened tissues modeled by reduced tissue stiffness. Tissues are modeled as incompressible, isotropic hyperelastic materials whereas the meshes are modeled either as orthotropic linear elastic or as isotropic hyperlastic materials. The positions of the vaginal cuff and the bladder base are calculated from the pubococcygeal line for female pelvic floor at rest, for prolapse and after repair using the three meshes. Due to mesh mechanics and mesh pore deformation along the loaded direction, the DynaMesh with regular rectangular mesh pores is found to provide better mechanical support to the organs than the Gynemesh and the Ultrapro with irregular hexagonal mesh pores.
Insbesondere ältere, mehrgebährende Frauen leiden häufiger an einem Scheidenvorfall nach einer Hysterektomie aufgrund der schwachen Unterstützung durch laxe apikale Bänder. Es wird angenommen, dass eine verringerte Menge an Östrogen und Progesteron im höheren Alter das Kollagen umformt, wodurch die Gewebesteifigkeit reduziert wird. Die Sakrokolpopexie ist eine offene oder laparoskopische Operation, die mit prothetischen Netzimplantaten durchgeführt wird, um laxe Bänder zu ersetzen. Y-förmige Netzmodelle (DynaMesh, Gynemesh und Ultrapro) werden in einem 3D-Modell des weiblichen Beckenbodens im extraperitonealen Raum vom Vaginalstumpf bis zum Promontorium implantiert. Numerische Simulationen werden während des Valsalva-Manövers mit geschwächtem Gewebe durchgeführt, das durch eine reduzierte Gewebesteifigkeit modelliert wird. Die Gewebe werden als inkompressible, isotrop hyperelastische Materialien modelliert, während die Netze entweder als orthotrope linear elastische oder als isotrope hyperlastische Materialien modelliert werden. Die Positionen des Vaginalstumpfs, der Blase und der Harnröhrenachse werden anhand der Pubococcygeallinie aus der Ruhelage, für den Prolaps und nach der Reparatur unter Verwendung der drei Netze berechnet. Aufgrund der Netzmechanik und der Netzporenverformung bietet das DynaMesh mit regelmäßigen rechteckigen Netzporen eine bessere mechanische Unterstützung und eine Neupositionierung des Scheidengewölbes, der Blase und der Urethraachse als Gynemesh und Ultrapro mit unregelmäßigen hexagonalen Netzporen.