Methods for Decreasing the Total Solution Time of Linear Buckling Finite Element Analyses
Authors
Larsen, Kasper Skindhøj ; Frank, Allan Leth
Term
4. term
Education
Publication year
2012
Submitted on
2012-06-01
Pages
75
Abstract
Dette speciale udvikler og tester metoder til at forkorte tiden for lineære knækningsanalyser, når mange belastningskombinationer (forskellige belastningsscenarier) skal vurderes. En lineær knækningsanalyse estimerer den belastning, hvor en konstruktion bliver ustabil, og beregnes typisk med finit elementmetoden (FEM). Arbejdet beskriver først den nuværende arbejdsgang i et flowdiagram og måler tidsforbruget i de enkelte trin for at finde de største flaskehalse. På baggrund af disse målinger foreslås fire metoder til at reducere den samlede beregningstid. Metoderne introduceres kort, hvorefter de med størst potentiale og realistisk mulighed for implementering (som selvstændigt program eller som tilføjelse til kommerciel software) udvælges til nærmere undersøgelse. Studiet præsenterer den geometri og modellering, der bruges i ydelsestestene, forklarer teorien for lineær knækning, skelner mellem bifurkationsknækning og grænsepunktknækning, og udleder et stabilitetskriterium fra systemets totale potentielle energi. Det gennemgår også, hvordan FEM anvendes til at beregne knækningslaster, og præciserer begrænsningerne ved lineær knækningsanalyse. For de udvalgte metoder beskriver specialet løsningsprocedurerne med flowdiagrammer, redegør for de underliggende principper og evaluerer ydeevnen. Resultaterne viser, at én metode kan reducere den samlede beregningstid med op til 78% i forhold til den nuværende tilgang, mens en anden metode reducerer antallet af belastningskombinationer, der skal analyseres, med 74%. Fordele, ulemper og begrænsninger ved metoderne diskuteres.
This thesis develops and tests ways to shorten the time required for linear buckling analyses when many load combinations (different loading scenarios) must be considered. Linear buckling analysis estimates the load at which a structure becomes unstable, typically computed with the finite element method (FEM). The work first describes the currently used workflow in a flowchart and measures how much time each step takes to identify the main bottlenecks. Based on these measurements, four methods for reducing the total solution time are proposed. The methods are briefly introduced, then those with the greatest potential and feasible implementation (either as a stand-alone program or as an add-on to commercial software) are selected for deeper study. The study presents the geometry and modeling used in performance tests, explains the theory of linear buckling, distinguishes between bifurcation buckling and limit point buckling, and derives a stability criterion from the system's total potential energy. It also outlines how FEM is used to compute buckling loads and clarifies the limitations of linear buckling analysis. For the selected methods, the thesis details the solution procedures with flowcharts, describes the underlying principles, and evaluates performance. Results show that one method reduces total solution time by up to 78% compared with the current approach, while another reduces the number of load combinations to be analyzed by 74%. The advantages, disadvantages, and limitations of the methods are discussed.
[This abstract was generated with the help of AI]
Documents