Forschung

Formoptimierung am Beispiel eines Maulschlüssels  © FH Aachen / Gatzweiler

Kompetenzen: Mechanik, Biomechanik, Numerik


Optimierung in der Mechanik:

  • Strukturoptimierung, Topologieoptimierung 
  • Traglast- und Einspielanalyse: Plastischer Kollaps, Kurzzeitermüdung (LCF), Ratchetting, Zähbruchmechanik 
  • Strukturzuverlässigkeit: First and Second Order Reliability Method (FORM/SORM), Probabilistische Bruchmechanik, Stochastische Optimierung 
  • Materialmodelle: Identifikation und Parameterschätzung

Optimierung in der Biomechanik: 

  • Funktionelle Anpassung: weiches und hartes Gewebe, Bone Remodelling
  • Biomechanische Mehrkörpersysteme (MKS): Berechnung von Muskel- und Gelenkkräften, Rehabilitation, Sportbiomechanik, Ergonomie, Unfallbiomechanik
  • Modelle biologischer Materialien: Identifikation und Parameterschätzung

Was wir bieten:

  • Beratung, Studien und Entwicklung von Methoden und Software zu unseren Forschungsschwerpunkten (teilweise im Aufbau) 
  • Langjährige Erfahrung auf den Gebieten Finite Elemente Methode (FEM), Materialtheorie, Traglast- und Einspielanalyse in Struktur- und Bruchmechanik 
  • Erfahrung als Partner und als Koordinator von europäischen und nationalen Projekten und Studien mit industriellen Partnern, Universitäten und Forschungseinrichtungen 
  • Unsere Mitarbeit in Forschungs- und Entwicklungsprojekten in Mechanik und ihren Grenzgebieten

Naturwissenschaftliche und technische Probleme mussten früher so idealisiert und vereinfacht modelliert werden, dass sie lösbar wurden. Das änderte sich mit Entwicklung numerischer Verfahren wie der Finite Elemente Methode (FEM). Dabei wird das zu berechnende Gebiet wie mit Lego-Steinen aus Finiten Elementen aufgebaut. Diese Bausteine sind so einfach, dass man Ihre Lösung kennt. Die Gesamtlösung baut sich aus den Einzellösungen auf.

Die schnelle Entwicklung der Informatik erlaubt heute sehr detaillierte Lösungen mit Millionen von Finiten Elementen. Ein so großer Baukasten läßt sich nur noch mit High Performance Computing handhaben. Daneben berücksichtigt man mit Erfolg, dass viele Probleme nichtlinear sind und dass oft verschiedene Effekte gleichzeitig wirken. Hatte man zunächst Struktur, Strömung und Temperatur getrennt modelliert, so werden sie heute zunehmend gekoppelt gerechnet. In Zeiten des globalen Wettbewerbes und angesichts knapper Ressourcen wird die Frage nach der besten Lösung immer interessanter. Solche Optimierungsprobleme lassen sich erst für relativ kleine Problemgrößen lösen.

In einem europäischen Forschungsprojekt verbinden wir die nichtlineare FEM mit der Optimierung. Wir fragen nach der maximalen Tragfähigkeit von Bauwerken, Maschinen und Apparaten. Ausgestellt wird das Beispiel einer hoch beanspruchten Verdichterscheibe der Firma DEMAG DELAVAL, Duisburg. Eine größere Tragfähigkeit erlaubt höhere Drehzahlen mit besserem Wirkungsgrad. Das schafft Wettbewerbsvorteile und schont die Umwelt. 

 

In einem europäischen Forschungsprojekt verbinden wir die nichtlineare FEM mit der Optimierung. Wir fragen nach der maximalen Tragfähigkeit von Bauwerken, Maschinen und Apparaten. Ausgestellt wird das Beispiel einer hoch beanspruchten Verdichterscheibe der Firma DEMAG DELAVAL, Duisburg. Eine größere Tragfähigkeit erlaubt höhere Drehzahlen mit besserem Wirkungsgrad. Das schafft Wettbewerbsvorteile und schont die Umwelt.  

Projekte:

  • Wettbewerb des Landes Nordrhein-Westfalen; Translationale Stammzellforschung" (2014) Project CardiacDrums: Messung mechanischer Grundspannungen und Schlagamplituden von hiPS-basierten Kardiomyozyten für funktionelle Medikamenten- und Toxintests in der personalisierten Medizin. 01.08.2014-31.12.2015. Aktenzeichen: z1403ts021b.
  • FHprofUNT2012 Projekt BINGO: Optimierung des Systems Netzimplantat-Beckenboden zur therapeutischen Gewebeverstärkung nach der Integraltheorie. 01.01.2013-31.12.2015, Förderkennzeichen: 03FH073PX2.
  • ZIM Projekt: Einstellbares alloplastisches Schlingensystem zur minimal-invasiven Therapie der Belastungsinkontinenz bei Frauen, 2010-2011, Förderkennzeichen: KF 2545602AJ9.
  • EU Leonardo Project WEBD: Web based training of biomedical specialists. 2009-2010. Grant Agreement Reference No.: 2008-1-TRI-LE005-03241.
  • EU Brite-EuRam Projekt LISA: FEM-based Limit and Shakedown Analysis for Design and Integrity Assessment in European Industry. January 1, 1998 to May 31, 2002, Contract No. BRPR-CT97-0595, Project No. BE 97-4547.

Kooperationen:

  • Firmen: INTES, Stuttgart, Siemens/Framatome ANP, Erlangen, Demag Delaval/Siemens , Duisburg, FEV, Aachen, Electricité de France (EDF), Bureau Veritas, Paris, NEC, St. Augustin
  • Universitäten: Chemnitz, Duisburg-Essen, RWTH Aachen, Sherbrooke (CA), Lüttich (BE)
  • Forschungszentren: Jülich, Geesthacht
  • Ford Forschungszentrum Aachen

 

Weitere Informationen zur...

Biomechanik

Biomechanik ist die Anwendung der Mechanik auf den Stütz- und Bewegungsapparat, Organe, Gewebe und Zellen. Sie findet vielfältige Anwendung im medizinischen Bereich. 

Biologische Systeme passen sich selbständig ihren mechanischen Anforderungen an. Biologische Optimierungsverfahren lassen sich auf technische Systeme übertragen. Umgekehrt werden mathematische Optimierungsverfahren in der Technik erprobt und auf biologische Systeme angewandt.

Optimierung in der Biomechanik:

  • Funktionelle Anpassung: weiches und hartes Gewebe, Bone Remodelling
  • Biomechanische Mehrkörpersysteme (MKS): Berechnung von Muskel- und Gelenkkräften, Rehabilitation, Sportbiomechanik, Ergonomie, Unfallbiomechanik
  • Modelle biologischer Materialien: Identifikation und Parameterschätzung

Formoptimierung mit Hilfe der Methoden der Finite Elemente

CAO - Computer Aided Optimization 
M. Stroh, K.-H. Gatzweiler, M. Staat, S. Sponagel

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Calculation of joint forces caused by riding an exercise bike

J. Leemann1), K.-H. Gatzweiler1), E. Schopphoff2), M. Staat1)1)Biomechanics Laboratory, Aachen University of Applied Sciences, Division Jülich2)Chair for Mechanics, University of Duisburg-Essen 

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Druckverteilungsmessung am Fuß

Diagnose von gesunden und kranken Füßen - GanganalyseC. Weil, K.-H. Gatzweiler, M. Staat, S. Sponagel 

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Experimentelle Untersuchung der Rückprallelastizität und Dämpfung von Stürzen durch Hüftprotektoren und Prüfung nach DIN 53 512 

M. Staat1),  K.-H. Gatzweiler1), A. Chafik1)
im Auftrag von  F. W. Koch2)

1) Biomechanics Laboratory, Aachen University of Applied Sciences, Division Jülich
2) i-care Koch GmbH www.i-care-ac.de

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Dissertationen:

  1. W. Senger: Mechanik des Knochenumbaus um Implantate. Dissertation, RWTH Aachen, 1993. 
  2. S. Kühn: Eine Theorie biologischer Wachstumsprozesse. Dissertation, TU Darmstadt, 1997. 

Publikationen:

  1. J. Rausch, K. Siebertz, M. Staat: Biomechanical Models to Evaluate Comfort. EUROFORUM-Konferenz "Automobilinnenraum", München, 15.-16.02. 2006.
  2. R. Kühn, W. Hauger, M. Staat, S. Sponagel: A Two Phase Mixture Model Based on Bone Observation. PAMM · Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics, 4 (1), (2004) 618-619.
  3. R. Kühn, W. Hauger, S. Sponagel, M. Staat: An Interpretation of Wolff’s Law. Biomedizinische Technik, 49, Ergänzungsband 2, Teil 2, (2004) 1020-1021.
  4. G. Baroud, J. Wu, M. Bohner, S. Sponagel, T. Steffen: How to determine the permeability for cement infiltration into osteoporotic cancellous bone. Medical Engineering & Physics, 25 (4), (2003) 283-288.
  5. G. Baroud, T. Steffen, J. Wu, S. Sponagel: Parameter identification for cement infiltration of osteoporotic bone. In J.L. Auriault, et al. (eds.): Poromechanics II, Proceedings of the Second Biot Conference on Poromechanics, Balkema at Swets & Zeitlinger, Lisse (NL) 2002, 55-58.

Materialtheorie


Dissertationen:

  1. M. Staat: Nichtlineare Wellen in elastischen Scheiben. Dissertation, RWTH Aachen, 1987.
  2. S. Sponagel: Gummi-Metall-Bauteile. Dr.-Ing. Dissertation, Universität Kaiserslautern, 1987.
  3. S. Sponagel: Über die Stabilität einer einfachen viskometrischen Bewegung. Dr. rer. nat. Dissertation, TU Darmstadt, 1982.

Publikationen:

  1. U. Akbay, E. Becker, S. Krozer, S. Sponagel: Instability of slow viscometric flow.  Mech. Res. Commun., 7(4) (1980) 199-204.
  2. U. Akbay, E. Becker, S. Krozer, S. Sponagel: A possible cause of viscoelastic turbulence.  G. Astarita (ed.) Proc. 8th Int. Congr. on Rheology, Naples, September 1 - 5, 1980 Vol. 2, Plenum Pr., New York (1980) 79–84.
  3. U. Akbay, S. Sponagel: Über die Stabilität viskometrischer Strömungen. Rheol. Acta., 20 (1981) 579-590.
  4. S. Sponagel, U. Akbay. Über den Mechanismus der Oberflächeninstabilität viskosimetrischer Strömungen. Rheologica Acta23 (2) (1984), 185–188.
  5. J. Ballmann, H.J. Raatschen, M. Staat: High Stress Intensities in Focussing Zones of Waves. In P. Ladeveze (Ed.): Local Effects in the Analysis of Structures. Elsevier, Amsterdam (1985). 
  6. M. Staat, J. Ballmann: Anisotrope Ausbreitung und Fokussierung von Beschleunigungswellen in vorgespannten nichtlinearelastischen Scheiben. In: Wellenfokussierung, Kolloquium des SFB 27, RWTH Aachen (1985) 140-158.
  7. U. Akbay, E. BeckerS. Sponagel: Instability of plane Couette flow of viscoelastic liquids. J. Non-Newtonian Fluid Mechanics, 18 (1985) 123-141.
  8. S. Sponagel: Analytischen Berechnung von Gummi-Metall-Verbindungen. Konstruktion – Zeitschrift für Produktentwicklung 36 (4) (1987) 151–158.
  9. M. Staat: Anisotrope Wellenausbreitung in isotropen hyperelastischen Scheiben. ZAMM · Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 67 (1987) T241-T243. 
  10. J. Ballmann, M. Staat: Computation of Impacts on Elastic Solids by Methods of Bicharacteristics. In S.N. Atluri, G. Yagawa (Eds.): Computational Mechanics ’88, Theory and Applications. Vol. 2, Springer, Berlin (1988) Chap. 60.i.1-i.4. 
  11. J. Ballmann, M. Staat: Wave Propagation and Focussing in Plates. In C.Y. Chiem, H.D. Kunze, L.W. Meyer (Eds.): Impact Loading and Dynamic Behaviour of Materials. Vol. 2, Deutsche Gesellschaft für Metallkunde Informationsgesellschaft, Oberursel (1988). 
  12. M. Staat, J. Ballmann: Zur Problematik tensorieller Verallgemeinerungen einachsiger nichtlinearer Materialgesetze. ZAMM · Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 69 (1989) 73–81. 
  13. M. Staat, J. Ballmann: Fundamental Aspects of Numerical Methods for the Propagation of Multidimensional Nonlinear Waves in Solids. In J. Ballmann, R. Jeltsch (Eds.): Nonlinear Hyperbolic Equations- Theory, Computation Methods, and Applications. Vieweg, Braunschweig (1989) 574–588. 
  14. S. Sponagel, Th. Lutz: Ein Beitrag zur Bestimmung der Härtewerte von Elastomeren. Kautschuk Gummi Kunststoffe43 (10), (1990) 861–865.
  15. G. Baroud, T. Steffen, J. Wu, S. Sponagel: Parameter identification for cement infiltration of osteoporotic boneIn J.L. Auriault, et al. (eds.): Poromechanics II, Proceedings of the Second Biot Conference on Poromechanics, Balkema at Swets & Zeitlinger, Lisse (NL) 2002, 5558.
  16. M. Staat, M. Heitzer: The restricted influence of kinematic hardening on shakedown loads. Proceedings of WCCM V, 5th World Congress on Computational Mechanics, Vienna, Austria, July 7-12, 2002. http://opus.bibliothek.fh-aachen.de/opus/volltexte/2005/79/ 
  17. G. Baroud, T. Steffen, J. Wu, S. Sponagel: Parameter identification for cement infiltration of osteoporotic boneIn J.L. Auriault, et al. (eds.): Poromechanics II, Proceedings of the Second Biot Conference on Poromechanics, Balkema at Swets & Zeitlinger, Lisse (NL) 2002, 5558.
  18. G. Baroud, J. Wu, M. Bohner, S. Sponagel, T. Steffen: How to determine the permeability for cement infiltration into osteoporotic cancellous bone. Medical Engineering & Physics, 25 (4), (2003) 283–288. http://dx.doi.org/10.1016/S1350-4533(02)00223-0
  19. S. Sponagel, J. Unger, K. H. Spies: Härtebegriff im Zusammenhang mit Vernetzung, Bruchdehnung und Dauerfestigkeit eines Elastomers. KGK - Kautschuk Gummi Kunststoffe, 56 (11), (2003) 608–613.
  20. Duc Khoi Vu, M. Staat: An Algorithm for Shakedown Analysis for Materials with Temperature Dependent Yield Stress. PAMM · Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics4 (1), (2004) 231-233. http://dx.doi.org/10.1002/pamm.200410097

 

 

Traglast und Einspielanalyse

Sicherheitsnachweise, Theorie, Numerik, Stochastik


Dissertationen:

  • T. N. Tran:: Limit and Shakedown Analysis of Thin Plates and Shells, Including Uncertainty. Dissertation, TU Chemnitz (begonnen).
  • M. Heitzer: Traglast- und Einspielanalyse zur Berechnung der Sicherheit passiver Komponenten. Dissertation, RWTH Aachen, 1999

Buch:

M. Staat, M. Heitzer: (Eds.): Numerical Methods for Limit and Shakedown Analysis. Deterministic and Probabilistic Approach. NIC Series Vol. 15, John von Neumann Institute for Computing, Jülich (2003). http://www.fz-juelich.de/nic-series/volume15/nic-series-band15.pdf

Sonstige Publikationen:

  1. M. Staat, M. Heitzer: Limit and Shakedown Analysis Using a General Purpose Finite Element Code. Proceedings of the NAFEMS World Congress ’97, Stuttgart, 522–533. 
  2. M. Staat, M. Heitzer: Limit and Shakedown Analysis for Plastic Safety of Complex Structures. SMiRT 14 Transactions Vol. B, Lyon, Frankreich (1997) B02/2. 
  3. M. Staat, M. Heitzer: Limit and shakedown analysis for design. Proceedings of 7th German-Japanese Joint Seminar on Research in Structural Strength and NDE-Problems in Nuclear Engineering, MPA Stuttgart, September 1997, 4.3.1–4.3.19. 
  4. M. Staat, M. Heitzer: Direkte FEM–Berechnung der Tragfähigkeit hochbeanspruchter passiver Komponenten. 23. MPA-Seminar, Stuttgart, Oktober 1997, 29.1–29.19. 
  5. M. Staat, M. Heitzer, E.F. Hicken: LISA, ein europäisches Projekt zur direkten Berechnung der Tragfähigkeit duktiler Strukturen. PERMAS–Benutzertagung, 8.–9.10.1998, Stuttgart (1998). 
  6. M. Heitzer, M. Staat: FEM–computation of load carrying capacity of highly loaded passive components by direct methods. Nuclear Engineering and Design193 (1999) 349–358. http://dx.doi.org/10.1016/S0029-5493(99)00190-9 
  7. M. Heitzer, M. Staat: Structural Reliability Analysis of Elasto-Plastic Structures. In G.I. Schuëller, P. Kafka (eds.) Safety and Reliability, A. A. Balkema, Rotterdam (1999) 513–518. 
  8. M. Staat, M. Heitzer: LISA – ein europäisches Projekt zur FEM– basierten Traglast– und Einspielanalyse. 25. MPA-Seminar, Stuttgart, 6. und 7. Oktober 1999, 10.1-10.20. 
  9. H. Lang, K. Wirtz, M. Heitzer, M. Staat, R. Oettel: Zyklische Einspielversuche zur Verifikation von Shakedown–Analysen mittels FEM. 25. MPA-Seminar, Stuttgart, 6. und 7. Oktober 1999, 44.1-44.18. 
  10. M. Heitzer, M. Staat: Traglastanalyse - ein strukturmechanisches Verfahren zur Beurteilung von gerissenen Bauteilen und Verbindungen. DVM-Bericht 232: Festigkeits- und Bruchverhalten von Fügeverbindungen, Berlin (2000) 183–192. 
  11. M. Staat, M. Heitzer, Yan Ai-Min, Khoi Vu Duc, Nguyen-Dang Hung, F. Voldoire, A. Lahousse: Limit Analysis of Defects. Bericht des Forschungszentrums Jülich, Jül-3746 (2000). 
  12. M. Heitzer, M. Staat: Direct FEM approach to design-by-analysis of pressurized components. ACHEMA 2000, Frankfurt/Main (2000) 79–81. 
  13. M. Heitzer, M. Staat: Direct static FEM approach to limit and shakedown analysis. CD-ROM Proceedings of the Fourth International Colloquium on Computation of Shell & Spatial Structures, IASS-IACM 2000, Chania, Crete, Greece (2000), paper 058, 14 pages. http://opus.bibliothek.fh-aachen.de/opus/volltexte/2005/80/ 
  14. M. Heitzer, M. Staat: Direct FEM Limit and Shakedown Analysis with Uncertain Data. CD-ROM Proceedings of the European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, ECCOMAS 2000, Barcelona, Spain (2000), paper 483, 13 pages. http://opus.bibliothek.fh-aachen.de/opus/volltexte/2006/112/ 
  15. M. Heitzer, M. Staat: Reliability Analysis of Elasto-Plastic Structures under Variable Loads. In G. Maier, D. Weichert (Eds.): Inelastic Analysis of Structures under Variable Loads: Theory and Engineering Applications, Kluwer, Academic Press, Dordrecht (2000) 269–288. 
  16. M. Heitzer, G. Pop, M. Staat: Basis reduction for the shakedown problem for bounded kinematic hardening material. Journal of Global Optimization17 (2000) 185–200. http://dx.doi.org/10.1023/A:1008321026063 
  17. M. Staat, M. Heitzer: LISA a European Project for FEM-based Limit and Shakedown Analysis. Nuclear Engineering and Design, 206 (2001) 151–166. http://dx.doi.org/10.1016/S0029-5493(00)00415-5 
  18. H. Lang, K. Wirtz, M. Heitzer, M. Staat, R. Oettel: Cyclic Plastic Deformation Tests to Verify FEM-Based Shakedown Analyses. Nuclear Engineering and Design206 (2001) 227–239. http://dx.doi.org/10.1016/S0029-5493(00)00438-6 
  19. M. Staat, E. Szelinski, M. Heitzer: Kollapsanalyse von längsfehlerbehafteten Rohren und Behältern. 27. MPA-Seminar: Sicherheit und Verfügbarkeit in der Anlagentechnik, Stuttgart (2001) 4.1-4.20. 
  20. M. Heitzer, H. Reinders, F. Schubert, M. Staat: Shakedown und Ratchetting bei Zug- und Torsionsbelastung: Analyse und Experimente. 27. MPA-Seminar: Sicherheit und Verfügbarkeit in der Anlagentechnik, Stuttgart (2001) 24.1.-24.16. 
  21. M. Heitzer, M. Staat: Limit and Shakedown Analysis with Uncertain Data. In: K. Marti (Ed.) Stochastic Optimization Techniques, Numerical Methods and Technical Applications, Lecture Notes in Economics and Mathematical Systems, Vol. 513, Springer. Heidelberg (2002) 241-254 (253-267). 
  22. M. Staat, M. Heitzer: The restricted influence of kinematic hardening on shakedown loads. Proceedings of WCCM V, 5th World Congress on Computational Mechanics, Vienna, Austria, July 7-12, 2002. http://opus.bibliothek.fh-aachen.de/opus/volltexte/2005/79/ 
  23. M. Staat: Some Achievements of the European Project LISA for FEM Based Limit and Shakedown Analysis. In N. Badie (ed.) Computational Mechanics: Developments and Applications - 2002. ASME PVP Vol. 441, Paper PVP2002-1300, pp.177–185 (2002). http://store.asme.org/product.asp?catalog%5Fname=Conference+Papers&category%5Fname=&product%5Fid=PVP2002%2D1300
  24. M. Heitzer, M. Staat: Basis reduction technique for limit and shakedown problems. In M. Staat, M. Heitzer: (Eds.): Numerical Methods for Limit and Shakedown Analysis. Deterministic and Probabilistic Approach. NIC Series Vol. 15, John von Neumann Institute for Computing, Jülich (2003) pp.1–55. http://www.fz-juelich.de/nic-series/volume15/nic-series-band15.pdf
  25. M. Staat, M. Heitzer: Probabilistic limit and shakedown problems. In M. Staat, M. Heitzer: (Eds.): Numerical Methods for Limit and Shakedown Analysis. Deterministic and Probabilistic Approach. NIC Series Vol. 15, John von Neumann Institute for Computing, Jülich (2003) pp.217–268. http://www.fz-juelich.de/nic-series/volume15/nic-series-band15.pdf
  26. M. Staat, M. Schwartz, H. Lang, K. Wirtz, M. Heitzer: Design by Analysis of Pressure Components by Non-linear Optimization. In: J.L. Zeman (Ed.) Pressure Vessel Technology 2003, Proceedings ICPVT-10, July 7-10, 2003 Vienna, Austria, ÖGS, Österreichische Gesellschaft für Schweißtechnik, Wien, 59–65. http://opus.bibliothek.fh-aachen.de/opus/volltexte/2005/93/ 
  27. M. Heitzer, M. Staat, H. Reiners, F. Schubert: Shakedown and ratchetting under tension–torsion loadings: analysis and experiments. Nuclear Engineering and Design225 (2003) 11-26. http://dx.doi.org/10.1016/S0029-5493(03)00134-1 
  28. M. Staat: Plastic collapse analysis of longitudinally flawed pipes and vessels. Nuclear Engineering and Design234/1-3, (2004) 25-43. http://dx.doi.org/10.1016/j.nucengdes.2004.08.002 
  29. Duc Khoi Vu, M. Staat: An Algorithm for Shakedown Analysis for Materials with Temperature Dependent Yield Stress. PAMM · Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics4 (1), (2004) 231-233. http://dx.doi.org/10.1002/pamm.200410097 
  30. M. Staat, M. Heitzer, H. Lang, K. Wirtz: Direct Finite Element Route for Design-by-Analysis of Pressure Components. Int. J. Pressure Vessels Piping82 (2005) 61-67. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpvp.2004.04.006 
  31. M. Staat: Local and global collapse pressure of longitudinally flawed pipes and cylindrical vessels. Int. J. Pressure Vessels Piping82/3 (2005) 217-225. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpvp.2004.07.022 
  32. M. Staat, Duc Khoi Vu: Limit loads of circumferentially flawed pipes and cylindrical vessels under internal pressure. Int. J. Pressure Vessels Piping, 2005 accepted.

 

 

Bruchmechanik

plastischer Kollaps, probabilistische Bruchmechanik

Publikationen:

  1. M. Staat: Probabilistische Bewertung des bruchmechanischen Verhaltens der Primärkreisdruckumschließung eines HTR-Moduls. In: 18. MPA-Seminar: Sicherheit und Verfügbarkeit in der Anlagentechnik. Stuttgart (1992) 27.1-27.18.
  2. M. Staat: Failure Probabilities of the Primary Circuit Pressure Boundary of an HTR-Modul for Process Heat Generation under Accident Conditions for Different Failure Modes. Nuclear Engineering and Design 144 (1993) 53–67. http://dx.doi.org/10.1016/0029-5493(93)90008-W
  3. M. Staat: Reliability of the Primary Circuit Pressure Boundary of an HTR-Module under Accident Conditions. In P. Kafka (Ed.): Safety and Reliability Assessment. An Integral Approach. Elsevier, Amsterdam (1993) 331–342.
  4. M. Staat: Sensitivity of and Influences on the Reliability of an HTR-Module Primary Circuit Pressure Boundary. SMiRT 12 Transactions Vol. M, Stuttgart, Germany, paper MG10/2 (1993) 147–152.
  5. M. Staat: Reliability of an HTR-Module Primary Circuit Pressure Boundary: Influences, Sensitivity, and Comparison with a PWR. Nuclear Engineering and Design, 158 (1995) 333–340. http://dx.doi.org/10.1016/0029-5493(95)01040-O
  6. M. Staat: Probabilistic Assessment of the Fracture Mechanical Behaviour of an HTR-Module Primary Circuit Pressure Boundary. Nuclear Engineering and Design, 160 (1996) 221–236. http://dx.doi.org/10.1016/0029-5493(95)01105-6
  7. M. Staat: Problems and Chances for Probabilistic Fracture Mechanics in the Analysis of Steel Pressure Boundary Reliability. In: Technical feasibility and reliability of passive safety systems for nuclear power plants. Proceedings of an Advisory Group Meeting held in Jülich, 21-24 November 1994, IAEA-TECDOC-920, Vienna, December 1996, 43–55.
  8. M. Heitzer, M. Staat: Traglastanalyse - ein strukturmechanisches Verfahren zur Beurteilung von gerissenen Bauteilen und Verbindungen. DVM-Bericht 232: Festigkeits- und Bruchverhalten von Fügeverbindungen, Berlin (2000) 183–192.
  9. M. Staat, M. Heitzer, Yan Ai-Min, Khoi Vu Duc, Nguyen-Dang Hung, F. Voldoire, A. Lahousse: Limit Analysis of Defects. Bericht des Forschungszentrums Jülich, Jül-3746 (2000).
  10. M. Staat, E. Szelinski, M. Heitzer: Kollapsanalyse von längsfehlerbehafteten Rohren und Behältern. 27. MPA-Seminar: Sicherheit und Verfügbarkeit in der Anlagentechnik, Stuttgart (2001) 4.1-4.20.
  11. M. Staat: Plastic collapse analysis of longitudinally flawed pipes and vessels. Nuclear Engineering and Design, 234/1-3, (2004) 25-43. http://dx.doi.org/10.1016/j.nucengdes.2004.08.002
  12. M. Staat: Local and global collapse pressure of longitudinally flawed pipes and cylindrical vessels. Int. J. Pressure Vessels Piping, 82/3 (2005) 217-225. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpvp.2004.07.022
  13. M. Staat, Duc Khoi Vu: Limit loads of circumferentially flawed pipes and cylindrical vessels under internal pressure. Int. J. Pressure Vessels Piping, 2005 accepted.

Apparatebau

Auslegung (Design-by-Analysis), Defektbewertung (Failure Assessment)

Dissertationen:

  • T. N. Tran: Limit and Shakedown Analysis of Thin Plates and Shells, Including Uncertainty. Dissertation, TU Chemnitz (begonnen).
  • M. Heitzer: Traglast- und Einspielanalyse zur Berechnung der Sicherheit passiver Komponenten. Dissertation, RWTH Aachen, 1999. Dissertation, RWTH Aachen, 1999

Publikationen:

  1. M. Staat, M. Heitzer: Limit and shakedown analysis for design. Proceedings of 7th German-Japanese Joint Seminar on Research in Structural Strength and NDE-Problems in Nuclear Engineering, MPA Stuttgart, September 1997, 4.3.1–4.3.19.
  2. M. Staat, M. Heitzer: Direkte FEM–Berechnung der Tragfähigkeit hochbeanspruchter passiver Komponenten. 23. MPA-Seminar, Stuttgart, Oktober 1997, 29.1–29.19.
  3. M. Heitzer, M. Staat: Traglastanalyse - ein strukturmechanisches Verfahren zur Beurteilung von gerissenen Bauteilen und Verbindungen. DVM-Bericht 232: Festigkeits- und Bruchverhalten von Fügeverbindungen, Berlin (2000) 183–192.
  4. M. Staat, M. Heitzer, Yan Ai-Min, Khoi Vu Duc, Nguyen-Dang Hung, F. Voldoire, A. Lahousse: Limit Analysis of Defects. Bericht des Forschungszentrums Jülich, Jül-3746 (2000).
  5. M. Heitzer, M. Staat: Direct FEM approach to design-by-analysis of pressurized components. ACHEMA 2000, Frankfurt/Main (2000) 79–81.
  6. M. Staat, E. Szelinski, M. Heitzer: Kollapsanalyse von längsfehlerbehafteten Rohren und Behältern. 27. MPA-Seminar: Sicherheit und Verfügbarkeit in der Anlagentechnik, Stuttgart (2001) 4.1-4.20.
  7. H. Lang, K. Wirtz, M. Heitzer, M. Staat, R. Oettel: Cyclic Plastic Deformation Tests to Verify FEM-Based Shakedown Analyses. Nuclear Engineering and Design, 206 (2001) 227–239. http://dx.doi.org/10.1016/S0029-5493(00)00438-6
  8. M. Staat: Some Achievements of the European Project LISA for FEM Based Limit and Shakedown Analysis. In N. Badie (ed.) Computational Mechanics: Developments and Applications - 2002. ASME PVP Vol. 441, Paper PVP2002-1300, pp.177–185 (2002). http://store.asme.org/product.asp?catalog%5Fname=Conference+Papers&category%5Fname=&product%5Fid=PVP2002%2D1300
  9. M. Staat, M. Schwartz, H. Lang, K. Wirtz, M. Heitzer: Design by Analysis of Pressure Components by Non-linear Optimization. In: J.L. Zeman (Ed.) Pressure Vessel Technology 2003, Proceedings ICPVT-10, July 7-10, 2003 Vienna, Austria, ÖGS, Österreichische Gesellschaft für Schweißtechnik, Wien, 59–65. http://opus.bibliothek.fh-aachen.de/opus/volltexte/2005/93/
  10. M. Heitzer, M. Staat, H. Reiners, F. Schubert: Shakedown and ratchetting under tension–torsion loadings: analysis and experiments. Nuclear Engineering and Design, 225 (2003) 11-26. http://dx.doi.org/10.1016/S0029-5493(03)00134-1
  11. M. Staat: Plastic collapse analysis of longitudinally flawed pipes and vessels. Nuclear Engineering and Design, 234/1-3, (2004) 25-43. http://dx.doi.org/10.1016/j.nucengdes.2004.08.002
  12. Duc Khoi Vu, M. Staat: An Algorithm for Shakedown Analysis for Materials with Temperature Dependent Yield Stress. PAMM · Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics, 4 (1), (2004) 231-233. http://dx.doi.org/10.1002/pamm.200410097
  13. M. Staat, M. Heitzer, H. Lang, K. Wirtz: Direct Finite Element Route for Design-by-Analysis of Pressure Components. Int. J. Pressure Vessels Piping, 82 (2005) 61-67. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpvp.2004.04.006
  14. M. Staat: Local and global collapse pressure of longitudinally flawed pipes and cylindrical vessels. Int. J. Pressure Vessels Piping, 82/3 (2005) 217-225. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpvp.2004.07.022
  15. M. Staat, Duc Khoi Vu: Limit loads of circumferentially flawed pipes and cylindrical vessels under internal pressure. Int. J. Pressure Vessels Piping, 2005 accepted.

Zuverlässigkeit

Strukturzuverlässigkeit, FORM/SORM, Monte Carlo Methoden

Dissertationen:

  • T. N. Tran: Limit and Shakedown Analysis of Thin Plates and Shells, Including Uncertainty. Dissertation, TU Chemnitz (begonnen).
  • M. Heitzer: Traglast- und Einspielanalyse zur Berechnung der Sicherheit passiver Komponenten. Dissertation, RWTH Aachen, 1999

Buch:

M. Staat, M. Heitzer: (Eds.): Numerical Methods for Limit and Shakedown Analysis. Deterministic and Probabilistic Approach. NIC Series Vol. 15, John von Neumann Institute for Computing, Jülich (2003). http://www.fz-juelich.de/nic-series/volume15/nic-series-band15.pdf

Sonstige Publikationen:

  1. J. Ballmann, H.J. Raatschen, M. Staat: High Stress Intensities in Focussing Zones of Waves. In P. Ladeveze (Ed.): Local Effects in the Analysis of Structures. Elsevier, Amsterdam (1985).
  2. M. Staat, J. Ballmann: Anisotrope Ausbreitung und Fokussierung von Beschleunigungswellen in vorgespannten nichtlinearelastischen Scheiben. In: Wellenfokussierung, Kolloquium des SFB 27, RWTH Aachen (1985) 140-158.
  3. M. Staat: Anisotrope Wellenausbreitung in isotropen hyperelastischen Scheiben. ZAMM · Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 67 (1987) T241-T243.
  4. J. Ballmann, M. Staat: Computation of Impacts on Elastic Solids by Methods of Bicharacteristics. In S.N. Atluri, G. Yagawa (Eds.): Computational Mechanics ’88, Theory and Applications. Vol. 2, Springer, Berlin (1988) Chap. 60.i.1-i.4.
  5. J. Ballmann, M. Staat: Wave Propagation and Focussing in Plates. In C.Y. Chiem, H.D. Kunze, L.W. Meyer (Eds.): Impact Loading and Dynamic Behaviour of Materials. Vol. 2, Deutsche Gesellschaft für Metallkunde Informationsgesellschaft, Oberursel (1988).
  6. M. Staat, J. Ballmann: Fundamental Aspects of Numerical Methods for the Propagation of Multidimensional Nonlinear Waves in Solids. In J. Ballmann, R. Jeltsch (Eds.): Nonlinear Hyperbolic Equations- Theory, Computation Methods, and Applications. Vieweg, Braunschweig (1989) 574–588.
  7. M. Staat, M. Heitzer: Limit and Shakedown Analysis Using a General Purpose Finite Element Code. Proceedings of the NAFEMS World Congress ’97, Stuttgart, 522–533.
  8. M. Heitzer, M. Staat: Reliability Analysis of Elasto-Plastic Structures under Variable Loads. In G. Maier, D. Weichert (Eds.): Inelastic Analysis of Structures under Variable Loads: Theory and Engineering Applications, Kluwer, Academic Press, Dordrecht (2000) 269–288.
  9. M. Heitzer, G. Pop, M. Staat: Basis reduction for the shakedown problem for bounded kinematic hardening material. Journal of Global Optimization, 17 (2000) 185–200. http://dx.doi.org/10.1023/A:1008321026063
  10. M. Heitzer, M. Staat: Basis reduction technique for limit and shakedown problems. In M. Staat, M. Heitzer: (Eds.): Numerical Methods for Limit and Shakedown Analysis. Deterministic and Probabilistic Approach. NIC Series Vol. 15, John von Neumann Institute for Computing, Jülich (2003) pp.1–55. http://www.fz-juelich.de/nic-series/volume15/nic-series-band15.pdf
  11. M. Staat, M. Heitzer: Probabilistic limit and shakedown problems. In M. Staat, M. Heitzer: (Eds.): Numerical Methods for Limit and Shakedown Analysis. Deterministic and Probabilistic Approach. NIC Series Vol. 15, John von Neumann Institute for Computing, Jülich (2003) pp.217–268. http://www.fz-juelich.de/nic-series/volume15/nic-series-band15.pdf
  12. Duc Khoi Vu, M. Staat: An Algorithm for Shakedown Analysis for Materials with Temperature Dependent Yield Stress. PAMM · Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics, 4 (1), (2004) 231-233. http://dx.doi.org/10.1002/pamm.200410097

 

 

Numerische Methoden

FEM, Nichtlineare Optimierung, Stochastische Optimierung, hyperbolische Differentialgleichungen

Dissertationen:

  • T. N. Tran: Limit and Shakedown Analysis of Thin Plates and Shells, Including Uncertainty. Dissertation, TU Chemnitz (begonnen).
  • H. Heitzer: Traglast- und Einspielanalyse zur Berechnung der Sicherheit passiver Komponenten. Dissertation, RWTH Aachen, 1999.
  • M. Staat: Nichtlineare Wellen in elastischen Scheiben. Dissertation, RWTH Aachen, 1987.

Buch:

M. Staat, M. Heitzer: (Eds.): Numerical Methods for Limit and Shakedown Analysis. Deterministic and Probabilistic Approach. NIC Series Vol. 15, John von Neumann Institute for Computing, Jülich (2003). http://www.fz-juelich.de/nic-series/volume15/nic-series-band15.pdf

 

Sonstige Publikationen:

  1. J. Ballmann, H.J. Raatschen, M. Staat: High Stress Intensities in Focussing Zones of Waves. In P. Ladeveze (Ed.): Local Effects in the Analysis of Structures. Elsevier, Amsterdam (1985).
  2. M. Staat, J. Ballmann: Anisotrope Ausbreitung und Fokussierung von Beschleunigungswellen in vorgespannten nichtlinearelastischen Scheiben. In: Wellenfokussierung, Kolloquium des SFB 27, RWTH Aachen (1985) 140-158.
  3. M. Staat: Anisotrope Wellenausbreitung in isotropen hyperelastischen Scheiben. ZAMM · Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 67 (1987) T241-T243.
  4. J. Ballmann, M. Staat: Computation of Impacts on Elastic Solids by Methods of Bicharacteristics. In S.N. Atluri, G. Yagawa (Eds.): Computational Mechanics ’88, Theory and Applications. Vol. 2, Springer, Berlin (1988) Chap. 60.i.1-i.4.
  5. J. Ballmann, M. Staat: Wave Propagation and Focussing in Plates. In C.Y. Chiem, H.D. Kunze, L.W. Meyer (Eds.): Impact Loading and Dynamic Behaviour of Materials. Vol. 2, Deutsche Gesellschaft für Metallkunde Informationsgesellschaft, Oberursel (1988).
  6. M. Staat, J. Ballmann: Fundamental Aspects of Numerical Methods for the Propagation of Multidimensional Nonlinear Waves in Solids. In J. Ballmann, R. Jeltsch (Eds.): Nonlinear Hyperbolic Equations- Theory, Computation Methods, and Applications. Vieweg, Braunschweig (1989) 574–588.
  7. M. Staat, M. Heitzer: Limit and Shakedown Analysis Using a General Purpose Finite Element Code. Proceedings of the NAFEMS World Congress ’97, Stuttgart, 522–533.
  8. M. Heitzer, M. Staat: Reliability Analysis of Elasto-Plastic Structures under Variable Loads. In G. Maier, D. Weichert (Eds.): Inelastic Analysis of Structures under Variable Loads: Theory and Engineering Applications, Kluwer, Academic Press, Dordrecht (2000) 269–288.
  9. M. Heitzer, G. Pop, M. Staat: Basis reduction for the shakedown problem for bounded kinematic hardening material. Journal of Global Optimization, 17 (2000) 185–200. http://dx.doi.org/10.1023/A:1008321026063
  10. M. Heitzer, M. Staat: Basis reduction technique for limit and shakedown problems. In M. Staat, M. Heitzer: (Eds.): Numerical Methods for Limit and Shakedown Analysis. Deterministic and Probabilistic Approach. NIC Series Vol. 15, John von Neumann Institute for Computing, Jülich (2003) pp.1–55. http://www.fz-juelich.de/nic-series/volume15/nic-series-band15.pdf
  11. M. Staat, M. Heitzer: Probabilistic limit and shakedown problems. In M. Staat, M. Heitzer: (Eds.): Numerical Methods for Limit and Shakedown Analysis. Deterministic and Probabilistic Approach. NIC Series Vol. 15, John von Neumann Institute for Computing, Jülich (2003) pp.217–268. http://www.fz-juelich.de/nic-series/volume15/nic-series-band15.pdf
  12. Duc Khoi Vu, M. Staat: An Algorithm for Shakedown Analysis for Materials with Temperature Dependent Yield Stress. PAMM · Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics, 4 (1), (2004) 231-233. http://dx.doi.org/10.1002/pamm.200410097
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