A displacement-based Finite Element Method dynamic formulation for continuum modelling of masonry structure is herein presented and validated within the framework of the Cosserat continuum theory. For numerical validation purposes, a particular homogenized orthotropic Cosserat constitutive model has been taken into account for running-bond masonry brickworks (Stefanou, Sulem, & Vardoulakis, 2008). Nevertheless, the formulation is quite general and allows the implementation of various materials with microstructure. The model has been previously implemented such User Element in the commercial code ABAQUS (Abaqus 6.10 - Documentation, 2011) and has been used in static conditions by Stefanou, Sulem & Vardoulakis (2007). The formulation is herein extensively tested and extended to modal analysis, allowing the user to conduct dynamic analyses in linear elastic regime. It is shown how a Cosserat formulation has interesting computational properties with respect to a classical continuum-based formulation and can provide suitable results when applied to masonry structures, against the use of more expensive and complex heterogeneous models.

Un codice agli Elementi Finiti di Cosserat é implementato per permettere di modellizzare il comportamento dinamico e spaziale di strutture murarie. Il codice é validato in condizioni statiche e dinamiche e le performance della formulazione alla Cosserat sono studiate. Alcune applicazioni sulle strutture murarie sono infine fornite al fine di dimostrare le capacità dell'elemento finito e di alcune leggi costitutive d'omogenizzazione alla Cosserat nella riproduzione del comportamento meccanico di suddette strutture.

Cosserat finite elements for 3D static and dynamic analyses of homogenized running bond masonry structures

GODIO, MICHELE
2011/2012

Abstract

A displacement-based Finite Element Method dynamic formulation for continuum modelling of masonry structure is herein presented and validated within the framework of the Cosserat continuum theory. For numerical validation purposes, a particular homogenized orthotropic Cosserat constitutive model has been taken into account for running-bond masonry brickworks (Stefanou, Sulem, & Vardoulakis, 2008). Nevertheless, the formulation is quite general and allows the implementation of various materials with microstructure. The model has been previously implemented such User Element in the commercial code ABAQUS (Abaqus 6.10 - Documentation, 2011) and has been used in static conditions by Stefanou, Sulem & Vardoulakis (2007). The formulation is herein extensively tested and extended to modal analysis, allowing the user to conduct dynamic analyses in linear elastic regime. It is shown how a Cosserat formulation has interesting computational properties with respect to a classical continuum-based formulation and can provide suitable results when applied to masonry structures, against the use of more expensive and complex heterogeneous models.
STEFANOU, IOANNIS
SULEM, JEAN
KAB, SARAM
ING I - Scuola di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale
20-dic-2012
2011/2012
Un codice agli Elementi Finiti di Cosserat é implementato per permettere di modellizzare il comportamento dinamico e spaziale di strutture murarie. Il codice é validato in condizioni statiche e dinamiche e le performance della formulazione alla Cosserat sono studiate. Alcune applicazioni sulle strutture murarie sono infine fornite al fine di dimostrare le capacità dell'elemento finito e di alcune leggi costitutive d'omogenizzazione alla Cosserat nella riproduzione del comportamento meccanico di suddette strutture.
Tesi di laurea Magistrale
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