Search

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., The present thesis deals with membrane structures, focusing on the description of both the inherent physical necessitates which has to be dealt and the algorithms used when developing the FEM software. After introducing physical basis of the individual design and analysis steps, the specific issues associated with these calculation procedures as well as the particular solution processes are described. The first chapter deals with the form finding analysis, which is inherently associated with designing tensile structures. The equilibrium shape is derived from the requirement for the resulting prestress, given boundary conditions and applied external load. However, this process is also generally dealing with a complex task of searching for the equilibrium itself. Therefore, necessary stabilization techniques are an inherent part of the calculation procedures. The selected methods as well as the proposed technique specialized for the calculation of conical membranes are presented. In addition to the given thesis scope, the proposal of an algorithm for dealing with optimizing the shapes of arches and shells is described. In the chapter about the structural analysis, the main focus is given to the phenomenon of membranes wrinkling. This sudden loss of stability, when the compression occurs, strongly affects the structural response. The proposed algorithm is presented, which is modularly applicable to both the elastic and inelastic materials as described in detail. The chapter dealing with the cutting pattern generation process presents the proposal of the selected combination of two existing solution methods. This algorithms sequence focuses on reaching the optimum combination of the calculation speed, generality and precision. The individual chapters are complemented by presenting of the examples analyzed by using the described algorithms, which demonstrate the individual physical or implementation issues and the associated solution procedures.

Práce se zabývá modelováním buzení konstrukce chodci a získáním odpovídající dynamické odezvy konstrukce. Trend moderních štíhlých konstrukcí klade vyšší důraz na výstižnost modelování dynamického buzení chodci, které je však obtížné z důvodu inteligentního chování chodců a biologické podstaty modelovaného chodce. První část práce se zabývá tradičními modely buzení chodci, založenými na aplikaci silového působení chodců na model konstrukce. Modely jsou zkoumány na konkrétní štíhlé lávce pro mnoho různých variant buzení s cílem prozkoumat specifika aplikace silového buzení a výpočtu odezvy konstrukce. V druhé části práce jsou vyvíjeny biomechanické modely chodce, zahrnující setrvačné síly, pro výpočet interakce chodce s konstrukcí. Parametrické studie prováděné na zjednodušených modelech konstrukcí zkoumají vliv návrhových parametrů biomechanických modelů na dynamickou odezvu. Cílem je získat výstižnější model systému chodec-konstrukce pro zpřesnění návrhu konstrukcí. V části práci je zkoumán také návrh dynamického pohlcovače kmitání pro omezení vibrací vyvolaných chodci. Dynamickému pohlcovači kmitání jsou věnovány parametrické studie, které se zabývají vlivem návrhových parametrů pohlcovače na účinnost a konstrukční požadavky zařízení. Cílem je prozkoumat návrhové parametry a jejich vliv na efektivní a ekonomický návrh zařízení. V práci byly vyvinuty dva biomechanické modely, jednoduchý biomechanický model s jedním svislým stupněm volnosti a bipedální model člověka při chůzi. Modely prokázaly určitou míru interakce při buzení lehkých lávek jedním člověkem. Bipedální model pak také vnesl částečný vhled do mechaniky chůze a příčin kontaktních sil chodce., Thesis deals with the modeling of pedestrian excitation of structures and obtaining the corresponding dynamic response of the structure. The trend of modern slender structures places more emphasis on the accuracy of modeling pedestrian dynamic excitation, which is difficult because of the intelligent behavior of pedestrians and the biological nature of the modeled pedestrian. First part of the thesis deals with traditional models of pedestrian excitation, based on application of pedestrian ground force to the model of construction. Models are explored on a model of slender footbridge for many different excitation variants in order to explore the specifics of the force excitation application and the structure response calculation. In second part of the thesis biomechanical pedestrian models are developed, including inertial forces, to calculate the pedestrian interaction with the structure. Parametric studies carried out on simplified structural models research the influence of design parameters of biomechanical models on dynamic response. The aim is to obtain a more accurate model of the pedestrian-construction system for refinement of the design of structures. The design of a tuned mass dampers for the reduction of pedestrian induced vibrations is also explored. Tuned mass dampers are devoted to parametric studies that deal with the influence of design parameters of the damper on the efficiency and design requirements of the device. The aim is to explore the design parameters and their influence on the efficient and economical design of the device. In the thesis were developed two biomechanical models, a simple biomechanical model with one vertical degree of freedom and a bipedal model of a human walking. Models have proven a certain degree of interaction when exciting light footbridges by one pedestrian. Bipedal model then also brought a partial insight into the mechanics of walking and the causes of pedestrian contact forces.

Disertační práce pojednává o vybraných problémech v oblasti řešení dynamické odezvy stavebních konstrukcí na nestacionární zatížení nuceným pohybem v místě uložení. Jedná se o seizmické zatížení. Jsou doporučeny postupy, jak využít seizmické záznamy buzení s ohledem na přesnost dynamických výpočtů. Elastická spektra odezvy je nutno upravit tak, aby byla zajištěna požadovaná spolehlivosti návrhu. Je ukázáno, jak generovat vhodné syntetické akcelerogramy pro řešení požadované odezvy. Podle vytvořené vlastní metodiky byl generován syntetický akcelerogram pro užití při experimentální seizmické zkoušce zděného objektu z autoklávovaného betonu v modelovém měřítku. Odezvové veličiny pohybu získané v měřených místech při experimentu byly porovnány s lineárními a nelineárními dynamickými výpočty na modelech sestavenými metodou konečných prvků. Byly použity numerické modely s různými úrovněmi detailnosti. Smykové chování stěn bylo modelováno s užitím konstitutivních vztahů zahrnující možnost křehkého porušení a dále s užitím nelineárního interakčního rozhraní zahrnující delaminaci mezi zdicími prvky. Chování matematického modelu stěnových systémů bylo kalibrováno s ohledem na měřená data při smykových zkouškách stěn ve skutečném a modelovém měřítku., The dissertation deals with selected issues in the field of the calculation of the response of building structures which are excited with dynamic non-stationary displacement loading of its ground. Seismic load has been assumed. Procedures, how to work with seismic records with respect to the accuracy of dynamic calculations, how to modify the response spectrum to ensure the reliability, how to generate synthetic accelerogram requiring more accurate response, are recommended. Synthetic akcelerogram has been generated by own approaching, which has been used as the excitation function in the experimental seismic testing of autoclaved concrete brick building in model scale. Response values of motion in the measured points of the experiment were compared with the linear and nonlinear dynamic calculations by using the finite element method models. Different levels of detail of the numerical models have been used. The shear wall behaviour has been modelled by using constitutive models with brittle failure as well as using of non-linear interaction interface with possible delamination between the masonry bricks. The behaviour of the mathematical model of wall systems has been calibrated with respect to the measured data at shear wall experiments in real and model scale of walls.

Disertační práce nazvaná Kmitání štíhlých mostních konstrukcí se zabývá porovnáním odezev konstrukcí lávek na různé zatěžovací modely chodců. Konkrétně v praxi běžně používaný model, kde jsou účinky chodců nahrazeny silami působícími v určitém místě na mostní konstrukci a model zohlední zatížení chodci pohybujícími se po mostovce. Výpočty odezev jsou provedeny metodou konečných prvků v programovém prostředí ANSYS. Pro získání extrémních hodnot odezev jsou využity parametrické výpočty pomocí programu OptiSlang. Jsou vyhodnoceny odezvy nejprve na zjednodušených konstrukcí pro zatížení dvěma chodci, dále pak odezvy reálných konstrukcí lávek na zatížení dvěma chodci a čtyřmi dvojicemi chodců. Získané odezvy jsou dále posouzeny z hlediska komfortu chodců při užívání konstrukcí a analyzované pro jaké skupiny chodců jsou ještě kritéria splněna a pro jaké je třeba uvažovat o použití zařízení k redukci kmitání. Dále jsou ukázány možnosti použití a postupu návrhu těchto tlumičů kmitání v různých sestavách na lávkách., Doctoral thesis called Vibrations of slender bridge structures deals with comparison of constructions’ responses at different load model of pedestrians. Specifically, in practice commonly used model, where there are the effects of pedestrians replaced by forces acting in a certain place on the bridge and other model, which takes into account the load of pedestrians moving along the deck. Calculations of responses are performed by finite element method in program ANSYS. To obtain extreme values of responses It is used parametric calculation using the program OptiSlang. At first responses on the simplified constructions are evaluated for load of two pedestrians, as well as the responses on real bridges for load of two pedestrians and four pairs of pedestrians. Responses are also evaluated in terms of pedestrian’s comfort during use structures and analyzed for what groups of pedestrians are criteria still met and for which it is necessary to consider about use of devices to reduce vibration. Possible applications and design process of the vibration dampers are shown on different configurations on the bridges.

Disertační práce se věnuje problematice dynamického kontaktu a kinematických vazeb mezi různými entitami a s ní spojenou implementací pro statickou a dynamickou konečnoprvkovou analýzu. Důvodem vývoje v této oblasti jsou vzrůstající nároky na funkcionalitu MKP systémů a rovněž přesnost a rychlost výpočetních modelů. V práci je nejprve řešena problematika vynucení kontaktních podmínek v explicitní dynamice. Jsou navrženy nové metody s ohledem na stabilitu explicitního časového integračního schématu tak, aby nebyla potřeba zmenšovat výpočetní časový krok, ladit vstupní veličiny či řešit rozsáhlý systém rovnic. Přístupy vychází buď ze základních kinematických principů, nebo ze zákona zachování mechanické energie. Dále je pozornost věnována různým typům vazbových podmínek mající široké využití ve stavební praxi. Jejich porozumění je výchozím bodem pro následnou definici nově navrženého konečného elementu kladky. Správnost všech teoreticky navržených metod a jejich implementace je demonstrována na numerických příkladech., The dissertation deals with the problem of dynamic contact and kinematic constraints between various entities and the related issues of its implementation for static and dynamic finite element analysis. The reason for the development in this area is the increasing demands on functionality of FEM softwares and also accuracy and performance of computational models. Firstly, the problem of enforcing contact conditions in explicit dynamics is addressed. New methods are proposed with respect to the stability of the explicit time integration scheme so that there is no need to reduce the computational time step, adjust the input variables or solve a large system of equations. These methods are based either on basic kinematic principles or on the energy conservation law. Furthermore, attention is paid to different types of constraint conditions having a wide application in civil engineering practice. Understanding them is the starting point for the subsequent definition of the newly designed finite element of the pulley. The correctness of all theoretically proposed methods and their implementation is demonstrated by numerical examples.

Předložená disertační práce se zabývá řešením nosníkových a rámových konstrukcí s uvážením materiálové nelinearity. Použitou výpočtovou metodou je metoda konečných prvků. Cílem práce bylo odvodit a otestovat konečně prvkový nosníkový element s uvážením materiálové nelinearity. Následnou detailní analýzou předloženého problému byla sestavena celá skupina formulací nosníkového elementu. Část výsledků této práce byla v několika podobách implementována do komerčních software pro praktické užití projektanty, což bylo hlavním cílem práce. V teoretické části je představen nosníkový element, který se zaměřuje na řešení napjatosti na masivních průřezech. Z hlediska topologie se jedná o klasický liniový nosníkový konečný prvek s dvěma uzly. V každém z uzlů je definováno šest stupňů volnosti pro translace a rotace plus sedmý stupeň pro deplanaci průřezu při kroucení. Na průřezu jsou uváženo namáhání od axiální síly, ohybových momentů, krouticího momentu, posouvajících sil a případně bimomentu pro vázaný krut. Bylo vytvořeno několik variant formulací podle zahrnutí složek namáhání do materiálové nelinearity a podle způsobu numerické integrace. V práci je diskutováno zahrnutí geometrické nelinearity a výpočet požární odolnosti. Veškeré výše popsané formulace byli testovány na prototypech jak je uvedeno v aplikační části. Zde je také popsán obecný postup, architektura a použité technologie pro implementaci poznatků z teoretické části do komerčních konečně prvkových systémů. V práci je ukázána implementace plasticity na skořepinách, výpočtu průřezových charakteristik a napětí na průřezu, implementace materiálově nelineárního nosníkového elementu a modul pro požární odolnost sloupu. Výše uvedené implementace teoretických závěrů jsou hlavními výstupy disertační práce. Tyto implementace jsou dostupné v tisícovkách instalací po celé Evropě, kde jsou využívány při projekci významných konstrukčních celků., The dissertation deals with solution of beam and frame structure considering material nonlinearity. The finite elements method (FEM) was used as calculation method. The objective of the dissertation was to develop and test finite beam element considering material nonlinearity. A detailed analysis of the problem provided a group of formulations of beam element. Part of the dissertation´s results has been, in several forms, implemented in commercial software. Beam element focused on solution of stress over solid cross sections is introduced in the theoretical part. In terms of topology it is a classical prismatic beam element with two nodes. Six degrees of freedom for translations and rotations are defined in each node plus 7-th degree of freedom for warping function from torsion. Load form axial force, bending moments, primary torsion, shear forces and eventually bimoment for secondary torsion were considered in cross section. Several variants of formulations were created according to inclusion of loading components into material nonlinearity and according to numeric integration method. Inclusion of geometric nonlinearity and fire resistance calculation are discussed in the dissertation. The above mentioned formulations were tested on prototypes as described in the application part which also provides information on the general procedure, architecture and technologies used for implementation of knowledge from the theoretical part into commercial FEM software. The dissertation shows implementation of plasticity for shell, solutions of cross section characteristics and stress on cross section, implementation of beam element with material nonlinearity and module for fire resistance of column. The above mentioned implementations of theoretical conclusions are the main outputs of the dissertation. These implementations are available in thousands of installations throughout Europe where being used at projection of significant constructions.

Předkládaná práce se zaměřuje na statickou analýzu konstrukcí z plastů se zohledněním nelineárního chování materiálu v závislosti na napětí. Statická analýza je prováděna metodou konečných prvků. V úvodu práce je názorně popsán rozdíl mezi materiálově lineárním a materiálově nelineárním přístupem. Pro numerickou analýzu plastových konstrukcí je vhodné použít skořepinový konečný prvek rozšířený o možnost dalšího dělení na vrstvy a integrační body přes svoji výšku. Samostatné kapitoly se věnují integraci výsledných veličin přes výšku průřezu. Integrace materiálové matice tuhosti korektně zohledňuje vznik excentricity. Část pozornosti je věnována numerickým kvadraturním pravidlům. Následující kapitola se věnuje materiálově nelineárním modelům. Je popsán jednodušší přístup za pomoci izotropně nelineárně elastického modelu, dále je popsán obecný přístup za použití ortotropně plastického modelu. Teoretický popis je doplněn grafickou interpretací kritérií podle jednotlivých autorů. Významná část této práce je věnována algoritmizaci výpočetních postupů. Je provedena v jazyce Fortran do dynamicky linkované knihovny, která je součástí programu RFEM 5, který je široce využíván v technické praxi. Součástí práce je studie srovnávající výkonnost různých technologií použitelných pro algoritmizaci popisované problematiky. Správnost teoretické analýzy materiálových modelů a následné implementace do programu RFEM 5 je ověřena na příkladu ohýbané konzoly. Konstrukce termoplastové nadzemní nádrže je podrobena detailní materiálově lineární, resp. nelineární analýze. Různé přístupy jsou porovnány na výsledcích napětí, deformace a přetvoření. Zvláštní pozornost je pak věnována stabilitní analýze se zohledněním nelineárního materiálového modelu., The presented thesis focuses on static analysis of plastic structures, taking into account nonlinear behaviour of the material depending on the stress. The static analysis is performed using the finite element method. The difference between material linear and material nonlinear approach is illustratively described in the introduction. A shell finite element, which is enhanced by the possibility of further delamination into layers and integration points along its thickness, is suitable to be used for a numerical analysis of a plastic structures. Separate chapters are devoted to the integration of the resulting values over the height of the cross-section. The integration of the material stiffness matrix correctly reflects the emergence of eccentricity. A part of the attention is devoted to the numerical quadrature rules. Next chapter is devoted to material nonlinear models. Two approaches are described: a simpler one, using the isotropic nonlinear elastic model, and more general one, using the orthotropic plastic model. The theoretical description is complemented by the graphic interpretation of the criteria according to the individual authors. A significant portion of this work is devoted to the algorithmization of calculation procedures described in the theoretical chapters. The algorithmization itself is implemented in Fortran language into a dynamic-link library which is part of the software program RFEM 5 which is widely used in engineering practice. A part of the work is a study comparing the performance of the different technologies applicable for the algorithmization of the described issues. The agreement of the theoretical analysis of the material models and subsequent implementation within the RFEM 5 is demonstrated on the example of the bent cantilever. The thermoplastic aboveground tank structure is subject of detailed material linear, and nonlinear analysis respectively. The various approaches are compared on the results of stress, deformation an

Hlavním cílem této práce je prozkoumání možností využití paralelizace v numerických výpočtech nelineární dynamiky. V poslední dekádě došlo k dramatickému nástupu vícejádrových a výceprocesorových systému v kombinaci s možnostmi, které nyní poskytují moderní počítačové sítě. Komplexnost a velikost řešených modelů se neustále zvyšuje a díky vysoké výpočetní náročnosti úloh dynamiky a statiky konstrukcí, a to především kvůli jejich často nelineárnímu charakteru, je jakákoliv možnost urychlení výpočetních procedur více než žádoucí. Jelikož se jedná o relativně nové odvětví, řada algoritmů a konkrétních paralelních implementací je stále ve stádiu vývoje a výzkumu, a to i proto, že pokroky v oblasti počítačového hardwaru rapidně vzrůstají a s tím vznikají další otázky, jak nejlépe využít dostupný výpočetní výkon. Navržený paralelní model je založený na explicitní formě metodě konečných prvků, která ze své podstaty poskytuje možnost efektivní paralelizace. Zkoumány jsou pak možnosti využití vícejádrovch procesorů, ale i hybridního paralelního modelu kombinujícího možnosti vícejádrových procesorů a paralelní formy na počítačové síti. Navržené přístupy jsou pak testovány při numerickém řešení kontaktní/impaktní úlohy skořepinových konstrukcí., The main aim of this thesis is the exploration of the potential use of the parallelism of numerical computations in the field of nonlinear dynamics. In the last decade the dramatic onset of multicore and multi-processor systems in combination with the possibilities which now provide modern computer networks has risen. The complexity and size of the investigated models are constantly increasing due to the high computational complexity of computational tasks in dynamics and statics of structures, mainly because of the nonlinear character of the solved models. Any possibility to speed up such calculation procedures is more than desirable. This is a relatively new branch of science, therefore specific algorithms and parallel implementation are still in the stage of research and development which is attributed to the latest advances in computer hardware, which is growing rapidly. More questions are raised on how best to utilize the available computing power. The proposed parallel model is based on the explicit form of the finite element method, which naturaly provides the possibility of efficient parallelization. The possibilities of multicore processors, as well as parallel hybrid model combining both the possibilities of multicore processors, and the form of the parallelism on a computer network are investigated. The designed approaches are then examined in addressing of the numerical analysis regarding contact/impact phenomena of shell structures.

Tato práce se zabývá řešením stabilitních problémů rovinných prutových konstrukcí. Jsou v ní popsány použité výpočetní algoritmy a metodika postupu k prozkoumání chování těchto konstrukcí. Je zde představen diskrétní výpočetní model ocelového vzpěradla. Konstrukční deformace jsou vyhodnoceny hledáním minimální potenciální energie. Byl zkoumán vliv svislého posunutí vrcholového kloubu kombinací metody step-by-step a Newtonovy iterace. V modelu jsou zahrnuty vlivy symetrické a nesymetrické počáteční tvarové geometrické imperfekce osy prutů. Dále se práce věnuje mapování potenciální energie se zaměřením na obloukové konstrukce. Pro vybraný oboustranně kloubově uložený oblouk, zatížený posunutím v prostředním bodě, je pomoci dynamické relaxace a navržených mapovacích metod prohledávána oblast, kde se současně vyskytují dva pokritické statické rovnovážné stavy., The aim of this work is focused on soluti0on stability problem of planar bar structures. The calculation algorithms and methods used for analysis of behavior of these structures are described. The discrete computational model of steel of von Mises planar truss is presented. The structure deformation is evaluated by seeking the minimal potential energy. The effect of vertical displacement of top joint is determined by step-by-step method, and Newton iteration. Symmetric and asymmetric effects of initial shape of geometric imperfections of axes of struts are used in the model. The work is focused on another step in research of mapping of potential energy of elastic structures with aim at arch structures. For selected hinged arch loaded by displacement in the midpoint, the area of two concurrently existing postcritical statical equilibrium states is scanned using dynamical relaxation and applying of a set of designed mapping methods.

Problematiku identifikace parametrů při numerických simulacích lze považovat za nezbytný krok při využití matematických modelů, jakými jsou komplexní materiálové modely stavebních materiálů využívaných v metodě konečných prvků. Problém se zvláště zesiluje v případě anizotropních materiálů, ale také u betonu, který se odlišně chová v tahu a tlaku a který vykazuje odlišnou odezvu při rychlém dynamickém a dlouhodobém zatížení. Korektní vystižení odezvy betonu při výpočtu si vyžaduje použití teorie plasticity, teorie poškození, viskoelasticity a viskoplasticity či jejich vzájemné kombinace. Vznikají tak materiálové modely a reologická schémata s velkým množstvím parametrů, které nejsou v normách běžně dostupné. Dizertační práce představuje pro identifikaci parametrů aplikaci meta-heuristického algoritmu Particle Swarm. Úspěšnost metody je demonstrována na dvojici případů, nejprve na identifikaci parametrů elastoplastického materiálového modelu z pracovního diagramu a poté na identifikaci hodnot tuhostních konstant a viskozit reologického schématu z křivky dotvarování., The issue of parameter idenetification within numerical simulations can be considered a necessary step in the use of mathematical models, such as complex material models of building materials utilized in finite element method. The problem is particularly epmhasized in the case of anisothropic materials but also in the case of concrete, which behaves differently in tension and compression and which shows different response under rapid-dynamic and long-term loading. Correct capture of the concrete response in the computation requires usage of plasticity theory, damage theory, visco-elasticity and visco-plasticity or their mutual combinations. It results in development of material models and rheological schemes with large amount of parameters that are not commonly available in standards. The disseration presents application of meta-heuristic algorithm Particle Swarm for parameter identification. The success of the method is demonstrated in a pair of cases, first on the identification of elastoplastic material model parameters from stress strain diagram and then to identify the values of stiffness constants and viscosities of the rheological scheme from a creep curve.

Disertační práce nazvaná Kmitání štíhlých mostních konstrukcí se zabývá porovnáním odezev konstrukcí lávek na různé zatěžovací modely chodců. Konkrétně v praxi běžně používaný model, kde jsou účinky chodců nahrazeny silami působícími v určitém místě na mostní konstrukci a model zohlední zatížení chodci pohybujícími se po mostovce. Výpočty odezev jsou provedeny metodou konečných prvků v programovém prostředí ANSYS. Pro získání extrémních hodnot odezev jsou využity parametrické výpočty pomocí programu OptiSlang. Jsou vyhodnoceny odezvy nejprve na zjednodušených konstrukcí pro zatížení dvěma chodci, dále pak odezvy reálných konstrukcí lávek na zatížení dvěma chodci a čtyřmi dvojicemi chodců. Získané odezvy jsou dále posouzeny z hlediska komfortu chodců při užívání konstrukcí a analyzované pro jaké skupiny chodců jsou ještě kritéria splněna a pro jaké je třeba uvažovat o použití zařízení k redukci kmitání. Dále jsou ukázány možnosti použití a postupu návrhu těchto tlumičů kmitání v různých sestavách na lávkách., Doctoral thesis called Vibrations of slender bridge structures deals with comparison of constructions’ responses at different load model of pedestrians. Specifically, in practice commonly used model, where there are the effects of pedestrians replaced by forces acting in a certain place on the bridge and other model, which takes into account the load of pedestrians moving along the deck. Calculations of responses are performed by finite element method in program ANSYS. To obtain extreme values of responses It is used parametric calculation using the program OptiSlang. At first responses on the simplified constructions are evaluated for load of two pedestrians, as well as the responses on real bridges for load of two pedestrians and four pairs of pedestrians. Responses are also evaluated in terms of pedestrian’s comfort during use structures and analyzed for what groups of pedestrians are criteria still met and for which it is necessary to consider about use of devices to reduce vibration. Possible applications and design process of the vibration dampers are shown on different configurations on the bridges.

Předložená práce analyzuje metodiku a přístupy dané legislativou. Předkládá v tisku prezentované výsledky numerického modelování nárazu vozidel do bariéry řešených ve světě i v ČR. Přináší návrh metodiky posuzování svodidel. Metodika navazuje na základní principy užité v TP 101 a ČSN EN 1991-1-1. Kinetická energie vozidla v okamžiku nárazu je nahrazena statickou silou, jejíž účinky jsou srovnatelné s účinky nárazu vozidla. Nosná konstrukce svodidla je řešena za pomocí prostředků statiky. Ve výpočtu je uplatněna i deformace vozidla, což představuje reálné rozdělení energie pohlcené deformací vozidla a energie, kterou musí absorbovat svodidlo. Navrhované postupy umožňují zohlednit nelineární chování konstrukce jak z hlediska geometrické, tak z hlediska materiálové nelinearity. Práce se rovněž zabývá interpretací různých druhů podepření konstrukcí do výpočtového modelu. Na konkrétním případě je demonstrován způsob modelování pružného podepření sloupku svodidla v zemině, či model tření volně uloženého betonového bloku po podložce. K zajištění realitě odpovídající polohy vzájemně spojených volně uložených bloků je navržen způsob modelování kontaktu v místě jejich možného průniku. K výraznému zpřesnění výpočtu přispívá postupné zatěžování konstrukce pomocí přírůstku zatížení a vyčíslování přírůstků energie absorbované deformací po jednotlivých krocích. Předkládaná metodika představuje účinný nástroj k posuzování svodidel, pro jehož aplikaci je dostatečné užití běžných prostředků a vybavení, kterými disponuje téměř každý projektant zabývající se statikou stavebních konstrukcí. V závěru práce jsou zobecněny poznatky získané z řešených příkladů a doplněny o grafická vyjádření., The presented work analyses the methodology and approach of the legislation. It presents in the press presented results of numerical modelling of the impact of vehicles crashed into barriers that are being solved in the Czech Republic and worldwide. It presents a recommendation of a methodology for assessing crash barriers. The methodology follows the basic principles used in the TP 101 and EN 1991-1-1. The kinetic energy of the vehicle at the moment of impact is replaced with substitute static force, whose effects are comparable with those of a vehicle collision. The supporting structure of crash barriers is implemented in compliance with means of statics. The calculation includes the vehicle deformation, which represents the real distribution of the energy absorbed by the deformation of the vehicle and the energy that crash barriers need to absorb. The proposed methods allow to take into account non-linear behaviour of the structure both in terms of geometry and in terms of material nonlinearity. The work also deals with the interpretation of various types of support structures in the computational model. A specific case is used for a demonstration of a way of modelling the elastic supporting column of crash barriers in the soil, or modelling the friction of a loose concrete block over the surface. To ensure the proper position of interconnected loose blocks corresponding to the reality, a method of modelling the place of a possible contact of the breakthrough is drafted. A significant contribution to the more accurate calculation is achieved by sequential increase of the load on the construction by using load increment and measurement of energy increases absorbed by the deformation in each step. The presented methodology is an effective tool to assess crash barriers. For the application of this tool, using common resources and facilities available to almost every designer dealing with statics of structures is sufficient. In conclusion, the knowledge obtained fr

Disertační práce nazvaná Kmitání štíhlých mostních konstrukcí se zabývá porovnáním odezev konstrukcí lávek na různé zatěžovací modely chodců. Konkrétně v praxi běžně používaný model, kde jsou účinky chodců nahrazeny silami působícími v určitém místě na mostní konstrukci a model zohlední zatížení chodci pohybujícími se po mostovce. Výpočty odezev jsou provedeny metodou konečných prvků v programovém prostředí ANSYS. Pro získání extrémních hodnot odezev jsou využity parametrické výpočty pomocí programu OptiSlang. Jsou vyhodnoceny odezvy nejprve na zjednodušených konstrukcí pro zatížení dvěma chodci, dále pak odezvy reálných konstrukcí lávek na zatížení dvěma chodci a čtyřmi dvojicemi chodců. Získané odezvy jsou dále posouzeny z hlediska komfortu chodců při užívání konstrukcí a analyzované pro jaké skupiny chodců jsou ještě kritéria splněna a pro jaké je třeba uvažovat o použití zařízení k redukci kmitání. Dále jsou ukázány možnosti použití a postupu návrhu těchto tlumičů kmitání v různých sestavách na lávkách., Doctoral thesis called Vibrations of slender bridge structures deals with comparison of constructions’ responses at different load model of pedestrians. Specifically, in practice commonly used model, where there are the effects of pedestrians replaced by forces acting in a certain place on the bridge and other model, which takes into account the load of pedestrians moving along the deck. Calculations of responses are performed by finite element method in program ANSYS. To obtain extreme values of responses It is used parametric calculation using the program OptiSlang. At first responses on the simplified constructions are evaluated for load of two pedestrians, as well as the responses on real bridges for load of two pedestrians and four pairs of pedestrians. Responses are also evaluated in terms of pedestrian’s comfort during use structures and analyzed for what groups of pedestrians are criteria still met and for which it is necessary to consider about use of devices to reduce vibration. Possible applications and design process of the vibration dampers are shown on different configurations on the bridges.

Předkládaná práce se zaměřuje na statickou analýzu konstrukcí z plastů se zohledněním nelineárního chování materiálu v závislosti na napětí. Statická analýza je prováděna metodou konečných prvků. V úvodu práce je názorně popsán rozdíl mezi materiálově lineárním a materiálově nelineárním přístupem. Pro numerickou analýzu plastových konstrukcí je vhodné použít skořepinový konečný prvek rozšířený o možnost dalšího dělení na vrstvy a integrační body přes svoji výšku. Samostatné kapitoly se věnují integraci výsledných veličin přes výšku průřezu. Integrace materiálové matice tuhosti korektně zohledňuje vznik excentricity. Část pozornosti je věnována numerickým kvadraturním pravidlům. Následující kapitola se věnuje materiálově nelineárním modelům. Je popsán jednodušší přístup za pomoci izotropně nelineárně elastického modelu, dále je popsán obecný přístup za použití ortotropně plastického modelu. Teoretický popis je doplněn grafickou interpretací kritérií podle jednotlivých autorů. Významná část této práce je věnována algoritmizaci výpočetních postupů. Je provedena v jazyce Fortran do dynamicky linkované knihovny, která je součástí programu RFEM 5, který je široce využíván v technické praxi. Součástí práce je studie srovnávající výkonnost různých technologií použitelných pro algoritmizaci popisované problematiky. Správnost teoretické analýzy materiálových modelů a následné implementace do programu RFEM 5 je ověřena na příkladu ohýbané konzoly. Konstrukce termoplastové nadzemní nádrže je podrobena detailní materiálově lineární, resp. nelineární analýze. Různé přístupy jsou porovnány na výsledcích napětí, deformace a přetvoření. Zvláštní pozornost je pak věnována stabilitní analýze se zohledněním nelineárního materiálového modelu., The presented thesis focuses on static analysis of plastic structures, taking into account nonlinear behaviour of the material depending on the stress. The static analysis is performed using the finite element method. The difference between material linear and material nonlinear approach is illustratively described in the introduction. A shell finite element, which is enhanced by the possibility of further delamination into layers and integration points along its thickness, is suitable to be used for a numerical analysis of a plastic structures. Separate chapters are devoted to the integration of the resulting values over the height of the cross-section. The integration of the material stiffness matrix correctly reflects the emergence of eccentricity. A part of the attention is devoted to the numerical quadrature rules. Next chapter is devoted to material nonlinear models. Two approaches are described: a simpler one, using the isotropic nonlinear elastic model, and more general one, using the orthotropic plastic model. The theoretical description is complemented by the graphic interpretation of the criteria according to the individual authors. A significant portion of this work is devoted to the algorithmization of calculation procedures described in the theoretical chapters. The algorithmization itself is implemented in Fortran language into a dynamic-link library which is part of the software program RFEM 5 which is widely used in engineering practice. A part of the work is a study comparing the performance of the different technologies applicable for the algorithmization of the described issues. The agreement of the theoretical analysis of the material models and subsequent implementation within the RFEM 5 is demonstrated on the example of the bent cantilever. The thermoplastic aboveground tank structure is subject of detailed material linear, and nonlinear analysis respectively. The various approaches are compared on the results of stress, deformation an

Disertační práce se věnuje problematice dynamického kontaktu a kinematických vazeb mezi různými entitami a s ní spojenou implementací pro statickou a dynamickou konečnoprvkovou analýzu. Důvodem vývoje v této oblasti jsou vzrůstající nároky na funkcionalitu MKP systémů a rovněž přesnost a rychlost výpočetních modelů. V práci je nejprve řešena problematika vynucení kontaktních podmínek v explicitní dynamice. Jsou navrženy nové metody s ohledem na stabilitu explicitního časového integračního schématu tak, aby nebyla potřeba zmenšovat výpočetní časový krok, ladit vstupní veličiny či řešit rozsáhlý systém rovnic. Přístupy vychází buď ze základních kinematických principů, nebo ze zákona zachování mechanické energie. Dále je pozornost věnována různým typům vazbových podmínek mající široké využití ve stavební praxi. Jejich porozumění je výchozím bodem pro následnou definici nově navrženého konečného elementu kladky. Správnost všech teoreticky navržených metod a jejich implementace je demonstrována na numerických příkladech., The dissertation deals with the problem of dynamic contact and kinematic constraints between various entities and the related issues of its implementation for static and dynamic finite element analysis. The reason for the development in this area is the increasing demands on functionality of FEM softwares and also accuracy and performance of computational models. Firstly, the problem of enforcing contact conditions in explicit dynamics is addressed. New methods are proposed with respect to the stability of the explicit time integration scheme so that there is no need to reduce the computational time step, adjust the input variables or solve a large system of equations. These methods are based either on basic kinematic principles or on the energy conservation law. Furthermore, attention is paid to different types of constraint conditions having a wide application in civil engineering practice. Understanding them is the starting point for the subsequent definition of the newly designed finite element of the pulley. The correctness of all theoretically proposed methods and their implementation is demonstrated by numerical examples.

Předložená práce se zabývá teoretickou analýzou mezního stavu únosnosti. Pro řešení byly využity výsledky experimentálního výzkumu, který probíhal na Ústavu kovových a dřevěných konstrukcí pod vedením doc. Karmazínové a prof. Melchera. Geometricky a fyzikálně nelineární řešení vycházející z Timošenkova řešení je verifikováno MKP modelem v programovém prostředí ANSYS. Při řešení je zohledněn náhodný vliv počátečních imperfekcí. Model MKP zahrnuje i vliv vlastních pnutí. V parametrické studii je sledován vliv vlastních pnutí na plastizaci průřezu, vliv na mezní únosnost je spolu s vlivem dalších imperfekcí předmětem stochastické analýzy metodou Latin Hypercube Sampling (LHS). Studie dále prokazuje příznivý účinek betonové části průřezu (kombinace materiálů ocel-beton) na pokles mezní únosnosti prutu vlivem vlastních pnutí oceli. Vzhledem k důležitosti časově závislých jevů dotvarování na únosnost, jsou studie uvedené v disertační práci zaměřené i tímto směrem. Parametrické studie vlivu dotvarování poskytují jak srovnání mezních únosností při použití obyčejného a vysokopevnostního betonu, tak i variabilitu mezních únosností, přičemž bylo využito přístupů normy Eurokód 2. Ze srovnání výstupů statistické analýzy dle návrhových podmínek spolehlivosti normy EN1990 a přístupu Eurokódu 4 plyne, že lze doporučit použití Eurokódu 4 pro dimenzování tohoto typu prvku. Návrh podle Eurokódu 4 lze dle provedených studií hodnotit jako spolehlivý, pro stanovení hospodárnosti je nutný větší soubor experimentálních dat., The presented paper deals with a theoretical analysis of the ultimate limit state. The results of experimental research carried out at the Institute of Metal and Timber Structures headed by Assoc. Prof. Karmazinová and Professor Melcher were applied. The geometrically and materially nonlinear solution based on the Timošenko’s solution is verified by the FEM model in the computer programme system ANSYS. The random influence of initial imperfections is taken into consideration. The FEM model also includes the influence of residual stress. In the parametric study, the influence of residual stress on the cross-section plastification is researched into, its influence on the load carrying capacity limit is, together with the influence of other imperfections, the subject of the stochastic analysis, applying the Latin Hypercube Sampling (LHS). Further on, the study proves a direct effect of the concrete part of the cross-section (combination of materials steel-concrete) on the decrease of load carrying capacity limit of the beam caused by influence of the residual stress of steel. With regard to the importance of time dependent phenomena of the concrete creep for the load carrying capacity, the studies given in the Ph.D. thesis are oriented in this respect. The parametric studies of the influence of the concrete creep having applied the Standard Eurocode 2 provide both a comparison of load carrying capacity limits when using common and high-strength concrete types, and also the variability of load carrying capacities. It follows from the comparison of the statistical analysis outputs according to the design reliability conditions of the Standard EN1990 and of the approach of Eurocode 4 that the Eurocode 4 can be recommended for dimensioning of this member type. According to the studies which we carried out, the design in compliance with Eurocode 4 can be evaluated as the reliable one. A larger set of experimental data is necessary to determine the economy.

Problematiku identifikace parametrů při numerických simulacích lze považovat za nezbytný krok při využití matematických modelů, jakými jsou komplexní materiálové modely stavebních materiálů využívaných v metodě konečných prvků. Problém se zvláště zesiluje v případě anizotropních materiálů, ale také u betonu, který se odlišně chová v tahu a tlaku a který vykazuje odlišnou odezvu při rychlém dynamickém a dlouhodobém zatížení. Korektní vystižení odezvy betonu při výpočtu si vyžaduje použití teorie plasticity, teorie poškození, viskoelasticity a viskoplasticity či jejich vzájemné kombinace. Vznikají tak materiálové modely a reologická schémata s velkým množstvím parametrů, které nejsou v normách běžně dostupné. Dizertační práce představuje pro identifikaci parametrů aplikaci meta-heuristického algoritmu Particle Swarm. Úspěšnost metody je demonstrována na dvojici případů, nejprve na identifikaci parametrů elastoplastického materiálového modelu z pracovního diagramu a poté na identifikaci hodnot tuhostních konstant a viskozit reologického schématu z křivky dotvarování., The issue of parameter idenetification within numerical simulations can be considered a necessary step in the use of mathematical models, such as complex material models of building materials utilized in finite element method. The problem is particularly epmhasized in the case of anisothropic materials but also in the case of concrete, which behaves differently in tension and compression and which shows different response under rapid-dynamic and long-term loading. Correct capture of the concrete response in the computation requires usage of plasticity theory, damage theory, visco-elasticity and visco-plasticity or their mutual combinations. It results in development of material models and rheological schemes with large amount of parameters that are not commonly available in standards. The disseration presents application of meta-heuristic algorithm Particle Swarm for parameter identification. The success of the method is demonstrated in a pair of cases, first on the identification of elastoplastic material model parameters from stress strain diagram and then to identify the values of stiffness constants and viscosities of the rheological scheme from a creep curve.

Hlavním cílem této práce je prozkoumání možností využití paralelizace v numerických výpočtech nelineární dynamiky. V poslední dekádě došlo k dramatickému nástupu vícejádrových a výceprocesorových systému v kombinaci s možnostmi, které nyní poskytují moderní počítačové sítě. Komplexnost a velikost řešených modelů se neustále zvyšuje a díky vysoké výpočetní náročnosti úloh dynamiky a statiky konstrukcí, a to především kvůli jejich často nelineárnímu charakteru, je jakákoliv možnost urychlení výpočetních procedur více než žádoucí. Jelikož se jedná o relativně nové odvětví, řada algoritmů a konkrétních paralelních implementací je stále ve stádiu vývoje a výzkumu, a to i proto, že pokroky v oblasti počítačového hardwaru rapidně vzrůstají a s tím vznikají další otázky, jak nejlépe využít dostupný výpočetní výkon. Navržený paralelní model je založený na explicitní formě metodě konečných prvků, která ze své podstaty poskytuje možnost efektivní paralelizace. Zkoumány jsou pak možnosti využití vícejádrovch procesorů, ale i hybridního paralelního modelu kombinujícího možnosti vícejádrových procesorů a paralelní formy na počítačové síti. Navržené přístupy jsou pak testovány při numerickém řešení kontaktní/impaktní úlohy skořepinových konstrukcí., The main aim of this thesis is the exploration of the potential use of the parallelism of numerical computations in the field of nonlinear dynamics. In the last decade the dramatic onset of multicore and multi-processor systems in combination with the possibilities which now provide modern computer networks has risen. The complexity and size of the investigated models are constantly increasing due to the high computational complexity of computational tasks in dynamics and statics of structures, mainly because of the nonlinear character of the solved models. Any possibility to speed up such calculation procedures is more than desirable. This is a relatively new branch of science, therefore specific algorithms and parallel implementation are still in the stage of research and development which is attributed to the latest advances in computer hardware, which is growing rapidly. More questions are raised on how best to utilize the available computing power. The proposed parallel model is based on the explicit form of the finite element method, which naturaly provides the possibility of efficient parallelization. The possibilities of multicore processors, as well as parallel hybrid model combining both the possibilities of multicore processors, and the form of the parallelism on a computer network are investigated. The designed approaches are then examined in addressing of the numerical analysis regarding contact/impact phenomena of shell structures.

Tato práce se zabývá řešením stabilitních problémů rovinných prutových konstrukcí. Jsou v ní popsány použité výpočetní algoritmy a metodika postupu k prozkoumání chování těchto konstrukcí. Je zde představen diskrétní výpočetní model ocelového vzpěradla. Konstrukční deformace jsou vyhodnoceny hledáním minimální potenciální energie. Byl zkoumán vliv svislého posunutí vrcholového kloubu kombinací metody step-by-step a Newtonovy iterace. V modelu jsou zahrnuty vlivy symetrické a nesymetrické počáteční tvarové geometrické imperfekce osy prutů. Dále se práce věnuje mapování potenciální energie se zaměřením na obloukové konstrukce. Pro vybraný oboustranně kloubově uložený oblouk, zatížený posunutím v prostředním bodě, je pomoci dynamické relaxace a navržených mapovacích metod prohledávána oblast, kde se současně vyskytují dva pokritické statické rovnovážné stavy., The aim of this work is focused on soluti0on stability problem of planar bar structures. The calculation algorithms and methods used for analysis of behavior of these structures are described. The discrete computational model of steel of von Mises planar truss is presented. The structure deformation is evaluated by seeking the minimal potential energy. The effect of vertical displacement of top joint is determined by step-by-step method, and Newton iteration. Symmetric and asymmetric effects of initial shape of geometric imperfections of axes of struts are used in the model. The work is focused on another step in research of mapping of potential energy of elastic structures with aim at arch structures. For selected hinged arch loaded by displacement in the midpoint, the area of two concurrently existing postcritical statical equilibrium states is scanned using dynamical relaxation and applying of a set of designed mapping methods.

Disertační práce pojednává o vybraných problémech v oblasti řešení dynamické odezvy stavebních konstrukcí na nestacionární zatížení nuceným pohybem v místě uložení. Jedná se o seizmické zatížení. Jsou doporučeny postupy, jak využít seizmické záznamy buzení s ohledem na přesnost dynamických výpočtů. Elastická spektra odezvy je nutno upravit tak, aby byla zajištěna požadovaná spolehlivosti návrhu. Je ukázáno, jak generovat vhodné syntetické akcelerogramy pro řešení požadované odezvy. Podle vytvořené vlastní metodiky byl generován syntetický akcelerogram pro užití při experimentální seizmické zkoušce zděného objektu z autoklávovaného betonu v modelovém měřítku. Odezvové veličiny pohybu získané v měřených místech při experimentu byly porovnány s lineárními a nelineárními dynamickými výpočty na modelech sestavenými metodou konečných prvků. Byly použity numerické modely s různými úrovněmi detailnosti. Smykové chování stěn bylo modelováno s užitím konstitutivních vztahů zahrnující možnost křehkého porušení a dále s užitím nelineárního interakčního rozhraní zahrnující delaminaci mezi zdicími prvky. Chování matematického modelu stěnových systémů bylo kalibrováno s ohledem na měřená data při smykových zkouškách stěn ve skutečném a modelovém měřítku., The dissertation deals with selected issues in the field of the calculation of the response of building structures which are excited with dynamic non-stationary displacement loading of its ground. Seismic load has been assumed. Procedures, how to work with seismic records with respect to the accuracy of dynamic calculations, how to modify the response spectrum to ensure the reliability, how to generate synthetic accelerogram requiring more accurate response, are recommended. Synthetic akcelerogram has been generated by own approaching, which has been used as the excitation function in the experimental seismic testing of autoclaved concrete brick building in model scale. Response values of motion in the measured points of the experiment were compared with the linear and nonlinear dynamic calculations by using the finite element method models. Different levels of detail of the numerical models have been used. The shear wall behaviour has been modelled by using constitutive models with brittle failure as well as using of non-linear interaction interface with possible delamination between the masonry bricks. The behaviour of the mathematical model of wall systems has been calibrated with respect to the measured data at shear wall experiments in real and model scale of walls.

Předložená práce se zabývá teoretickou analýzou mezního stavu únosnosti. Pro řešení byly využity výsledky experimentálního výzkumu, který probíhal na Ústavu kovových a dřevěných konstrukcí pod vedením doc. Karmazínové a prof. Melchera. Geometricky a fyzikálně nelineární řešení vycházející z Timošenkova řešení je verifikováno MKP modelem v programovém prostředí ANSYS. Při řešení je zohledněn náhodný vliv počátečních imperfekcí. Model MKP zahrnuje i vliv vlastních pnutí. V parametrické studii je sledován vliv vlastních pnutí na plastizaci průřezu, vliv na mezní únosnost je spolu s vlivem dalších imperfekcí předmětem stochastické analýzy metodou Latin Hypercube Sampling (LHS). Studie dále prokazuje příznivý účinek betonové části průřezu (kombinace materiálů ocel-beton) na pokles mezní únosnosti prutu vlivem vlastních pnutí oceli. Vzhledem k důležitosti časově závislých jevů dotvarování na únosnost, jsou studie uvedené v disertační práci zaměřené i tímto směrem. Parametrické studie vlivu dotvarování poskytují jak srovnání mezních únosností při použití obyčejného a vysokopevnostního betonu, tak i variabilitu mezních únosností, přičemž bylo využito přístupů normy Eurokód 2. Ze srovnání výstupů statistické analýzy dle návrhových podmínek spolehlivosti normy EN1990 a přístupu Eurokódu 4 plyne, že lze doporučit použití Eurokódu 4 pro dimenzování tohoto typu prvku. Návrh podle Eurokódu 4 lze dle provedených studií hodnotit jako spolehlivý, pro stanovení hospodárnosti je nutný větší soubor experimentálních dat., The presented paper deals with a theoretical analysis of the ultimate limit state. The results of experimental research carried out at the Institute of Metal and Timber Structures headed by Assoc. Prof. Karmazinová and Professor Melcher were applied. The geometrically and materially nonlinear solution based on the Timošenko’s solution is verified by the FEM model in the computer programme system ANSYS. The random influence of initial imperfections is taken into consideration. The FEM model also includes the influence of residual stress. In the parametric study, the influence of residual stress on the cross-section plastification is researched into, its influence on the load carrying capacity limit is, together with the influence of other imperfections, the subject of the stochastic analysis, applying the Latin Hypercube Sampling (LHS). Further on, the study proves a direct effect of the concrete part of the cross-section (combination of materials steel-concrete) on the decrease of load carrying capacity limit of the beam caused by influence of the residual stress of steel. With regard to the importance of time dependent phenomena of the concrete creep for the load carrying capacity, the studies given in the Ph.D. thesis are oriented in this respect. The parametric studies of the influence of the concrete creep having applied the Standard Eurocode 2 provide both a comparison of load carrying capacity limits when using common and high-strength concrete types, and also the variability of load carrying capacities. It follows from the comparison of the statistical analysis outputs according to the design reliability conditions of the Standard EN1990 and of the approach of Eurocode 4 that the Eurocode 4 can be recommended for dimensioning of this member type. According to the studies which we carried out, the design in compliance with Eurocode 4 can be evaluated as the reliable one. A larger set of experimental data is necessary to determine the economy.

Disertační práce se věnuje problematice dynamického kontaktu a kinematických vazeb mezi různými entitami a s ní spojenou implementací pro statickou a dynamickou konečnoprvkovou analýzu. Důvodem vývoje v této oblasti jsou vzrůstající nároky na funkcionalitu MKP systémů a rovněž přesnost a rychlost výpočetních modelů. V práci je nejprve řešena problematika vynucení kontaktních podmínek v explicitní dynamice. Jsou navrženy nové metody s ohledem na stabilitu explicitního časového integračního schématu tak, aby nebyla potřeba zmenšovat výpočetní časový krok, ladit vstupní veličiny či řešit rozsáhlý systém rovnic. Přístupy vychází buď ze základních kinematických principů, nebo ze zákona zachování mechanické energie. Dále je pozornost věnována různým typům vazbových podmínek mající široké využití ve stavební praxi. Jejich porozumění je výchozím bodem pro následnou definici nově navrženého konečného elementu kladky. Správnost všech teoreticky navržených metod a jejich implementace je demonstrována na numerických příkladech., The dissertation deals with the problem of dynamic contact and kinematic constraints between various entities and the related issues of its implementation for static and dynamic finite element analysis. The reason for the development in this area is the increasing demands on functionality of FEM softwares and also accuracy and performance of computational models. Firstly, the problem of enforcing contact conditions in explicit dynamics is addressed. New methods are proposed with respect to the stability of the explicit time integration scheme so that there is no need to reduce the computational time step, adjust the input variables or solve a large system of equations. These methods are based either on basic kinematic principles or on the energy conservation law. Furthermore, attention is paid to different types of constraint conditions having a wide application in civil engineering practice. Understanding them is the starting point for the subsequent definition of the newly designed finite element of the pulley. The correctness of all theoretically proposed methods and their implementation is demonstrated by numerical examples.

Předkládaná práce se zaměřuje na statickou analýzu konstrukcí z plastů se zohledněním nelineárního chování materiálu v závislosti na napětí. Statická analýza je prováděna metodou konečných prvků. V úvodu práce je názorně popsán rozdíl mezi materiálově lineárním a materiálově nelineárním přístupem. Pro numerickou analýzu plastových konstrukcí je vhodné použít skořepinový konečný prvek rozšířený o možnost dalšího dělení na vrstvy a integrační body přes svoji výšku. Samostatné kapitoly se věnují integraci výsledných veličin přes výšku průřezu. Integrace materiálové matice tuhosti korektně zohledňuje vznik excentricity. Část pozornosti je věnována numerickým kvadraturním pravidlům. Následující kapitola se věnuje materiálově nelineárním modelům. Je popsán jednodušší přístup za pomoci izotropně nelineárně elastického modelu, dále je popsán obecný přístup za použití ortotropně plastického modelu. Teoretický popis je doplněn grafickou interpretací kritérií podle jednotlivých autorů. Významná část této práce je věnována algoritmizaci výpočetních postupů. Je provedena v jazyce Fortran do dynamicky linkované knihovny, která je součástí programu RFEM 5, který je široce využíván v technické praxi. Součástí práce je studie srovnávající výkonnost různých technologií použitelných pro algoritmizaci popisované problematiky. Správnost teoretické analýzy materiálových modelů a následné implementace do programu RFEM 5 je ověřena na příkladu ohýbané konzoly. Konstrukce termoplastové nadzemní nádrže je podrobena detailní materiálově lineární, resp. nelineární analýze. Různé přístupy jsou porovnány na výsledcích napětí, deformace a přetvoření. Zvláštní pozornost je pak věnována stabilitní analýze se zohledněním nelineárního materiálového modelu., The presented thesis focuses on static analysis of plastic structures, taking into account nonlinear behaviour of the material depending on the stress. The static analysis is performed using the finite element method. The difference between material linear and material nonlinear approach is illustratively described in the introduction. A shell finite element, which is enhanced by the possibility of further delamination into layers and integration points along its thickness, is suitable to be used for a numerical analysis of a plastic structures. Separate chapters are devoted to the integration of the resulting values over the height of the cross-section. The integration of the material stiffness matrix correctly reflects the emergence of eccentricity. A part of the attention is devoted to the numerical quadrature rules. Next chapter is devoted to material nonlinear models. Two approaches are described: a simpler one, using the isotropic nonlinear elastic model, and more general one, using the orthotropic plastic model. The theoretical description is complemented by the graphic interpretation of the criteria according to the individual authors. A significant portion of this work is devoted to the algorithmization of calculation procedures described in the theoretical chapters. The algorithmization itself is implemented in Fortran language into a dynamic-link library which is part of the software program RFEM 5 which is widely used in engineering practice. A part of the work is a study comparing the performance of the different technologies applicable for the algorithmization of the described issues. The agreement of the theoretical analysis of the material models and subsequent implementation within the RFEM 5 is demonstrated on the example of the bent cantilever. The thermoplastic aboveground tank structure is subject of detailed material linear, and nonlinear analysis respectively. The various approaches are compared on the results of stress, deformation an

Problematiku identifikace parametrů při numerických simulacích lze považovat za nezbytný krok při využití matematických modelů, jakými jsou komplexní materiálové modely stavebních materiálů využívaných v metodě konečných prvků. Problém se zvláště zesiluje v případě anizotropních materiálů, ale také u betonu, který se odlišně chová v tahu a tlaku a který vykazuje odlišnou odezvu při rychlém dynamickém a dlouhodobém zatížení. Korektní vystižení odezvy betonu při výpočtu si vyžaduje použití teorie plasticity, teorie poškození, viskoelasticity a viskoplasticity či jejich vzájemné kombinace. Vznikají tak materiálové modely a reologická schémata s velkým množstvím parametrů, které nejsou v normách běžně dostupné. Dizertační práce představuje pro identifikaci parametrů aplikaci meta-heuristického algoritmu Particle Swarm. Úspěšnost metody je demonstrována na dvojici případů, nejprve na identifikaci parametrů elastoplastického materiálového modelu z pracovního diagramu a poté na identifikaci hodnot tuhostních konstant a viskozit reologického schématu z křivky dotvarování., The issue of parameter idenetification within numerical simulations can be considered a necessary step in the use of mathematical models, such as complex material models of building materials utilized in finite element method. The problem is particularly epmhasized in the case of anisothropic materials but also in the case of concrete, which behaves differently in tension and compression and which shows different response under rapid-dynamic and long-term loading. Correct capture of the concrete response in the computation requires usage of plasticity theory, damage theory, visco-elasticity and visco-plasticity or their mutual combinations. It results in development of material models and rheological schemes with large amount of parameters that are not commonly available in standards. The disseration presents application of meta-heuristic algorithm Particle Swarm for parameter identification. The success of the method is demonstrated in a pair of cases, first on the identification of elastoplastic material model parameters from stress strain diagram and then to identify the values of stiffness constants and viscosities of the rheological scheme from a creep curve.

Hlavním cílem této práce je prozkoumání možností využití paralelizace v numerických výpočtech nelineární dynamiky. V poslední dekádě došlo k dramatickému nástupu vícejádrových a výceprocesorových systému v kombinaci s možnostmi, které nyní poskytují moderní počítačové sítě. Komplexnost a velikost řešených modelů se neustále zvyšuje a díky vysoké výpočetní náročnosti úloh dynamiky a statiky konstrukcí, a to především kvůli jejich často nelineárnímu charakteru, je jakákoliv možnost urychlení výpočetních procedur více než žádoucí. Jelikož se jedná o relativně nové odvětví, řada algoritmů a konkrétních paralelních implementací je stále ve stádiu vývoje a výzkumu, a to i proto, že pokroky v oblasti počítačového hardwaru rapidně vzrůstají a s tím vznikají další otázky, jak nejlépe využít dostupný výpočetní výkon. Navržený paralelní model je založený na explicitní formě metodě konečných prvků, která ze své podstaty poskytuje možnost efektivní paralelizace. Zkoumány jsou pak možnosti využití vícejádrovch procesorů, ale i hybridního paralelního modelu kombinujícího možnosti vícejádrových procesorů a paralelní formy na počítačové síti. Navržené přístupy jsou pak testovány při numerickém řešení kontaktní/impaktní úlohy skořepinových konstrukcí., The main aim of this thesis is the exploration of the potential use of the parallelism of numerical computations in the field of nonlinear dynamics. In the last decade the dramatic onset of multicore and multi-processor systems in combination with the possibilities which now provide modern computer networks has risen. The complexity and size of the investigated models are constantly increasing due to the high computational complexity of computational tasks in dynamics and statics of structures, mainly because of the nonlinear character of the solved models. Any possibility to speed up such calculation procedures is more than desirable. This is a relatively new branch of science, therefore specific algorithms and parallel implementation are still in the stage of research and development which is attributed to the latest advances in computer hardware, which is growing rapidly. More questions are raised on how best to utilize the available computing power. The proposed parallel model is based on the explicit form of the finite element method, which naturaly provides the possibility of efficient parallelization. The possibilities of multicore processors, as well as parallel hybrid model combining both the possibilities of multicore processors, and the form of the parallelism on a computer network are investigated. The designed approaches are then examined in addressing of the numerical analysis regarding contact/impact phenomena of shell structures.

Předložená disertační práce se zabývá řešením nosníkových a rámových konstrukcí s uvážením materiálové nelinearity. Použitou výpočtovou metodou je metoda konečných prvků. Cílem práce bylo odvodit a otestovat konečně prvkový nosníkový element s uvážením materiálové nelinearity. Následnou detailní analýzou předloženého problému byla sestavena celá skupina formulací nosníkového elementu. Část výsledků této práce byla v několika podobách implementována do komerčních software pro praktické užití projektanty, což bylo hlavním cílem práce. V teoretické části je představen nosníkový element, který se zaměřuje na řešení napjatosti na masivních průřezech. Z hlediska topologie se jedná o klasický liniový nosníkový konečný prvek s dvěma uzly. V každém z uzlů je definováno šest stupňů volnosti pro translace a rotace plus sedmý stupeň pro deplanaci průřezu při kroucení. Na průřezu jsou uváženo namáhání od axiální síly, ohybových momentů, krouticího momentu, posouvajících sil a případně bimomentu pro vázaný krut. Bylo vytvořeno několik variant formulací podle zahrnutí složek namáhání do materiálové nelinearity a podle způsobu numerické integrace. V práci je diskutováno zahrnutí geometrické nelinearity a výpočet požární odolnosti. Veškeré výše popsané formulace byli testovány na prototypech jak je uvedeno v aplikační části. Zde je také popsán obecný postup, architektura a použité technologie pro implementaci poznatků z teoretické části do komerčních konečně prvkových systémů. V práci je ukázána implementace plasticity na skořepinách, výpočtu průřezových charakteristik a napětí na průřezu, implementace materiálově nelineárního nosníkového elementu a modul pro požární odolnost sloupu. Výše uvedené implementace teoretických závěrů jsou hlavními výstupy disertační práce. Tyto implementace jsou dostupné v tisícovkách instalací po celé Evropě, kde jsou využívány při projekci významných konstrukčních celků., The dissertation deals with solution of beam and frame structure considering material nonlinearity. The finite elements method (FEM) was used as calculation method. The objective of the dissertation was to develop and test finite beam element considering material nonlinearity. A detailed analysis of the problem provided a group of formulations of beam element. Part of the dissertation´s results has been, in several forms, implemented in commercial software. Beam element focused on solution of stress over solid cross sections is introduced in the theoretical part. In terms of topology it is a classical prismatic beam element with two nodes. Six degrees of freedom for translations and rotations are defined in each node plus 7-th degree of freedom for warping function from torsion. Load form axial force, bending moments, primary torsion, shear forces and eventually bimoment for secondary torsion were considered in cross section. Several variants of formulations were created according to inclusion of loading components into material nonlinearity and according to numeric integration method. Inclusion of geometric nonlinearity and fire resistance calculation are discussed in the dissertation. The above mentioned formulations were tested on prototypes as described in the application part which also provides information on the general procedure, architecture and technologies used for implementation of knowledge from the theoretical part into commercial FEM software. The dissertation shows implementation of plasticity for shell, solutions of cross section characteristics and stress on cross section, implementation of beam element with material nonlinearity and module for fire resistance of column. The above mentioned implementations of theoretical conclusions are the main outputs of the dissertation. These implementations are available in thousands of installations throughout Europe where being used at projection of significant constructions.

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., The present thesis deals with membrane structures, focusing on the description of both the inherent physical necessitates which has to be dealt and the algorithms used when developing the FEM software. After introducing physical basis of the individual design and analysis steps, the specific issues associated with these calculation procedures as well as the particular solution processes are described. The first chapter deals with the form finding analysis, which is inherently associated with designing tensile structures. The equilibrium shape is derived from the requirement for the resulting prestress, given boundary conditions and applied external load. However, this process is also generally dealing with a complex task of searching for the equilibrium itself. Therefore, necessary stabilization techniques are an inherent part of the calculation procedures. The selected methods as well as the proposed technique specialized for the calculation of conical membranes are presented. In addition to the given thesis scope, the proposal of an algorithm for dealing with optimizing the shapes of arches and shells is described. In the chapter about the structural analysis, the main focus is given to the phenomenon of membranes wrinkling. This sudden loss of stability, when the compression occurs, strongly affects the structural response. The proposed algorithm is presented, which is modularly applicable to both the elastic and inelastic materials as described in detail. The chapter dealing with the cutting pattern generation process presents the proposal of the selected combination of two existing solution methods. This algorithms sequence focuses on reaching the optimum combination of the calculation speed, generality and precision. The individual chapters are complemented by presenting of the examples analyzed by using the described algorithms, which demonstrate the individual physical or implementation issues and the associated solution procedures.

Problematiku identifikace parametrů při numerických simulacích lze považovat za nezbytný krok při využití matematických modelů, jakými jsou komplexní materiálové modely stavebních materiálů využívaných v metodě konečných prvků. Problém se zvláště zesiluje v případě anizotropních materiálů, ale také u betonu, který se odlišně chová v tahu a tlaku a který vykazuje odlišnou odezvu při rychlém dynamickém a dlouhodobém zatížení. Korektní vystižení odezvy betonu při výpočtu si vyžaduje použití teorie plasticity, teorie poškození, viskoelasticity a viskoplasticity či jejich vzájemné kombinace. Vznikají tak materiálové modely a reologická schémata s velkým množstvím parametrů, které nejsou v normách běžně dostupné. Dizertační práce představuje pro identifikaci parametrů aplikaci meta-heuristického algoritmu Particle Swarm. Úspěšnost metody je demonstrována na dvojici případů, nejprve na identifikaci parametrů elastoplastického materiálového modelu z pracovního diagramu a poté na identifikaci hodnot tuhostních konstant a viskozit reologického schématu z křivky dotvarování., The issue of parameter idenetification within numerical simulations can be considered a necessary step in the use of mathematical models, such as complex material models of building materials utilized in finite element method. The problem is particularly epmhasized in the case of anisothropic materials but also in the case of concrete, which behaves differently in tension and compression and which shows different response under rapid-dynamic and long-term loading. Correct capture of the concrete response in the computation requires usage of plasticity theory, damage theory, visco-elasticity and visco-plasticity or their mutual combinations. It results in development of material models and rheological schemes with large amount of parameters that are not commonly available in standards. The disseration presents application of meta-heuristic algorithm Particle Swarm for parameter identification. The success of the method is demonstrated in a pair of cases, first on the identification of elastoplastic material model parameters from stress strain diagram and then to identify the values of stiffness constants and viscosities of the rheological scheme from a creep curve.

Předložená disertační práce se zabývá řešením nosníkových a rámových konstrukcí s uvážením materiálové nelinearity. Použitou výpočtovou metodou je metoda konečných prvků. Cílem práce bylo odvodit a otestovat konečně prvkový nosníkový element s uvážením materiálové nelinearity. Následnou detailní analýzou předloženého problému byla sestavena celá skupina formulací nosníkového elementu. Část výsledků této práce byla v několika podobách implementována do komerčních software pro praktické užití projektanty, což bylo hlavním cílem práce. V teoretické části je představen nosníkový element, který se zaměřuje na řešení napjatosti na masivních průřezech. Z hlediska topologie se jedná o klasický liniový nosníkový konečný prvek s dvěma uzly. V každém z uzlů je definováno šest stupňů volnosti pro translace a rotace plus sedmý stupeň pro deplanaci průřezu při kroucení. Na průřezu jsou uváženo namáhání od axiální síly, ohybových momentů, krouticího momentu, posouvajících sil a případně bimomentu pro vázaný krut. Bylo vytvořeno několik variant formulací podle zahrnutí složek namáhání do materiálové nelinearity a podle způsobu numerické integrace. V práci je diskutováno zahrnutí geometrické nelinearity a výpočet požární odolnosti. Veškeré výše popsané formulace byli testovány na prototypech jak je uvedeno v aplikační části. Zde je také popsán obecný postup, architektura a použité technologie pro implementaci poznatků z teoretické části do komerčních konečně prvkových systémů. V práci je ukázána implementace plasticity na skořepinách, výpočtu průřezových charakteristik a napětí na průřezu, implementace materiálově nelineárního nosníkového elementu a modul pro požární odolnost sloupu. Výše uvedené implementace teoretických závěrů jsou hlavními výstupy disertační práce. Tyto implementace jsou dostupné v tisícovkách instalací po celé Evropě, kde jsou využívány při projekci významných konstrukčních celků., The dissertation deals with solution of beam and frame structure considering material nonlinearity. The finite elements method (FEM) was used as calculation method. The objective of the dissertation was to develop and test finite beam element considering material nonlinearity. A detailed analysis of the problem provided a group of formulations of beam element. Part of the dissertation´s results has been, in several forms, implemented in commercial software. Beam element focused on solution of stress over solid cross sections is introduced in the theoretical part. In terms of topology it is a classical prismatic beam element with two nodes. Six degrees of freedom for translations and rotations are defined in each node plus 7-th degree of freedom for warping function from torsion. Load form axial force, bending moments, primary torsion, shear forces and eventually bimoment for secondary torsion were considered in cross section. Several variants of formulations were created according to inclusion of loading components into material nonlinearity and according to numeric integration method. Inclusion of geometric nonlinearity and fire resistance calculation are discussed in the dissertation. The above mentioned formulations were tested on prototypes as described in the application part which also provides information on the general procedure, architecture and technologies used for implementation of knowledge from the theoretical part into commercial FEM software. The dissertation shows implementation of plasticity for shell, solutions of cross section characteristics and stress on cross section, implementation of beam element with material nonlinearity and module for fire resistance of column. The above mentioned implementations of theoretical conclusions are the main outputs of the dissertation. These implementations are available in thousands of installations throughout Europe where being used at projection of significant constructions.

Disertační práce pojednává o vybraných problémech v oblasti řešení dynamické odezvy stavebních konstrukcí na nestacionární zatížení nuceným pohybem v místě uložení. Jedná se o seizmické zatížení. Jsou doporučeny postupy, jak využít seizmické záznamy buzení s ohledem na přesnost dynamických výpočtů. Elastická spektra odezvy je nutno upravit tak, aby byla zajištěna požadovaná spolehlivosti návrhu. Je ukázáno, jak generovat vhodné syntetické akcelerogramy pro řešení požadované odezvy. Podle vytvořené vlastní metodiky byl generován syntetický akcelerogram pro užití při experimentální seizmické zkoušce zděného objektu z autoklávovaného betonu v modelovém měřítku. Odezvové veličiny pohybu získané v měřených místech při experimentu byly porovnány s lineárními a nelineárními dynamickými výpočty na modelech sestavenými metodou konečných prvků. Byly použity numerické modely s různými úrovněmi detailnosti. Smykové chování stěn bylo modelováno s užitím konstitutivních vztahů zahrnující možnost křehkého porušení a dále s užitím nelineárního interakčního rozhraní zahrnující delaminaci mezi zdicími prvky. Chování matematického modelu stěnových systémů bylo kalibrováno s ohledem na měřená data při smykových zkouškách stěn ve skutečném a modelovém měřítku., The dissertation deals with selected issues in the field of the calculation of the response of building structures which are excited with dynamic non-stationary displacement loading of its ground. Seismic load has been assumed. Procedures, how to work with seismic records with respect to the accuracy of dynamic calculations, how to modify the response spectrum to ensure the reliability, how to generate synthetic accelerogram requiring more accurate response, are recommended. Synthetic akcelerogram has been generated by own approaching, which has been used as the excitation function in the experimental seismic testing of autoclaved concrete brick building in model scale. Response values of motion in the measured points of the experiment were compared with the linear and nonlinear dynamic calculations by using the finite element method models. Different levels of detail of the numerical models have been used. The shear wall behaviour has been modelled by using constitutive models with brittle failure as well as using of non-linear interaction interface with possible delamination between the masonry bricks. The behaviour of the mathematical model of wall systems has been calibrated with respect to the measured data at shear wall experiments in real and model scale of walls.

Předložená disertační práce se zabývá řešením nosníkových a rámových konstrukcí s uvážením materiálové nelinearity. Použitou výpočtovou metodou je metoda konečných prvků. Cílem práce bylo odvodit a otestovat konečně prvkový nosníkový element s uvážením materiálové nelinearity. Následnou detailní analýzou předloženého problému byla sestavena celá skupina formulací nosníkového elementu. Část výsledků této práce byla v několika podobách implementována do komerčních software pro praktické užití projektanty, což bylo hlavním cílem práce. V teoretické části je představen nosníkový element, který se zaměřuje na řešení napjatosti na masivních průřezech. Z hlediska topologie se jedná o klasický liniový nosníkový konečný prvek s dvěma uzly. V každém z uzlů je definováno šest stupňů volnosti pro translace a rotace plus sedmý stupeň pro deplanaci průřezu při kroucení. Na průřezu jsou uváženo namáhání od axiální síly, ohybových momentů, krouticího momentu, posouvajících sil a případně bimomentu pro vázaný krut. Bylo vytvořeno několik variant formulací podle zahrnutí složek namáhání do materiálové nelinearity a podle způsobu numerické integrace. V práci je diskutováno zahrnutí geometrické nelinearity a výpočet požární odolnosti. Veškeré výše popsané formulace byli testovány na prototypech jak je uvedeno v aplikační části. Zde je také popsán obecný postup, architektura a použité technologie pro implementaci poznatků z teoretické části do komerčních konečně prvkových systémů. V práci je ukázána implementace plasticity na skořepinách, výpočtu průřezových charakteristik a napětí na průřezu, implementace materiálově nelineárního nosníkového elementu a modul pro požární odolnost sloupu. Výše uvedené implementace teoretických závěrů jsou hlavními výstupy disertační práce. Tyto implementace jsou dostupné v tisícovkách instalací po celé Evropě, kde jsou využívány při projekci významných konstrukčních celků., The dissertation deals with solution of beam and frame structure considering material nonlinearity. The finite elements method (FEM) was used as calculation method. The objective of the dissertation was to develop and test finite beam element considering material nonlinearity. A detailed analysis of the problem provided a group of formulations of beam element. Part of the dissertation´s results has been, in several forms, implemented in commercial software. Beam element focused on solution of stress over solid cross sections is introduced in the theoretical part. In terms of topology it is a classical prismatic beam element with two nodes. Six degrees of freedom for translations and rotations are defined in each node plus 7-th degree of freedom for warping function from torsion. Load form axial force, bending moments, primary torsion, shear forces and eventually bimoment for secondary torsion were considered in cross section. Several variants of formulations were created according to inclusion of loading components into material nonlinearity and according to numeric integration method. Inclusion of geometric nonlinearity and fire resistance calculation are discussed in the dissertation. The above mentioned formulations were tested on prototypes as described in the application part which also provides information on the general procedure, architecture and technologies used for implementation of knowledge from the theoretical part into commercial FEM software. The dissertation shows implementation of plasticity for shell, solutions of cross section characteristics and stress on cross section, implementation of beam element with material nonlinearity and module for fire resistance of column. The above mentioned implementations of theoretical conclusions are the main outputs of the dissertation. These implementations are available in thousands of installations throughout Europe where being used at projection of significant constructions.

Práce se zabývá modelováním buzení konstrukce chodci a získáním odpovídající dynamické odezvy konstrukce. Trend moderních štíhlých konstrukcí klade vyšší důraz na výstižnost modelování dynamického buzení chodci, které je však obtížné z důvodu inteligentního chování chodců a biologické podstaty modelovaného chodce. První část práce se zabývá tradičními modely buzení chodci, založenými na aplikaci silového působení chodců na model konstrukce. Modely jsou zkoumány na konkrétní štíhlé lávce pro mnoho různých variant buzení s cílem prozkoumat specifika aplikace silového buzení a výpočtu odezvy konstrukce. V druhé části práce jsou vyvíjeny biomechanické modely chodce, zahrnující setrvačné síly, pro výpočet interakce chodce s konstrukcí. Parametrické studie prováděné na zjednodušených modelech konstrukcí zkoumají vliv návrhových parametrů biomechanických modelů na dynamickou odezvu. Cílem je získat výstižnější model systému chodec-konstrukce pro zpřesnění návrhu konstrukcí. V části práci je zkoumán také návrh dynamického pohlcovače kmitání pro omezení vibrací vyvolaných chodci. Dynamickému pohlcovači kmitání jsou věnovány parametrické studie, které se zabývají vlivem návrhových parametrů pohlcovače na účinnost a konstrukční požadavky zařízení. Cílem je prozkoumat návrhové parametry a jejich vliv na efektivní a ekonomický návrh zařízení. V práci byly vyvinuty dva biomechanické modely, jednoduchý biomechanický model s jedním svislým stupněm volnosti a bipedální model člověka při chůzi. Modely prokázaly určitou míru interakce při buzení lehkých lávek jedním člověkem. Bipedální model pak také vnesl částečný vhled do mechaniky chůze a příčin kontaktních sil chodce., Thesis deals with the modeling of pedestrian excitation of structures and obtaining the corresponding dynamic response of the structure. The trend of modern slender structures places more emphasis on the accuracy of modeling pedestrian dynamic excitation, which is difficult because of the intelligent behavior of pedestrians and the biological nature of the modeled pedestrian. First part of the thesis deals with traditional models of pedestrian excitation, based on application of pedestrian ground force to the model of construction. Models are explored on a model of slender footbridge for many different excitation variants in order to explore the specifics of the force excitation application and the structure response calculation. In second part of the thesis biomechanical pedestrian models are developed, including inertial forces, to calculate the pedestrian interaction with the structure. Parametric studies carried out on simplified structural models research the influence of design parameters of biomechanical models on dynamic response. The aim is to obtain a more accurate model of the pedestrian-construction system for refinement of the design of structures. The design of a tuned mass dampers for the reduction of pedestrian induced vibrations is also explored. Tuned mass dampers are devoted to parametric studies that deal with the influence of design parameters of the damper on the efficiency and design requirements of the device. The aim is to explore the design parameters and their influence on the efficient and economical design of the device. In the thesis were developed two biomechanical models, a simple biomechanical model with one vertical degree of freedom and a bipedal model of a human walking. Models have proven a certain degree of interaction when exciting light footbridges by one pedestrian. Bipedal model then also brought a partial insight into the mechanics of walking and the causes of pedestrian contact forces.

Disertační práce nazvaná Kmitání štíhlých mostních konstrukcí se zabývá porovnáním odezev konstrukcí lávek na různé zatěžovací modely chodců. Konkrétně v praxi běžně používaný model, kde jsou účinky chodců nahrazeny silami působícími v určitém místě na mostní konstrukci a model zohlední zatížení chodci pohybujícími se po mostovce. Výpočty odezev jsou provedeny metodou konečných prvků v programovém prostředí ANSYS. Pro získání extrémních hodnot odezev jsou využity parametrické výpočty pomocí programu OptiSlang. Jsou vyhodnoceny odezvy nejprve na zjednodušených konstrukcí pro zatížení dvěma chodci, dále pak odezvy reálných konstrukcí lávek na zatížení dvěma chodci a čtyřmi dvojicemi chodců. Získané odezvy jsou dále posouzeny z hlediska komfortu chodců při užívání konstrukcí a analyzované pro jaké skupiny chodců jsou ještě kritéria splněna a pro jaké je třeba uvažovat o použití zařízení k redukci kmitání. Dále jsou ukázány možnosti použití a postupu návrhu těchto tlumičů kmitání v různých sestavách na lávkách., Doctoral thesis called Vibrations of slender bridge structures deals with comparison of constructions’ responses at different load model of pedestrians. Specifically, in practice commonly used model, where there are the effects of pedestrians replaced by forces acting in a certain place on the bridge and other model, which takes into account the load of pedestrians moving along the deck. Calculations of responses are performed by finite element method in program ANSYS. To obtain extreme values of responses It is used parametric calculation using the program OptiSlang. At first responses on the simplified constructions are evaluated for load of two pedestrians, as well as the responses on real bridges for load of two pedestrians and four pairs of pedestrians. Responses are also evaluated in terms of pedestrian’s comfort during use structures and analyzed for what groups of pedestrians are criteria still met and for which it is necessary to consider about use of devices to reduce vibration. Possible applications and design process of the vibration dampers are shown on different configurations on the bridges.

Předložená práce se zabývá teoretickou analýzou mezního stavu únosnosti. Pro řešení byly využity výsledky experimentálního výzkumu, který probíhal na Ústavu kovových a dřevěných konstrukcí pod vedením doc. Karmazínové a prof. Melchera. Geometricky a fyzikálně nelineární řešení vycházející z Timošenkova řešení je verifikováno MKP modelem v programovém prostředí ANSYS. Při řešení je zohledněn náhodný vliv počátečních imperfekcí. Model MKP zahrnuje i vliv vlastních pnutí. V parametrické studii je sledován vliv vlastních pnutí na plastizaci průřezu, vliv na mezní únosnost je spolu s vlivem dalších imperfekcí předmětem stochastické analýzy metodou Latin Hypercube Sampling (LHS). Studie dále prokazuje příznivý účinek betonové části průřezu (kombinace materiálů ocel-beton) na pokles mezní únosnosti prutu vlivem vlastních pnutí oceli. Vzhledem k důležitosti časově závislých jevů dotvarování na únosnost, jsou studie uvedené v disertační práci zaměřené i tímto směrem. Parametrické studie vlivu dotvarování poskytují jak srovnání mezních únosností při použití obyčejného a vysokopevnostního betonu, tak i variabilitu mezních únosností, přičemž bylo využito přístupů normy Eurokód 2. Ze srovnání výstupů statistické analýzy dle návrhových podmínek spolehlivosti normy EN1990 a přístupu Eurokódu 4 plyne, že lze doporučit použití Eurokódu 4 pro dimenzování tohoto typu prvku. Návrh podle Eurokódu 4 lze dle provedených studií hodnotit jako spolehlivý, pro stanovení hospodárnosti je nutný větší soubor experimentálních dat., The presented paper deals with a theoretical analysis of the ultimate limit state. The results of experimental research carried out at the Institute of Metal and Timber Structures headed by Assoc. Prof. Karmazinová and Professor Melcher were applied. The geometrically and materially nonlinear solution based on the Timošenko’s solution is verified by the FEM model in the computer programme system ANSYS. The random influence of initial imperfections is taken into consideration. The FEM model also includes the influence of residual stress. In the parametric study, the influence of residual stress on the cross-section plastification is researched into, its influence on the load carrying capacity limit is, together with the influence of other imperfections, the subject of the stochastic analysis, applying the Latin Hypercube Sampling (LHS). Further on, the study proves a direct effect of the concrete part of the cross-section (combination of materials steel-concrete) on the decrease of load carrying capacity limit of the beam caused by influence of the residual stress of steel. With regard to the importance of time dependent phenomena of the concrete creep for the load carrying capacity, the studies given in the Ph.D. thesis are oriented in this respect. The parametric studies of the influence of the concrete creep having applied the Standard Eurocode 2 provide both a comparison of load carrying capacity limits when using common and high-strength concrete types, and also the variability of load carrying capacities. It follows from the comparison of the statistical analysis outputs according to the design reliability conditions of the Standard EN1990 and of the approach of Eurocode 4 that the Eurocode 4 can be recommended for dimensioning of this member type. According to the studies which we carried out, the design in compliance with Eurocode 4 can be evaluated as the reliable one. A larger set of experimental data is necessary to determine the economy.

Předložená práce analyzuje metodiku a přístupy dané legislativou. Předkládá v tisku prezentované výsledky numerického modelování nárazu vozidel do bariéry řešených ve světě i v ČR. Přináší návrh metodiky posuzování svodidel. Metodika navazuje na základní principy užité v TP 101 a ČSN EN 1991-1-1. Kinetická energie vozidla v okamžiku nárazu je nahrazena statickou silou, jejíž účinky jsou srovnatelné s účinky nárazu vozidla. Nosná konstrukce svodidla je řešena za pomocí prostředků statiky. Ve výpočtu je uplatněna i deformace vozidla, což představuje reálné rozdělení energie pohlcené deformací vozidla a energie, kterou musí absorbovat svodidlo. Navrhované postupy umožňují zohlednit nelineární chování konstrukce jak z hlediska geometrické, tak z hlediska materiálové nelinearity. Práce se rovněž zabývá interpretací různých druhů podepření konstrukcí do výpočtového modelu. Na konkrétním případě je demonstrován způsob modelování pružného podepření sloupku svodidla v zemině, či model tření volně uloženého betonového bloku po podložce. K zajištění realitě odpovídající polohy vzájemně spojených volně uložených bloků je navržen způsob modelování kontaktu v místě jejich možného průniku. K výraznému zpřesnění výpočtu přispívá postupné zatěžování konstrukce pomocí přírůstku zatížení a vyčíslování přírůstků energie absorbované deformací po jednotlivých krocích. Předkládaná metodika představuje účinný nástroj k posuzování svodidel, pro jehož aplikaci je dostatečné užití běžných prostředků a vybavení, kterými disponuje téměř každý projektant zabývající se statikou stavebních konstrukcí. V závěru práce jsou zobecněny poznatky získané z řešených příkladů a doplněny o grafická vyjádření., The presented work analyses the methodology and approach of the legislation. It presents in the press presented results of numerical modelling of the impact of vehicles crashed into barriers that are being solved in the Czech Republic and worldwide. It presents a recommendation of a methodology for assessing crash barriers. The methodology follows the basic principles used in the TP 101 and EN 1991-1-1. The kinetic energy of the vehicle at the moment of impact is replaced with substitute static force, whose effects are comparable with those of a vehicle collision. The supporting structure of crash barriers is implemented in compliance with means of statics. The calculation includes the vehicle deformation, which represents the real distribution of the energy absorbed by the deformation of the vehicle and the energy that crash barriers need to absorb. The proposed methods allow to take into account non-linear behaviour of the structure both in terms of geometry and in terms of material nonlinearity. The work also deals with the interpretation of various types of support structures in the computational model. A specific case is used for a demonstration of a way of modelling the elastic supporting column of crash barriers in the soil, or modelling the friction of a loose concrete block over the surface. To ensure the proper position of interconnected loose blocks corresponding to the reality, a method of modelling the place of a possible contact of the breakthrough is drafted. A significant contribution to the more accurate calculation is achieved by sequential increase of the load on the construction by using load increment and measurement of energy increases absorbed by the deformation in each step. The presented methodology is an effective tool to assess crash barriers. For the application of this tool, using common resources and facilities available to almost every designer dealing with statics of structures is sufficient. In conclusion, the knowledge obtained fr

Hlavním cílem této práce je prozkoumání možností využití paralelizace v numerických výpočtech nelineární dynamiky. V poslední dekádě došlo k dramatickému nástupu vícejádrových a výceprocesorových systému v kombinaci s možnostmi, které nyní poskytují moderní počítačové sítě. Komplexnost a velikost řešených modelů se neustále zvyšuje a díky vysoké výpočetní náročnosti úloh dynamiky a statiky konstrukcí, a to především kvůli jejich často nelineárnímu charakteru, je jakákoliv možnost urychlení výpočetních procedur více než žádoucí. Jelikož se jedná o relativně nové odvětví, řada algoritmů a konkrétních paralelních implementací je stále ve stádiu vývoje a výzkumu, a to i proto, že pokroky v oblasti počítačového hardwaru rapidně vzrůstají a s tím vznikají další otázky, jak nejlépe využít dostupný výpočetní výkon. Navržený paralelní model je založený na explicitní formě metodě konečných prvků, která ze své podstaty poskytuje možnost efektivní paralelizace. Zkoumány jsou pak možnosti využití vícejádrovch procesorů, ale i hybridního paralelního modelu kombinujícího možnosti vícejádrových procesorů a paralelní formy na počítačové síti. Navržené přístupy jsou pak testovány při numerickém řešení kontaktní/impaktní úlohy skořepinových konstrukcí., The main aim of this thesis is the exploration of the potential use of the parallelism of numerical computations in the field of nonlinear dynamics. In the last decade the dramatic onset of multicore and multi-processor systems in combination with the possibilities which now provide modern computer networks has risen. The complexity and size of the investigated models are constantly increasing due to the high computational complexity of computational tasks in dynamics and statics of structures, mainly because of the nonlinear character of the solved models. Any possibility to speed up such calculation procedures is more than desirable. This is a relatively new branch of science, therefore specific algorithms and parallel implementation are still in the stage of research and development which is attributed to the latest advances in computer hardware, which is growing rapidly. More questions are raised on how best to utilize the available computing power. The proposed parallel model is based on the explicit form of the finite element method, which naturaly provides the possibility of efficient parallelization. The possibilities of multicore processors, as well as parallel hybrid model combining both the possibilities of multicore processors, and the form of the parallelism on a computer network are investigated. The designed approaches are then examined in addressing of the numerical analysis regarding contact/impact phenomena of shell structures.

Předkládaná práce se zaměřuje na statickou analýzu konstrukcí z plastů se zohledněním nelineárního chování materiálu v závislosti na napětí. Statická analýza je prováděna metodou konečných prvků. V úvodu práce je názorně popsán rozdíl mezi materiálově lineárním a materiálově nelineárním přístupem. Pro numerickou analýzu plastových konstrukcí je vhodné použít skořepinový konečný prvek rozšířený o možnost dalšího dělení na vrstvy a integrační body přes svoji výšku. Samostatné kapitoly se věnují integraci výsledných veličin přes výšku průřezu. Integrace materiálové matice tuhosti korektně zohledňuje vznik excentricity. Část pozornosti je věnována numerickým kvadraturním pravidlům. Následující kapitola se věnuje materiálově nelineárním modelům. Je popsán jednodušší přístup za pomoci izotropně nelineárně elastického modelu, dále je popsán obecný přístup za použití ortotropně plastického modelu. Teoretický popis je doplněn grafickou interpretací kritérií podle jednotlivých autorů. Významná část této práce je věnována algoritmizaci výpočetních postupů. Je provedena v jazyce Fortran do dynamicky linkované knihovny, která je součástí programu RFEM 5, který je široce využíván v technické praxi. Součástí práce je studie srovnávající výkonnost různých technologií použitelných pro algoritmizaci popisované problematiky. Správnost teoretické analýzy materiálových modelů a následné implementace do programu RFEM 5 je ověřena na příkladu ohýbané konzoly. Konstrukce termoplastové nadzemní nádrže je podrobena detailní materiálově lineární, resp. nelineární analýze. Různé přístupy jsou porovnány na výsledcích napětí, deformace a přetvoření. Zvláštní pozornost je pak věnována stabilitní analýze se zohledněním nelineárního materiálového modelu., The presented thesis focuses on static analysis of plastic structures, taking into account nonlinear behaviour of the material depending on the stress. The static analysis is performed using the finite element method. The difference between material linear and material nonlinear approach is illustratively described in the introduction. A shell finite element, which is enhanced by the possibility of further delamination into layers and integration points along its thickness, is suitable to be used for a numerical analysis of a plastic structures. Separate chapters are devoted to the integration of the resulting values over the height of the cross-section. The integration of the material stiffness matrix correctly reflects the emergence of eccentricity. A part of the attention is devoted to the numerical quadrature rules. Next chapter is devoted to material nonlinear models. Two approaches are described: a simpler one, using the isotropic nonlinear elastic model, and more general one, using the orthotropic plastic model. The theoretical description is complemented by the graphic interpretation of the criteria according to the individual authors. A significant portion of this work is devoted to the algorithmization of calculation procedures described in the theoretical chapters. The algorithmization itself is implemented in Fortran language into a dynamic-link library which is part of the software program RFEM 5 which is widely used in engineering practice. A part of the work is a study comparing the performance of the different technologies applicable for the algorithmization of the described issues. The agreement of the theoretical analysis of the material models and subsequent implementation within the RFEM 5 is demonstrated on the example of the bent cantilever. The thermoplastic aboveground tank structure is subject of detailed material linear, and nonlinear analysis respectively. The various approaches are compared on the results of stress, deformation an

Předložená disertační práce se zabývá řešením nosníkových a rámových konstrukcí s uvážením materiálové nelinearity. Použitou výpočtovou metodou je metoda konečných prvků. Cílem práce bylo odvodit a otestovat konečně prvkový nosníkový element s uvážením materiálové nelinearity. Následnou detailní analýzou předloženého problému byla sestavena celá skupina formulací nosníkového elementu. Část výsledků této práce byla v několika podobách implementována do komerčních software pro praktické užití projektanty, což bylo hlavním cílem práce. V teoretické části je představen nosníkový element, který se zaměřuje na řešení napjatosti na masivních průřezech. Z hlediska topologie se jedná o klasický liniový nosníkový konečný prvek s dvěma uzly. V každém z uzlů je definováno šest stupňů volnosti pro translace a rotace plus sedmý stupeň pro deplanaci průřezu při kroucení. Na průřezu jsou uváženo namáhání od axiální síly, ohybových momentů, krouticího momentu, posouvajících sil a případně bimomentu pro vázaný krut. Bylo vytvořeno několik variant formulací podle zahrnutí složek namáhání do materiálové nelinearity a podle způsobu numerické integrace. V práci je diskutováno zahrnutí geometrické nelinearity a výpočet požární odolnosti. Veškeré výše popsané formulace byli testovány na prototypech jak je uvedeno v aplikační části. Zde je také popsán obecný postup, architektura a použité technologie pro implementaci poznatků z teoretické části do komerčních konečně prvkových systémů. V práci je ukázána implementace plasticity na skořepinách, výpočtu průřezových charakteristik a napětí na průřezu, implementace materiálově nelineárního nosníkového elementu a modul pro požární odolnost sloupu. Výše uvedené implementace teoretických závěrů jsou hlavními výstupy disertační práce. Tyto implementace jsou dostupné v tisícovkách instalací po celé Evropě, kde jsou využívány při projekci významných konstrukčních celků., The dissertation deals with solution of beam and frame structure considering material nonlinearity. The finite elements method (FEM) was used as calculation method. The objective of the dissertation was to develop and test finite beam element considering material nonlinearity. A detailed analysis of the problem provided a group of formulations of beam element. Part of the dissertation´s results has been, in several forms, implemented in commercial software. Beam element focused on solution of stress over solid cross sections is introduced in the theoretical part. In terms of topology it is a classical prismatic beam element with two nodes. Six degrees of freedom for translations and rotations are defined in each node plus 7-th degree of freedom for warping function from torsion. Load form axial force, bending moments, primary torsion, shear forces and eventually bimoment for secondary torsion were considered in cross section. Several variants of formulations were created according to inclusion of loading components into material nonlinearity and according to numeric integration method. Inclusion of geometric nonlinearity and fire resistance calculation are discussed in the dissertation. The above mentioned formulations were tested on prototypes as described in the application part which also provides information on the general procedure, architecture and technologies used for implementation of knowledge from the theoretical part into commercial FEM software. The dissertation shows implementation of plasticity for shell, solutions of cross section characteristics and stress on cross section, implementation of beam element with material nonlinearity and module for fire resistance of column. The above mentioned implementations of theoretical conclusions are the main outputs of the dissertation. These implementations are available in thousands of installations throughout Europe where being used at projection of significant constructions.