Elasto-plastic analysis with a coupled FEM/SBFEM approach

Bransch, Martin

In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Methode vorgestellt, mit der sich elastisch-plastische Baugrundverformungen und elastisch-plastisch berechnetes Baugrundversagen unter Einbezug der Wellenausbreitung im Baugrund berechnen lassen. Die vorgestellte Methode ist eine hybride Methode basierend auf mehreren Berechnungsmethoden. Sie beinhaltet eine nichtlineare Berechnung mit der Finite Elemente Methode (FEM), einem nichtlinearen HHT-alpha Verfahren und die Scaled Boundary Finite Element Methode (SBFEM). Die Schwerpunkte der Arbeit liegen in der Implementierung eines elastisch-plastischen Bodenmodells mit isotroper Verfestigung, der Entwicklung und Implementierung eines nichtlineares HHT-alpha Verfahrens mit voller Newton-Raphson Iteration, und der Implementierung dieser Verfahren und der SBFEM in ein nichtlineares Gesamtberechnungsschema. Hierbei stellt das Gesamtberechnungsschema eine neue Berechnungsmethode im Zeitbereich dar, da es die genannte Kombination der Berechnungsmethoden noch nicht gibt. Die Anwendbarkeit des entwickelten Verfahrens wird anhand von verschiedenen Beispielen mit unterschiedlicher Komplexität gezeigt. Die hier gezeigten Beispiele beziehen sich auf Flachgründungen. Die Methode ist aber genauso übertragbar auf Tiefgründungen, Baugruben oder Erdbebenberechnungen.

This work presents a new method for the calculation of elasto-plastic building ground deformations and elasto-plastic building ground failure with included wave propagation in the ground. The presented procedure is a hybrid method, based on several common calculation methods. Included is the nonlinear calculation with the finite element method (FEM), a nonlinear HHT-alpha method and the scaled boundary finite element method (SBFEM). Focuses of this work are the implementation of an elasto-plastic soil model with isotropic hardening, the derivation and implementation of a nonlinear HHT-alpha method with full Newton-Raphson iteration, and the implementation of these methods and the SBFEM in a nonlinear overall calculation scheme. Here, the overall calculation scheme represents a new calculation method in the time domain, because the combination of the named methods does not yet exist. The applicability of the developed method is given with the help of several examples of different complexity.The examples are related to shallow foundations. But the method is also applicable to pile foundations, building pits and earthquake calculations.

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Bransch, Martin: Elasto-plastic analysis with a coupled FEM/SBFEM approach. 2011.

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