No abstract

The vibration behavior of cross-laminated timber components in the low-frequency range can be predicted with high accuracy by the finite element method. However, the modeling of assembled cross-laminated timber components has been studied only scarcely. The three-dimensional p-version of the finite element method, which is characterized by hierarchic high-order shape functions, is well suited to consider coupling and support conditions. Furthermore, a small number of degrees of freedom can be obtained in case of thin-walled structures using p-elements with high aspect ratios and anisotropic ansatz spaces. In this article, a model for cross-laminated timber assemblies made of volumetric high-order finite elements is presented. Two representative types of connections are investigated, one with an elastomer between the crosslaminated timber components and the other without. The model is validated, and suitable ranges for the stiffness parameters of the finite elements which represent the junctions are identified.

No abstract

Building Information Modeling ermöglicht die automatisierte Erstellung von Simulationsmodellen und schafft somit eine wichtige Grundlage, Zeit und Kosten einzusparen sowie die Qualität der Planung von Gebäuden zu erhöhen. Die Art des Simulationsmodells hängt jedoch wesentlich von der konkreten Problemstellung ab. Für Schwingungsanalysen bei Massivholzkonstruktionen ist eine mechanisch korrekte Beschreibung der Stoßstellen zwischen den Bauteilen von großer Bedeutung. Dafür eignen sich Modelle aus hexaedrischen finiten Elementen erheblich besser als Schalenelemente. Ein konformes Hexaedernetz kann allerdings mit verfügbaren Netzgeneratoren nur bei bestimmten Gebäudegeometrien automatisch erzeugt werden und weist an Stoßstellen eine große Anzahl von Elementen auf, was zu einem hohen Rechenaufwand führen kann. Im vorliegenden Beitrag wird deshalb ein alternatives Verfahren vorgestellt, mit dem ein hexaedrisches Finite-Elemente-Modell automatisch aus einem Bauwerksinformationsmodell (BIM) abgeleitet werden kann. Die im BIM definierten Bauteile werden dabei getrennt voneinander vernetzt und deren Verbindungen zueinander mithilfe der Mortar-Methode abgebildet. Eine große Recheneffizienz wird durch die Verwendung von Ansatzfunktionen höherer Ordnung in Kombination mit einem relativ groben Netz erreicht. Nach der Beschreibung des Verfahrens wird seine Anwendbarkeit an einem mehrgeschossigen Massivholzgebäude demonstriert.

Metal lattice structures filled with a damping material such as polymer can exhibit high stiffness and good damping properties. Mechanical simulations of parts made from these composites can however require a large modeling and computational effort because relevant features such as complex geometries need to be represented on multiple scales. The finite cell method (FCM) and numerical homogenization are potential remedies for this problem. Moreover, if the microstructures are placed in between the components of assemblies for vibration reduction, a modified mortar technique can further increase the efficiency of the complete simulation process. With this method, it is possible to discretize the components separately and to integrate the viscoelastic behavior of the composite damping layer into their weak coupling. This paper provides a multiscale computational material design framework for such layers, based on FCM and the modified mortar technique. Its efficiency even in the case of complex microstructures is demonstrated in numerical studies. Therein, computational homogenization is first performed on various microstructures before the resulting effective material parameters are used in larger-scale simulation models to investigate their effect and to verify the employed methods.