Equilibrium, kinematical and dynamical bifurcations of bars and bar structures  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
100894
Type K
Principal investigator Károlyi, György
Title in Hungarian Rudak és rúdszerkezetek egyensúlyi, kinematikai és dinamikai elágazásai
Title in English Equilibrium, kinematical and dynamical bifurcations of bars and bar structures
Keywords in Hungarian Rúdszerkezetek, bifurkációk, csatolt alakváltozási módok, nemlineáris vizsgálatok
Keywords in English Bar structures, bifurcations, coupled displacement modes, nonlinear analysis
Discipline
Technical Mechanics (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Department of Structural Mechanics (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Bibó, András
Fekete, Ferenc
Kovács, Flórián
Lengyel, András
Németh, Róbert
Starting date 2012-01-01
Closing date 2016-12-31
Funding (in million HUF) 24.000
FTE (full time equivalent) 12.67
state closed project
Summary in Hungarian
Pályázatunk rúdszerkezetek egyensúlyi, kinematikai és dinamikai elágazásaival foglalkozik a hajlítás, nyírás, csavarás és nyúlás közti csatolás figyelembe vételével. Mérnöki és más tudományok nyitott kérdéseire is választ kaphatunk a pályázatban javasolt megközelítésmóddal. Egyik példánk a szabályos és véletlen rúdhálók vizsgálata. Szabályos rúdhálók képezhetik modelljét lyukacsos szerkezetek kihajlásának, a véletlen rúdhálók a szálerősítéses anyagok vagy a sejtváz modellezését célozzák. A vizsgálathoz szükséges a Letapogatásos Szimplex Algoritmus továbbfejlesztése egyrészt több paraméteres feladatok megoldásának, másrészt a CUDA technika segítségével párhuzamosított algoritmusnak az irányába. Megvizsgáljuk a mechanizmusok kinematikai útjai és szerkezetek egyensúlyi útjai közti analógiát is. Az elmozdulási módok közti csatolódás fontos szerepet játszik egyes dinamikai problémák esetén is, mint amilyen a fúrószárak rezgése, épületek dőlés közbeni törése, vagy az izomösszehúzódás. Fúrószárak rezgése kapcsán megvizsgáljuk a torziós, hajlító és tengelyirányú rezgések egymásra hatását, hogy felderíthessük a stabil fúrás tartományát. Feldőlő épületek törésére elforduló gerendamodellt alkalmazunk, ahol a dinamikus igénybevételek csatolása játszik fontos szerepet a törésben. Az izomösszehúzódás leírása során javasoljuk a miozin II fehérjemotor eddig használt emelőkaros modelljének kiegészítését egy belső emelőkarral.
Summary
We consider the complexity of equilibrium, kinematical and dynamical bifurcations of elastic bar structures in view of the coupling between bending, shear, torsional and extensional displacements. Particular examples from engineering and other disciplines can benefit from our approach. The examples include the investigation of regular and random webs of bars. Regular bars can model the buckling of cellular structures, random webs can describe fiber reinforced materials or the cytoskeleton of living cells. The investigations require the development of the Scanning Simplex Algorithm to handle more than one parameter and to apply CUDA programming for massive parallelization. We also study the analogy between kinematical paths of mechanisms and equilibrium paths of structures. The coupling between displacement modes is also important for a number of dynamical problems, like vibrations of drill strings, break of collapsing buildings, or muscle contraction. For drill string dynamics we analyze the interplay of torsional, lateral and axial vibrations to explore the stable drilling regimes. We model the break of collapsing buildings by a tipping over bar where coupling of dynamical internal forces cause the break. The proposed description of muscle contraction includes the extension of the original lever arm model of motor protein myosin II by an internal lever arm.





 

Final report

 
Results in Hungarian
Továbbfejlesztettük a stabilitásvizsgálatokban alkalmazott szimplex algoritmust. Ezzel alkalmassá vált összetettebb feladatok vizsgálatára illetve VGA kártyát használó számításokra. Összekapcsoltuk rudak és rúdláncok hajlítási és nyírási alakváltozásait, és ezek hatását vizsgáltuk a stabilitásvesztésre. Kiterjedt szerkezetek stabilitásvizsgálatát végeztük el. Fotoelasztikus anyagú gerendák esetében felmértük, hogy hogyan függ a feszültségmentes tengelyek száma a paraméterektől. A kinematikai vizsgálatok során kimutattuk, hogy mikor lehetséges téglatest stabil csomagolását elvégezni szalagok segítségével, például teher felemelése céljából. Dinamikai vizsgálataink során megvizsgáltuk a vibrációs fúrás sebességét és stabilitását realisztikus kőzetmodell esetén. Repülőgép merev szerkezetbe történő becsapódásának hatását vizsgáltuk, és bevezettük a károsodási potenciál fogalmát, amely az ütközés lefolyását és hatásait jól leíró dimenziótlan paraméterkombináció. Szakaszosan sima dinamikai feladatokban mutattuk ki gyors és lassú dinamikai módusok együttes jelenlétét. Megvizsgáltuk az izomösszehúzódásért felelős motorfehérje, a miozin viselkedését, és kimutattuk, hogy az összehúzódásban legnagyobb szerepet a miozinciklus egy igen rövid szakasza játssza. Kimutattuk a tranziens káosz egy új típusát, amely gerjesztés nélküli, csillapított rendszerekben lép fel. A pályázat eredeti vállalásán túlmenve megvizsgáltuk a szálas fraktál struktúrák jelentőségét aneurizmákban.
Results in English
We extended the scanning simplex algorithm applied in stability analysis. It became capable of investigating more complex problems and of using the VGA card of computers. We connected the bending and shear strains of rods and linkages to investigate its effect on buckling. We carried out the stability analysis of extended structures. In case of photoelastomer beams we surveyed how the number of stress free layers depend on the parameters. During kinematical studies, we found when rectangular boxes can be packed by strands in a stable way for, e.g., lifting of heavy loads. We also carried out dynamical studies. We investigated the stability and speed of a vibrational drilling process in case of a realistic rock model. The effects and course of aircraft impacts into robust engineering structures were found to depend on a new dimensionless parameter combination called the damage potential. In piecewise smooth dynamical problems we found the co-existence of slow and fast modes. Modelling the behaviour of myosin 2, the motor protein responsible for muscle contraction, we found that there is a very short time period during the cycle of myosin which is responsible for the major part of its power stroke. We shed light on a new type of transient chaos in autonomous dissipative dynamical systems. Overstepping the original work plan, we investigated filamentary fractal patterns in aneurysms.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=100894
Decision
Yes





 

List of publications

 
A Bibó, M Kovács, Gy Károlyi: Overdamped mechanical model of myosin II, PERIODICA POLYTECHNICA - CIVIL ENGINEERING 57, 11-19, 2013
OK Ajibose, M Wiercigroch, E Pavlovskaia, AR Akisanya, Gy Károlyi: Drifting Impact Oscillator With a New Model of the Progression Phase, JOURNAL OF APPLIED MECHANICS-TRANSACTIONS OF THE ASME 79, 061007/1-9, 2012
AE Motter, M Gruiz, G Károlyi, T Tél: Doubly transient chaos: Generic form of chaos in autonomous dissipative systems, PHYSICAL REVIEW LETTERS 111, 194101/1-5, 2013
RK Németh: Parallel scanning of implicit surfaces with the simplex algorithm, Periodica Polytechnica - CIVIL ENGINEERING, közlésre elfogadva, 2014
RK Németh, A Kocsis: Bielastic web of links: a discrete model of Csonka's beam, International Journal of Non-Linear Mechanics, közlésre benyújtva, 2014
A Bibó: Mechanical modelling of motor protein myosin II, PhD dissertation, BME, 2013
Z Ábrahám, Gy Károlyi: Stress-free layers in photoinduced deformations of photoelastomer beams, International Journal of Non-Linear Mechanics, közlésre benyújtva, 2014
LE Laczák: Aircraft impact into rigid structure, J Józsa, R Németh, T. Lovas (Eds): Proceedings of the Second Conference of Junior Researchers in Civil Engineering, Budapest, BME, pp. 105-110, 2013
Gy Károlyi: Fraktálok kicsiben és nagyban: Kaotikus véráramlás és planktonvirágzás, Természet világa 144 (2013) II. különszám, 32-35., 2013
RK Németh: Parallel scanning of implicit surfaces with the simplex algorithm, Periodica Polytechnica - CIVIL ENGINEERING 58, 23-31, 2014
RK Németh, A Kocsis: Bielastic web of links: a discrete model of Csonka's beam, International Journal of Non-Linear Mechanics 63, 49-59, 2014
Z Ábrahám, Gy Károlyi: Stress-free layers in photoinduced deformations of photoelastomer beams, International Journal of Non-Linear Mechanics, online, doi:10.1016/j.ijnonlinmec.2014.10.011, 2014
LE Laczák, Gy Károlyi: Aircraft Impact into reinforced concrete structure., M Wiercigroch, E Pavlovskaia, J Ing, Y Liu, A Postnikov (Eds.): Nonlinear Dynamics in Engineering: Modelling, Analysis and Applications. Aberdeen, Scotland, pp. 3., 2013
G. Závodszky, Gy. Károlyi, Gy. Paál: Emerging fractal patterns in a real 3D cerebral aneurysm, Journal of Theoretical Biology, accepted for publication, 2015
LE Laczák, Gy Károlyi: Parametric study for aircraft impact., G. Schleyer, C.A. Brebbia (Eds.): 13th International Conference on Structures under Shock and Impact, New Forest, UK, pp. 87-94. (ISBN:978-1-84564-796-4), 2014
Z Ábrahám, Gy Károlyi: Stress-free layers in photoinduced deformations of photoelastomer beams, International Journal of Non-Linear Mechanics 70, 126-133., 2015
G Závodszky, Gy Károlyi, Gy Paál: Emerging fractal patterns in a real 3D cerebral aneurysm, Journal of Theoretical Biology 368, 95-101., 2015
LE Laczák, Gy Károlyi: Parametric study for aircraft impact., G. Schleyer, C.A. Brebbia (Eds.): 13th International Conference on Structures under Shock and Impact, New Forest, UK, pp. 87-93. (ISBN:978-1-84564-796-4), 2014
LE Laczák, Gy Károlyi: Az atomerőműre történő repülőgép-rázuhanás építőmérnöki aspektusai, Építés-építészettudomány, accepted for publication, 2015
LE Laczák, Gy Károly: Local effects of impact into concrete structure, Periodica Polytechnica Civil Engineering, accepted for publication, 2016
LE Laczák, Gy Károlyi: Repülőgép nagy merevségű szerkezetbe történő ütközésének lényeges paraméterei., In: A. Baksa, E. Bertóti, S. Szirbik (Eds.): XII. Magyar Mechanikai Konferencia, Miskolc, 25-27 August 2015, paper 332, pp. 1-4., 2015
G Lengyel, RK Németh: Csak nyomásnak ellenálló, előfeszített rúd diszkrét modelljének szabadrezgése., In: A Baksa, E Bertóti, S Szirbik (Eds.): XII. Magyar Mechanikai Konferencia, Miskloc, pp. 1-12., 2015
RK Németh, A Kocsis: Csigasorral függesztett gerenda szabadrezgése modálanalízissel., In: A Baksa, E Bertóti, S Szirbik (Eds.): XII. Magyar Mechanikai Konferencia, pp. 1-9., 2015
A Kocsis, RK Németh, B Turmunkh: Dynamic analysis of a beam on block-and-tackle suspension system: A continuum approach, Engineering structures 101, 412-426, 2015
F Kovács: Téglatestek optimális csomagolása, In: A Baksa, E Bertóti, S Szirbik (Eds.): XII. Magyar Mechanikai Konferencia, paper 273., 2015
A Kocsis, RK Németh, B Turmunkh: Dynamic analysis of a beam on block-and-tackle suspension system: A continuum approach, Engineering Structures 101, 412-426, 2015
F Kovács: Téglatestek optimális csomagolása, In: A Baksa, E Bertóti, S Szirbik (Eds.): XII. Magyar Mechanikai Konferencia, paper 273., 2015
F Kovács: Twofold orthogonal weavings on cuboids, Proceedings of the royal society A 472, 20150576, 2016
LE Laczák, Gy Károlyi: Az atomerőműre történő repülőgép-rázuhanás építőmérnöki aspektusai, Építés-építészettudomány 44, 13-24, 2016
LE Laczák, Gy Károlyi: Local effects of impact into concrete structure, Periodica Polytechnica Civil Engineering 60, 573-582, 2016
G Lengyel, RK Németh: Free Vibration of a Cracked, Pre-stressed Continuous Rod, Procedia Engineering 161, 1656-1661, 2016
G Závodszky, Gy Károlyi, I Szikora, Gy Paál: Fractals and chaos in the hemodynamics of intracranial aneurysms, In: A. Di Ieva (Ed.): The fractal geometry of the brain. Chapter 17, pp. 263-277. Springer, 2016
A Bibó, Gy Károlyi, M Kovács: Unrevealed part of myosin’s powerstroke accounts for high efficiency of muscle contraction, Biochimica et Biophysica Acta - General Subjects, submitted for publication, 2017
A Kocsis, N Challamel, Gy Károlyi: Discrete and nonlocal models of Engesser and Haringx elastica, International Journal of Mechanical Sciences, submitted for publication, 2017
LE Laczák: Evaluation of important parameters of aircraft impact into relatively rigid engineering structures, PhD dissertation, BME, 2017
LE Laczák, Gy Károlyi: A dimensionless parameter to characterize the impact of a soft cylindrical missile into relatively rigid target, International Journal of Solids and Structures, submitted for publication, 2017
LE Laczák, Gy Károlyi: On the impact of a rigid-plastic missile into rigid or elastic target, International Journal of Non-linear Mechanics, accepted for publication, 2017





 

Events of the project

 
2017-04-22 12:06:04
Résztvevők változása
2013-02-11 14:03:06
Résztvevők változása
2011-09-29 14:42:22
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Atomenergetika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem), Új kutatóhely: Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem).
2011-09-29 14:32:17
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem), Új kutatóhely: Atomenergetika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem).




Back »