Lower-bound shakedown analysis of pavements by using the interior point method

Nguyen, An-Danh; Weichert, Dieter

doi:HT015502057

Lower-bound shakedown analysis of pavements by using the interior point method = Einspieluntersuchungen von Pflasterungen unter Verwendung von Innere-Punkt Methode

Nguyen, An-Danh (Author)

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von An Danh Nguyen

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

UmfangVII, 160 S. : Ill.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Weichert, Dieter (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2007-05-15

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-21855
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50018/files/50018.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Mechanik (411110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei) ; shakedown (frei) ; rolling/sliding contacts (frei) ; finite element (frei) ; interior point method (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Pflasterungen wie Straßenbelege oder Rollbahnen versagen im allgemeinen nicht plötzlich sondern durch allmähliche Degradation im Laufe der Belastungsgeschichte. In dieser Arbeit wird eine Methode auf der Grundlage des Melan’schen Einspieltheorems entwickelt, mit der die Grenzlasten für Pflasterungen unter zyklischem Rollkontakt bestimmt werden kann. Die Arbeit gliedert sich in drei Hauptteile. Zuerst eine Methode zur Einspielanalyse für wiederholten Linienkontakt mit Gleitreibung sowie wiederholten stationären Linien- und Punktkontakt eingeführt. Das Material wird als elastisch-plastisch ohne Geschwindigkeitsabhängigkeit angenommen. Als Fließbedingungen werden das gerundete Mohr-Coulomb-, das Tresca und das von Mises-Fließkriterium mit assoziierter Fließregel verwendet. Das vorgeschlagene numerische Verfahren basiert auf der Methode der finiten Elemente und das dazu gehörige Optimierungsproblem zur Bestimmung der Einspielfaktoren wird mit der Innenpunktmethode gelöst. Die Resultate werden mit den Ergebnissen vorhergehender Untersuchungen verglichen. Zum Zweiten wird ein erweitertes Melan’sches Theorem für Einspieluntersuchungen bei nichtassoziierten Fließregeln eingeführt, um das Verhalten granulierter Materialien besser modellieren zu können. Dies ist erforderlich, weil die innere Reibung und die Änderung der physikalischen Eigenschaften, definiert durch Dichte und Volumenänderung die zu einer Abweichung von der Normalitätsregel führen. Schließlich wird unter Benutzung eines einfachen Kappenmodells, Vorgeschlagen von Sandler (1976) [85] sowie von Bathe et al. (1980) [4], kombiniert mit dem gerundeten Mohr-Coulomb-Modell, die Beschränkung des hydrostatischen Druck in dreiachsigem Zustand in die Formulierung des Einspielproblems eingeführt.

Pavements fail in general not by sudden collapse but by gradual deterioration after a large number of loading cycles, in particular by rolling contact. Based on the lower-bound theorem by Melan, the shakedown load for pavements under cyclic rolling contact loading can be determined. The thesis is composed of three main parts. First, a method for the shakedown analysis of repeated sliding/rolling line contact as well as repeated stationary line and point contacts is introduced. The material is assumed to be rate-independent elastic-plastic. As yield conditions, the rounded Mohr-Coulomb, Tresca and von Mises yield criteria are used, assuming associated flow rules. The proposed numerical method is based on finite elements and the inherent optimization problem to determine the shakedown factors is solved with the interior point method. The results are compared with previous results. Secondly, Melan’s extended theorem of shakedown analysis for non-associated flow rules is introduced to take into account the non-associated behaviour in granular materials. Such shakedown analysis of non-associated plasticity flow are needed to be developed because internal friction and change of physical state defined by density and volume changes the plastic strain increment deviates from the normality of yield surface. Finally, using the simple cap model proposed by Sandler (1976) [56] and Bathe et al. (1980) [4] combined with the rounded Mohr-Coulomb, the bound on hydrostatic stress in triaxial condition has been introduced into the formulation of the shakedown problem.

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