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C. Adam:
"Dynamics of composite plates and inelastic frames with secondary structures";
Vienna University of Technology/Department of Civil Engineering, 2000.

This work consists of three papers, which are published in refereed Journals, see [1] - [3].
Part 1, [1], of this work is concerned with eigenstrain induced small amplitude vibrations of moderately thick composite plates. Polygonal simply supported composite plates with three asymmetrically arranged layers in perfect bond are considered. The homogeneous layers consist of dissimilar linear elastic isotropic materials. The Mindlin-Reissner kinematic assumptions are implemented separately to each layer. For plates composed of layers with a uniform ratio of mass density to shear modulus and a common Poisson's ratio the lateral deflection can be calculated independently from the in-plane displacements. It is shown that the lateral deflection is governed by a boundary value problem of the fourth order. Alternatively, by neglecting the longitudinal as well as rotatory inertia the complex problem reduces to the simpler case of a homogenized shear-deformable plate with effective stiffness, a corresponding set of boundary conditions and effective eigenstrain resultants. The theory is applied to rectangular simply supported composite plates of various dimensions.
In the second part, [2], two methods are proposed to compute the response of inelastic composite primary - secondary systems by a decomposition into undamped substructure modes. The first method is based on an iterative syntheses, where interface conditions as well as inelastic deformations of the substructures are treated as additional fictious loadings and their intensities are calculated in an iterative process. Alternatively, only modal coupling of tuned modes is considered, thus, restricting the application to coupled systems with a modal secondary to primary mass ratio much smaller than one. The dynamic behavior of oscillators attached to frames with various inelastic substructure properties is investigated, which are excited by the north-south component of the El Centro earthquake sample. Results derived by the proposed methods are compared to decoupled analyses to estimate their capability with respect to inelastic substructural behavior and non-classical damping.
In part 3, [3], the influence of secondary structures on the dynamic response of elastic and elastic-plastic shear frames is studied experimentally and numerically. Small-scale three-storey model frames are considered for the case of in-plane random support excitation. The columns of the first floor are made of soft aluminum and they behave elastic-plastic in the applied range of dynamic loading. An elastic SDOF secondary structure is mounted to the second and third floor, alternatively. Numerical outcomes assuming fictitious unlimited elastic material behaviour of the shear frame are set in contrast to results from experiments and computational simulations where the measured non-linear force displacement relation of the elastic-plastic floor is approximated by a multiple linear curve. The effect of elastic-plastic materials on the dynamic interaction between primary and secondary structure is shown and the difference to unlimited elastic material behaviour is worked out in detail.

[1] Adam, C.: Eigenstrain induced vibrations of composite plates. Acta Mechanica (accepted for publication).
[2] Adam, C. and Fotiu P.A.: Dynamic analysis of inelastic primary - secondary systems. Engineering Structures 22, 58-71 (2000).
[3] Adam, C.: Dynamics of elastic-plastic shear frames with secondary structures: shake table and numerical studies. Earthquake Engineering and Structural Dynamics (accepted for publication).

Diese Habilitationsschrift besteht aus drei Teilen, die in referierten Zeitschriften veröffentlicht worden sind, siehe [1] - [3].
Teil 1, [1], beschäftigt sich mit dem mechanischen Modellieren von geschichteten Platten, welche durch ein inkompatibles Feld von eingepägten Dehnungen, sogenannten Eigendehnungen, dynamisch beansprucht werden. Die Untersuchungen beschränken sich dabei auf gelenkig gelagerte, polygonal berandete, dreischichtige Platten mit asymmetrischem Schichtaufbau. Es wird gezeigt, daß unter gewissen Voraussetzungen die Durchbiegung solcher Platten, deren Verformungen gemäß einer Mehrschichttheorie beschrieben werden, getrennt von den horizontalen Verschiebungen berechnet werden können. Bei den Anwendungsbeispielen wird auf einige Besonderheiten von Eigendehnungen und deren Auswirkungen auf geschichtete Platten näher eingegangen.
Im zweiten Teil, [2], werden zwei Berechnungsverfahren entwickelt, um inelastisches Materialverhalten bei der Analyse von kombinierten Primär - Sekundärkonstruktionen unter Erdbebenanregung zu berücksichtigen. Als Primärkonstruktion wird die lastabtragende Struktur bezeichnet, während Sekundärstrukturen schwingungsanfällige und nicht zur Tragkonstruktionen gehörende Einbauten sind. Anhand eines dreigeschoßigen Rahmens mit einem Einmasseschwinger, der eine Sekundärstruktur modelliert, wird das dynamische Interaktionsverhalten zwischen den Substrukturen bei benachbarten Substruktureigenfrequenzen, unterschiedlichem inelastischen Materialverhalten sowie klassischer und nichtklassischer Dämpfung untersucht. Dabei wird die Struktur von einer digitalisierten Aufzeichnung der Nord-Südkomponente des El Centro Erdbebens angeregt.
Im dritten Teil, [3], wird ein kleinmaßstäblicher Versuchsaufbau einer kombinierten Primär-Sekundärkonstruktion beschrieben, der zur Verifizierung von numerischen Resultaten durch Versuchsergebnisse dient. Dabei besteht die Tragkonstruktion aus einem dreigeschoßigen Schubrahmen, bei denen die Stützen des ersten Geschoßes aus Weichaluminium hergestellt sind. Diese Stützen werden bei dynamischer Anregung elastoplastisch verformt. Die Instrumentierung und der Meßablauf werden beschrieben. Numerische Resultate eines fiktiven rein elastischen Schubrahmens werden den experimentellen Ergebnissen gegenübergestellt. Die Auswirkungen von elastoplastischem Materialverhalten an der dynamischen Interaktion zwischen der Primär- und der Sekundärstruktur werden sowohl experimentell als auch numerisch untersucht und der Unterschied zu rein elastischem Materialverhalten wird ausgearbeitet.


[1] Adam, C.: Eigenstrain induced vibrations of composite plates. Acta Mechanica (accepted for publication).
[2] Adam, C. and Fotiu P.A.: Dynamic analysis of inelastic primary - secondary systems. Engineering Structures 22, 58-71 (2000).
[3] Adam, C.: Dynamics of elastic-plastic shear frames with secondary structures: shake table and numerical studies. Earthquake Engineering and Structural Dynamics (accepted for publication).