Search

Establishing a reliable procedure for determining micropolar material parameters is the key to its broader application. Two methodologies for identification of one of the micropolar material parameters - the coupling number - are presented and analysed here.

In order to understand the behavior of the materials with microstructure better, a set of experiments was conducted including four-point bending of specimens of different sample sizes and patterns of microstructure. Microstructure of the material was formed by introducing an array of circular holes into a homogenous material (aluminum).

The paper presents an analysis of stresses and strains in both finite and infinite rectangular homogeneous, isotropic elastic plates with a circular hole in the middle loaded by a uniform tensile traction.

Stress concentration around a circular hole in a symmetric plate subjected to uniaxial tension is a well-known and extensively studied problem. Various experimental studies of this problem have been carried out in the last century, on specimens of different materials and with different shapes of holes [1], [2], but we will limit ourselves here to the fundamental example of a symmetric homogeneous and isotropic strip plate with a circular hole. The literature review [3], [4] shows that each successfully conducted experiment indicates that lower stress values occur at the edge of the hole than theoretically assumed. In other words, it has been observed that the stress profile along the specimen transverse section obtained theoretically does not match the experimental measurements. Motivated by the observed discrepancies, this paper is focused on answering two essential questions: can we confirm that the classical theory of elasticity does not describe the considered problem well enough, and can we propose a better theoretical prediction? For this purpose, we have performed the tensile tests on aluminium specimens. The experimentally measured strains have been compared with the results of a numerical model based on the classical theory of elasticity, and the discrepancies between the two sets of results reported in the literature have been confirmed. Hence, we have looked for a possible solution to this problem in the framework of an alternative continuum theory, the so-called micropolar (Cosserat) continuum theory [5], which is the subject of intense research of our group.

A formulation of the micropolar finite element with fixed pole interpolation for a linear static analysis is presented. The newly introduced interpolation is inspired by the fixed-pole concept introduced by Borri and Bottaso in a paper [1], where it was applied to the geometrically nonlinear 3D beams. The concept has proven to be particularly useful in nonlinear dynamics, but so far no attempts have been made to apply it in linear analysis, where the advantages of the concept can be expected. We have shown that the shear locking can be eliminated with the appropriate application of the concept in the analysis of the Timoshenko beam. Given the fact that the Timoshenko beam actually represents the 1D micropolar (Cosserat) continuum, this developed element provided the basis for the further development of 2D and 3D micropolar finite elements with interpolation based on the fixed-pole concept. For the approximation of the micropolar 3D continuum, hexahedral elements with 8 nodes and 6 degrees of freedom per node were used, while for the approximation of the micropolar 2D continuum, quadrilateral finite elements with 4 nodes and 3 degrees of freedom per node were used. The elements are tested through numerical examples consisting of a set of patch tests. Numerical solutions obtained using elements with fixed-pole interpolation were compared with those using a conventional Lagrangian interpolation and the linked interpolation (which is similar to fixed- pole interpolation) to identify improvements of the new elements.

U ovome radu će se izvesti matrica masa prostornog Timošenkovog grednog konačnog elementa iz Hamiltonovog varijacijskog principa gdje će se zasebno koristiti dvije različite vrste tzv. fixed-pole interpolacije: originalna i poboljšana. U poboljšanoj fixed-pole interpolaciji uveden je koeficijent koji je ovisan o broju čvorova pojedinog elementa duž promatrane koordinatne osi dok je u originalnom pristupu on jednak jedinici. U radu [1] autori su pokazali da originalni pristup daje matricu krutosti koja je jednaka onoj dobivenoj Lagrangeovom interpolacijom, dok poboljšan pristup daje matricu krutosti koja je jednaka onoj dobivenoj Lagrangeovom interpolacijom uz primjenu reducirane integracije, čime je uklonjen problem shear-lockinga. Nakon dobivanja matrice masa i poznavanjem matrice krutosti, moguće je riješiti probleme vlastitih vrijednosti. Na primjernu slobodno oslonjene grede, za koju je analitičko rješenje vlastitih frekvencija poznato, analizirana su rješenja dvočvornih i tročvornih grednih konačnih elemenata uz primjenu obiju vrsta fixed-pole interpolacija te su ona uspoređena s rješenjima dobivenih uz primjenu Lagrangeovih interpolacija. Originalni fixed-pole pristup daje poboljšane rezultate za slučaj rijetkih mreža dvočvornih konačnih elemenata u odnosu na primjenu standardne Lagrangeove interpolacije, gdje poboljšanje proizlazi iz dobivene matrice masa, dok poboljšani pristup pruža puno bržu konvergenciju.

In order to understand the behavior of the materials with microstructure better, a set of experiments was conducted including four-point bending of specimens of different sample sizes and patterns of microstructure. Microstructure of the material was formed by introducing an array of circular holes into a homogenous material (aluminum).

In order to realistically describe the behaviour of a heterogeneous material and capture the phenomena that the classical (Cauchy) theory cannot, several alternative theories have been developed, one of which is the micropolar (Cosserat) continuum theory. Unlike the classical theory, where the static interaction between two particles of a body is described only by a force vector, in the micropolar theory there exists an additional moment vector field [1]. Consequently, there is an additional couple-stress tensor and both stress tensors are non-symmetric in general. The existence of a couple-stress tensor causes an additional kinematic field (microrotation), which gives an orientation to each material point and it is completely independent of the skew-symmetric part of the displacement gradient at the observed point (macrorotation). To describe a linear centrosymmetric isotropic micropolar continuum, it is necessary to know six independent material parameters [2]. The theory itself is well known, but reliable experimental methods for determining the material parameters are still not established, which prevents wider application of the theory. Alternatively, the material parameters may be obtained from experiments with the help of numerical analysis in an inversely posed problem. The development of high-quality micropolar finite elements is thus very important and for this reason, we present a detailed linear analysis of the micropolar continuum within the finite-element method using a novel interpolation based on the fixed-pole concept. The concept was first introduced in [3] where authors applied it to the geometrically nonlinear 3D beams which has proven to be particularly useful in dynamics, but so far, no attempts have been made to apply it in linear analysis, where some advantages of the concept can be expected. The new family of micropolar finite elements will be tested through patch tests and compared with existing elements [4].

Klasična (Cauchyjeva) teorija kontinuuma ne razmatra utjecaj mikrostrukture koja ima značajnu ulogu pri opisivanju pojedinih materijala, posebice heterogenih. Kako bi se opisali efekti koji nisu obuhvaćeni u klasičnoj teoriji razvile su se razne teorije među kojima je i mikropolarna (Cosseratova). U radu je izveden analitički model linearnog mikropolarnog kontinuuma gdje su obuhvaćene ravnotežne, kinematičke i konstitutivne jednadžbe. U analizi ravninskog stanja čistog savijanja konzole korišteni su trokutni konačni elementi (T3) sa Lagrangeovom interpolacijom te je za validaciju elementa provedena usporedba s analitičkim rješenjem. Ključ šire uporabe mikropolarne teorije leži u poznavanju mikropolarnih materijalnih parametara no metodologija za njihovo jednoznačno određivanje još nije uspostavljena. U sklopu rada na projektu Hrvatske zaklade za znanost FIMCOS provesti će se daljnja numerička analiza i eksperimentalna mjerenja u svrhu identificiranja materijalnih parametara.

U radu je predstavljena motivacija za primjenu interpolacije unutar tzv. metode nepomičnog pola (fixed-pole interpolation) ili srodne vezane interpolacije u linearnoj analizi 3D mikropolarnog kontinuuma. Interpolacija je inspirirana fixed-pole konceptom kojeg su predložili Borri i Bottasso u radovima [1, 2] gdje je primijenjen na geometrijske nelinearne 3D grede. Koncept se pokazao kao naročito koristan u nelinearnoj dinamici, no nisu još poznati nikakvi pokušaji primjene u linearnoj analizi. U radu pokazujemo da je kod odgovarajuće primjene koncepta na Timošenkovoj gredi eliminirana pojava shear-lockinga. S obzirom na to da Timošenkova greda zapravo predstavlja 1D mikropolarni kontinuum, tako razvijen novi gredni konačni element predstavlja osnovu za daljnji razvoj 2D i 3D mikropolarnih konačnih elementa, temeljenih na nepomičnom polu.

Klasična (Cauchyjeva) teorija kontinuuma ne razmatra utjecaj mikrostrukture koja ima značajnu ulogu pri opisivanju pojedinih materijala, posebice heterogenih. Iz tog razloga razvile su se razne alternativne teorije među kojima je i mikropolarna (Cosseratova) teorija kontinuuma. U radu je izveden analitički model linearnog mikropolarnog kontinuuma gdje su obuhvaćene ravnotežne, kinematičke i konstitutivne jednadžbe. Pri linearnoj analizi za ravninsko stanje deformacija model je primijenjen na metodu konačnih elemenata.

Cilj diplomskog rada je dimenzioniranje čelične i spregnute konstrukcije poslovne građevine. Građevina je tlocrtno nepravilnog oblika maksimalnih osnih dimenzija 39, 6 x 22, 4 m, te visine 8, 10 m mjereno od kote terena do sljemena. Predviđena lokacija građevine je u gradu Puli na 17 metara nadmorske visine. Statička i dinamička analiza se provodi u programu Autodeskt Robot Structural Analysis, prema europskim normama za čelične konstrukcije HRN EN 1993 i spregnute konstrukcije HRN EN 1994. Ulazni podaci su prethodno analizirana djelovanja na konstrukciju, što čini vlastita težina konstrukcijskih i nekonstrukcijskih elemenata, uporabno opterećenje, djelovanje snijega, vjetra te potresno djelovanje, sve prema nizu normi HRN EN 1991, te Nacionalnim dodacima u RH. Svi dimenzionirani elementi zadovoljavaju zahtjeve graničnog stanja nosivosti i uporabljivosti na najekonomičniji način. Pojedine grupe elemenata zbog strane sigurnosti ne prelaze iskoristivost od 91%, A) spoj stupa sa AB temeljem B) spoj glavne grede nosivog okvira na stup. Spojna sredstva su vijci i varovi, a njihova iskoristivost je 91% za spoj A, te 85% za spoj B.

U ovom radu baviti ćemo se fizikalnom pojavom maksimalnog prijenosa energije sa nekog prijenosnika energije na prijemnik u slučaju jednakih frekvencija titranja oba sustava. Riječ bi bila o rezonanciji, a ponajprije ćemo u prvom dijelu rada (zbog boljeg razumijevanja samog pojma) detaljno definirati njene komponente i uvjete nastanka. Razraditi ćemo raznolike rezonantne sustave, a bitnu opasku staviti ćemo na primjere građevina na koje su vibracije imale štetne utjecaje, te moguće vrste zaštite (prigušivači) koje smanjuju vibracije.

Minimiziranje emisija stakleničkih plinova i ovisnosti o fosilnim gorivima predstavlja temelj svih europskih klimatskih i energetskih strategija. Posljedično, obnovljivi izvori energije (OIE) postaju sve konkurentniji fosilnim gorivima, istovremeno se boreći ne samo s klimatskim promjenama već i s rastućom potražnjom za energijom. Drvo i druge vrste krute biomase nalaze se pri samom vrhu ljestvice korištenja OIE u Europskoj uniji. Posljedica povećanog korištenja drvne biomase kao održivog goriva su znatne količine pepela (PDB). PDB nastaje kao nusproizvod izgaranja biomase čije zbrinjavanje trenutno većinom obuhvaća izravno odlaganje na odlagališta. Takvo ekonomski i ekološki neodrživo gospodarenje PDB-om zahtijeva žurno rješavanje ovog problema. Ovim istraživanjem želi se prikazati mogućnost primjene PDB-a kao vrijednog resursa za proizvodnju građevinskih materijala. Analizirana je trajnost betona, odnosno njegova otpornost na smrzavanje u agresivnom okolišu, koristeći PDB kao zamjenu za dio cementa. Uspoređeni su rezultati dobiveni indirektnom mikroskopskom analizom i direktnom metodom izlaganja betona smrzavanju sa solima.

Prilikom planiranja energetske obnove postojećih zgrada, ocjena stvarne toplinske kvalitete ovojnice zgrade od ključne je važnosti za donošenje odluka o izboru ekonomski opravdanih tehnologija energetske obnove i provedbu energetski učinkovitih mjera u svrhu poboljšanja energetskog svojstva zgrada. S obzirom na trenutno postavljene zahtjeve za postizanje gotovo nulte energije i postojanje velikih razlika između stvarnog i projektiranog toplinskog ponašanja zgrada, sve se veći značaj pridaje korištenju nerazornih eksperimentalnih in situ metoda za određivanje stvarnih toplinskih svojstava građevnih elemenata u postojećim zgradama. U radu su prikazane značajke i ograničenja dvije često korištene nerazorne in situ metode za ocjenu stvarnog energetskog svojstva zgrade: mjerenje zrakopropusnosti (Blower door test) i mjerenje koeficijenta prolaska topline (Heat flow meter - HFM method).

Kvazi-krhki materijali, poput betona, stijene ili keramike, odlikuju se lokalizacijom deformacija i oštećenja u relativno uskim zonama te postepenim razvojem makroskopskih pukotina. Modeliranje takvih materijala u okviru klasične teorije kontinuuma sa standardnim konačnim elementima, dovodi do osjetljivosti rezultata s obzirom na veličinu i oblik konačnih elemenata. Kako bi se osigurali objektivni rezultati, potrebno je upotrijebiti prikladnu regularizacijsku tehniku. Crack band metoda često se koristi kao metoda koja eliminira, ili točnije smanjuje, osjetljivost rezultata na odabir mreže konačnih elemenata. Cilj ovog rada je ukratko objasniti načela na kojima se metoda temelji te istražiti na koji način oblik 3D konačnih elementa utječe na numeričke rezultate, ukoliko se volumen elemenata koristi kao kriterij za procjenu širine zone lokalizacije.

U radu je analiziran skup čestica zrnatoga materijala u stabilnoj ravnoteži te statički pritisci koji se javljaju među česticama u mirovanju, pri čemu se čestice smatraju idealno glatkima, pa su zanemarene tangencijalne sile u kontaktima. Kako bi se pojednostavio problem prijenosa sila na mjestima dodira, uzeto je da čestice imaju oblik kuglica i da se svaka kuglica oslanja na druge tri kuglice. Uz navedena ograničenja dobiva se osnovni model ravnoteže jedne kuglice u mirovanju, a normalne sile u tako definiranomu kontaktu tvore statički određenu tlačnu rešetku koja drži skup kuglica u stabilnoj ravnoteži. Za sastavljanje takve tlačne rešetke mogu se primijeniti grafički postupak uravnoteženja prostornoga čvora i metoda rješavanja rešetke čvor po čvor. Na kraju rada provedena je simulacija ravnoteža kuglice u programskom paketu Abaqus metodom diskretno-konačnih elemenata te je prikazan prijenos sila na kontaktima.

U većim projektima održavanja višestambenih zgrada u Hrvatskoj javlja se velik broj sudionika: suvlasnici, predstavnik suvlasnika, upravitelj, izvođač radova, projektant i javna tijela koja sudjeluju u sufinanciranju. Zbog toga se u takvim projektima posebno ističe važnost dobre komunikacije za ostvarivanje ciljeva. U ovome je radu prikazano prvo istraživanje ovakve vrste o komunikaciji u projektima održavanja zgrada u Hrvatskoj. Istraživanje je provedeno putem anketnog upitnika, a ispitanici su bili članovi Udruge Upravitelj, koja okuplja tvrtke koje se bave upravljanjem i održavanjem zgrada u Hrvatskoj. Rezultati istraživanja pokazali su kako komunikacija između upravitelja i izvođača radova ima najveću ulogu u ostvarivanju ciljeva projekta, u smislu troškova, rokova i kvalitete izvedenih radova. Druga po važnosti komunikacijska veza je ona između upravitelja i predstavnika suvlasnika, dok je najmanje utjecajna veza između upravitelja i ostalih suvlasnika.

Podlokavanje stupova mostova je posljedica erozivnog djelovanja vode koja već dugi niz godina narušava ionako već dotrajalu infrastrukturu u Hrvatskoj i Europi. Specifičnost tih mostova je izgradnja riprap zaštite od podlokavanja čijom se izvedbom utjecaj erozije propagira nizvodno u korito na mjesto odbačene kaverne. Cilj istraživanja je razvoj nove empirijske zavisnosti za određivanje ravnotežnih karakteristika kaverne nastale podlokavanjem oko izvedene riprap zaštite. U tu svrhu ovaj rad predstavlja pregled postojećih istraživanja iz predmetnog područja na temelju kojeg će biti moguće predložiti ostvarivi smjer istraživanja.

Rad daje kratak pregled prijedloga metodologije za praćenje i kontrolu kretanja i rada kamiona kipera na gradilištu, prilikom izvođenja zemljanih radova. Metodologija uključuje korištenje videokamere za snimanje kretanja i rada kamiona kipera na gradilištu te analizu snimljenih video zapisa primjenom naprednog računalnog programa (softvera). Primjena metodologije će se prikazati na jednom, trenutno aktivnom, gradilištu u Rijeci. U radu su istaknuti rezultati video analize koji na jasan i pregledan način daju uvid u jedan vremenski ciklus kamiona kipera na promatranom gradilištu u Rijeci. Dodatne analize nekoliko povezanih video zapisa za promatrano gradilište, u svrhu dobivanja karakterističnog vremenskog ciklusa, mogu služiti kao brzo dostupne i pregledne podloge za procjenu stvarne produktivnosti i/ili izračuna mjernog učinka kamiona kipera, te za kontrolu izvođenja radova u smislu je li trajanje neke radne operacije (iznenada) (ne)opravdano dugo.

Ljuljanje predstavlja važan doprinos dinamičkom odgovoru diskontinuiranih sustava, poput spomenika, suhozida, grafitnih blokova u AGR nuklearnim elektranama, ali i zidanih konstrukcija nakon popuštanja veziva. Ovdje je analitičkim, numeričkim i eksperimentalnim pristupom istraženo ljuljanje. Ponovno su izvedene jednadžbe kretanjaza ljuljanjejednog krutog bloka i stupca od dva kruta bloka uslijed pobude podloge. Jednadžbe su diskretizirane Newmarkovom numeričkom integracijom te riješene u geometrijski nelinearnom obliku Newton-Raphsonovom iterativnom metodom. Osmišljenje i proveden niz laboratorijskih eksperimenata slobodnogi prinudnogljuljanjaaluminijskih blokovaza cijeli niz vitkosti i nekoliko različitih veličina, čime je istražen efekt skale/veličine i efekt vitkosti nanjihovdinamički odgovor. Posebno važan mehanizamu kod ljuljanja je disipacijaenergije, kojase većim dijelom događa u sudaruizmeđu koja se ljuljaju. Numeričkim simulacijamaje pokazano kakovitkost i veličina blokova utječu na disipaciju energije idinamičkustabilnost blokova, te je isti utjecaj eksperimentalno validiran.

Rad se bavi primjenom umjetnih neuronskih mreža u planiranju godišnjih operativnih troškova škola s područja Republike Hrvatske. U tu su svrhu prikupljeni podaci za 51 hrvatsku školu te razvijene tri različite umjetne neuronske mreže: višeslojni perceptron (MLP), mreža opće regresije (GRNN) i mreža s radijalno zasnovanom funkcijom (RBFNN). Softver koji se koristio za ove potrebe se naziva DTREG - Predictive Modeling Software. Usporedbom dobivenih rezultata pokazalo se da se najveća točnost procjene postiže primjenom GRNN mreže čiji je MAPE tijekom validacije 7, 97%, a koeficijent determinacije 0, 90. U ovom se slučaju GRNN mreža pokazala optimalnom za procjenu troškova. Za potrebe planiranja troškova u konkretnim slučajevima može se ispitati veći broj mrežnih modela što mogućnosti softvera dopuštaju bez većih problema. Rezultati ovog istraživanja ukazuju da GRNN daje dobre rezultate te je treba uzeti u obzir u budućim procjenama. U praksi se uvijek želi ostvariti što točniji financijski plan, pa je svaki doprinos povećanju točnosti, od značaja.