|
|
Form finding of shell structures
Musil, Jiří ; Bažant, Zdeněk (referee) ; Vítek,, Jan (referee) ; Stráský, Jiří (advisor)
The theme of this doctoral thesis is the design of concrete shell structures with the focus on finding their optimal shape. The optimal shape of a concrete shell is the shape in which for a given load (usually the dead weight of the structure) no significant bending moments are generated in the shell and the structure is in the so-called membrane state. The inspiration for this thesis is the work of Swiss engineer Heinz Isler, who developed the shapes of shell structures using model tests of appropriately loaded flexible membranes. He developed the shell structure for large spans by inverting the resultant shape, which carried its weight almost entirely via membrane forces. The numerical solution of the above experiments using Midas Civil is presented herein. The basic principles of the method are demonstrated on the example of sagged cable. The numerically found shapes are compared with the analytical solution. A shell is designed based on the numerically found shapes and its stress response to dead load is described, particularly in relation to the membrane action. In the next part, the acquired knowledge and methods were used to design three relatively complicated shell structures. Each structure was statically analysed and its static behaviour was described. Structures with perfectly rigid or flexible supports, which simulate real behaviour of the supports, were studied. In the final phase, the results of static analysis of the selected shell were experimentally verified on a physical model in a scale of 1: 55.56. The model has been built using 3D printing. The thesis describes the use of a modelling similarity, the model design, the production process, and the experiment. The load test confirmed the optimal design of the shell structure and the validity of the numerical method for finding their shapes.
|
|
| |
|
|
Algorithms for design and analysis of membrane structures
Lang, Rostislav ; Krejsa,, Martin (referee) ; Kytýr, Jiří (referee) ; Němec, Ivan (advisor)
Předkládaná práce se zabývá problematikou navrhování membránových konstrukcí, a to především s ohledem na vývoj potřebných výpočetních nástrojů v rámci MKP programů. Po uvedení základních fyzikálních požadavků jednotlivých kroků při navrhování těchto konstrukcí budou dále prezentovány vybrané či navržené algoritmy. Kapitola form finding se zabývá analýzou tvaru membránových konstrukcí. Rovnovážný tvar je odvozen od požadavku na výsledné předpětí, specifikované okrajové podmínky a aplikované zatížení. Obecně se ale tento proces zabývá i samotným hledáním rovnovážné soustavy sil v prostoru. V důsledku této skutečnosti jsou součástí popisované analýzy také vhodné stabilizační metody. V této kapitole budou prezentovány jak zvolené postupy, tak i navržená stabilizační technika specializovaná na hledání tvarů kuželových membrán. Dále je také popsán navržený algoritmus pro řešení úloh optimalizujících tvary ohybově tuhých konstrukcí, které jsou spjaty s hledáním labilních rovnovážných konfigurací. Kapitola structural analysis je zaměřená především na fenomén vrásnění membrán. Tato náhlá ztráta stability silně ovlivňuje statickou i dynamickou odezvu membránových konstrukcí. V rámci této kapitoly je představena a verifikována navržená výpočetní metoda, modulárně aplikovatelná na lineární, nelineárně elastické i plastické materiály používané pro uvedené konstrukce. Kapitola cutting pattern generation se zabývá výpočtem střihových vzorů, nezbytných pro výrobní proces membránových konstrukcí. Pro tento proces je v rámci předkládané práce navržena kombinace dvou různých metod. Zvolená posloupnost algoritmů cílí na optimalizaci poměru rychlosti, obecnosti a přesnosti výpočtu. Zmíněné kapitoly jsou doplněny jednotlivými příklady, analyzovanými pomocí popisovaných algoritmů, které demonstrují konkrétní fyzikální problémy či nezbytné implementační procesy.
|
|
|
Algorithms for design and analysis of membrane structures
Lang, Rostislav ; Krejsa,, Martin (referee) ; Kytýr, Jiří (referee) ; Němec, Ivan (advisor)
Předkládaná práce se zabývá problematikou navrhování membránových konstrukcí, a to především s ohledem na vývoj potřebných výpočetních nástrojů v rámci MKP programů. Po uvedení základních fyzikálních požadavků jednotlivých kroků při navrhování těchto konstrukcí budou dále prezentovány vybrané či navržené algoritmy. Kapitola form finding se zabývá analýzou tvaru membránových konstrukcí. Rovnovážný tvar je odvozen od požadavku na výsledné předpětí, specifikované okrajové podmínky a aplikované zatížení. Obecně se ale tento proces zabývá i samotným hledáním rovnovážné soustavy sil v prostoru. V důsledku této skutečnosti jsou součástí popisované analýzy také vhodné stabilizační metody. V této kapitole budou prezentovány jak zvolené postupy, tak i navržená stabilizační technika specializovaná na hledání tvarů kuželových membrán. Dále je také popsán navržený algoritmus pro řešení úloh optimalizujících tvary ohybově tuhých konstrukcí, které jsou spjaty s hledáním labilních rovnovážných konfigurací. Kapitola structural analysis je zaměřená především na fenomén vrásnění membrán. Tato náhlá ztráta stability silně ovlivňuje statickou i dynamickou odezvu membránových konstrukcí. V rámci této kapitoly je představena a verifikována navržená výpočetní metoda, modulárně aplikovatelná na lineární, nelineárně elastické i plastické materiály používané pro uvedené konstrukce. Kapitola cutting pattern generation se zabývá výpočtem střihových vzorů, nezbytných pro výrobní proces membránových konstrukcí. Pro tento proces je v rámci předkládané práce navržena kombinace dvou různých metod. Zvolená posloupnost algoritmů cílí na optimalizaci poměru rychlosti, obecnosti a přesnosti výpočtu. Zmíněné kapitoly jsou doplněny jednotlivými příklady, analyzovanými pomocí popisovaných algoritmů, které demonstrují konkrétní fyzikální problémy či nezbytné implementační procesy.
|
|
|
Form finding of shell structures
Musil, Jiří ; Bažant, Zdeněk (referee) ; Vítek,, Jan (referee) ; Stráský, Jiří (advisor)
The theme of this doctoral thesis is the design of concrete shell structures with the focus on finding their optimal shape. The optimal shape of a concrete shell is the shape in which for a given load (usually the dead weight of the structure) no significant bending moments are generated in the shell and the structure is in the so-called membrane state. The inspiration for this thesis is the work of Swiss engineer Heinz Isler, who developed the shapes of shell structures using model tests of appropriately loaded flexible membranes. He developed the shell structure for large spans by inverting the resultant shape, which carried its weight almost entirely via membrane forces. The numerical solution of the above experiments using Midas Civil is presented herein. The basic principles of the method are demonstrated on the example of sagged cable. The numerically found shapes are compared with the analytical solution. A shell is designed based on the numerically found shapes and its stress response to dead load is described, particularly in relation to the membrane action. In the next part, the acquired knowledge and methods were used to design three relatively complicated shell structures. Each structure was statically analysed and its static behaviour was described. Structures with perfectly rigid or flexible supports, which simulate real behaviour of the supports, were studied. In the final phase, the results of static analysis of the selected shell were experimentally verified on a physical model in a scale of 1: 55.56. The model has been built using 3D printing. The thesis describes the use of a modelling similarity, the model design, the production process, and the experiment. The load test confirmed the optimal design of the shell structure and the validity of the numerical method for finding their shapes.
|
|
| |
guest ::
