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Substructuring and Model Order Reduction of Large Finite Element Models

01SNURO

A.A. 2024/25

Course Language

Inglese

Degree programme(s)

Doctorate Research in Ingegneria Meccanica - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 12
Lecturers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Battiato Giuseppe   Ricercatore a tempo det. L.240/10 art.24-B IIND-03/A 10 0 0 0 1
Co-lectures
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Context
SSD CFU Activities Area context
*** N/A ***    
Statistiche superamento esami
Il corso di dottorato "Sottostrutturazione e riduzione di modelli agli elementi finiti di grandi dimensioni" illustra tecniche numeriche per semplificare ed efficientemente risolvere problemi statici e dinamici in modelli agli elementi finiti (FEM) di grandi dimensioni. I FEM, solitamente, impiegano mesh molto raffinate per le analisi statiche, generando un notevole numero di gradi di libertà. Tuttavia, questa raffinatezza risulta spesso superflua per le analisi dinamiche, dove una mesh più grossolana può fornire risultati accurati nella predizione dei modi fondamentali e le risposte dinamiche a carichi esterni. Al fine di bilanciare l'accuratezza con l'efficienza computazionale, il corso esplora metodi di riduzione che minimizzano la dimensione del problema dinamico senza modificare la mesh del FEM, consentendo analisi dinamiche efficaci in tempi ragionevoli. Il corso si apre con l’introduzione del concetto cardine di sotto-strutturazione, che riguarda la suddivisione di un modello FEM in strutture con un numero contenuto di gradi di libertà, consentendo una modifica dei singoli componenti FE senza influenzare l'intero modello. Durante il corso, vengono presentati vari metodi e concetti fondamentali della sotto-strutturazione, tra cui l'assemblaggio delle sottostrutture, insieme a tecniche specifiche come la riduzione di Guyan e Hurty/Craig-Bampton, McNeal, Rubin e i metodi di riduzione delle interfacce. Sviluppati a partire dagli anni '60 per affrontare problemi su larga scala nell'aerospaziale e nell'aeronautica, i metodi di sottostrutturazione rimangono rilevanti per applicazioni moderne, specialmente dove la memoria e la potenza computazionale sono limitate.
The PhD course "Substructuring and Model Order Reduction of Large Finite Element Models" provides an in-depth understanding of numerical techniques to simplify and efficiently solve both static and dynamic problems in large finite element (FE) models of structures. FE models are often built with highly refined meshes for static analysis, leading to a large number of degrees of freedom. However, such refinement is typically unnecessary for dynamic analysis, where a coarser mesh can provide accurate results for fundamental modes and dynamic responses to external loads. To balance accuracy and computational efficiency, the course explores reduction methods that minimize the dynamic problem size without altering the mesh grid, enabling effective dynamic analyses within a reasonable timeframe. The course begins with the fundamental principle of substructuring, which involves dividing an FEM model into simpler components, allowing for a reduction of the degrees of freedom of individual FE components without affecting the entire model. Throughout the course, various methods and fundamental concepts of substructuring are presented, including the assembly of substructures, along with specific techniques such as Guyan and Hurty/Craig-Bampton reduction, McNeal, Rubin, and interface reduction methods. Developed in the 1960s to address large-scale aerospace and aeronautics problems, substructuring methods remain relevant for modern applications where memory and computational power are limited.
Dinamica delle strutture
Structural dynamics
- Introduzione alla sottostrutturazione - Sintesi delle modalità componenti - Metodo Guyan - Metodo Hurty/Craig-Bampton - Metodo McNeal - Metodo Rubin - Metodi di riduzione delle interfacce - Modi a vincoli caratteristici - Metodo di riduzione delle interfacce di Gram-Schmidt
- Introduction on substructuring - Component mode synthesis - Guyan method - Hurty/Craig-Bampton method - McNeal method - Rubin method - Interface reduction methods - Characteristic constraints modes - Gram-Smidth interface reduction method
In presenza
On site
Presentazione report scritto
Written report presentation
P.D.2-2 - Aprile
P.D.2-2 - April