@phdthesis{Riesel,
  author    = {Riesel, Tobias},
  title     = {Analyse des Querkrafttragverhaltens bewehrter Bauteile aus Porenbeton mit den Methoden der mathematischen Optimierung},
  publisher = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar Universit{\"a}tsverlag},
  address   = {Weimar},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1835},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20130128-18351},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {178},
  abstract  = {Im Rahmen der Arbeit wird das Querkrafttragverhalten bewehrter Bauteile aus Porenbeton untersucht. Die vorherrschende Beschreibung des inneren Kr{\"a}ftezustandes basiert auf der Modellvorstellung eines Fachwerks oder Sprengwerks mit Stahlzugstreben und Betondruckstreben. Ziel ist die Entwicklung eines alternativen Verfahrens zur Ermittlung des inneren Kr{\"a}ftezustandes. Ausgehend vom Prinzip des Minimums des elastischen Gesamtpotentials wird eine Extremalaufgabe f{\"u}r das mechanische Problem formuliert. Die numerische Umsetzung basiert auf der {\"U}berf{\"u}hrung der Extremalaufgabe in eine nichtlineare Optimierungsaufgabe. Diese l{\"a}sst sich mit Standardsoftware l{\"o}sen. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass das grundlegende Verfahren unabh{\"a}ngig vom verwendeten Materialmodell ist. Nichtlineare Spannungs-Dehnungs-Beziehungen oder die Ber{\"u}cksichtigung der Rissbildung erfordern keine Anpassung des Berechnungsalgorithmus. Bewehrte Porenbetonbauteile besitzen im Hinblick auf das Trag- und Verformungsverhalten einige Besonderheiten. Berechnungsans{\"a}tze f{\"u}r Stahlbetonelemente lassen sich nicht ohne entsprechende Modifikationen {\"u}bertragen lassen. Die Bewehrung wird aus glatten St{\"a}ben hergestellt, so dass nach der Herstellung nur ein Haftverbund wirksam ist. Dieser kann {\"u}ber die Lebensdauer teilweise oder vollst{\"a}ndig versagen. Die Kraft{\"u}bertragung zwischen den Verbundelementen muss durch entsprechende Kopplungselemente (z.B. Querst{\"a}be, B{\"u}gel, Endwinkel) sichergestellt werden. Der Bewehrungskorb ist im Porenbeton gebettet. Aufgrund der relativ niedrigen Festigkeit bzw. Steifigkeit des Porenbetons und des teilweise unwirksamen Verbundes treten Relativverschiebungen zwischen beiden Verbundmaterialien auf. Hier sind die Ursachen daf{\"u}r zu finden, dass die Beanspruchung der Querkraftbewehrung viel geringer ist als bei vergleichbaren Stahlbetonbalken. Der Querkraftbewehrungsgrad erlaubt keine R{\"u}ckschl{\"u}sse auf den Querkraftwiderstand. Das zentrale Anliegen der Arbeit ist die Implementierung nichtlinearer Materialans{\"a}tze, der Rissbildung des Porenbetons sowie der porenbetonspezifischen Besonderheiten verschieblicher Verbund, diskrete Verankerung der Bewehrung und Relativverschiebungen zwischen Porenbeton und Bewehrung) in das Berechnungsmodell. Die Leistungsf{\"a}higkeit des entwickelten Berechnungsmodells wird anhand von Beispielen demonstriert. Die Kr{\"a}fte in der Bewehrung sowie das Tragwerksverhalten werden realit{\"a}tsnah bestimmt.},
  subject      = {Querkraft},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schilling2003,
  author    = {Schilling, Steffi},
  title     = {Beitrag zur L{\"o}sung ingenieurtechnischer Entwurfsaufgaben unter Verwendung Evolution{\"a}rer Algorithmen},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.87},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20040826-921},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2003},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit erfolgt die Anwendung Evolution{\"a}rer Algorithmen an baupraktischen Problemen. Der Einfluss unterschiedlicher Selektionsmethoden, Rekombinationsmethoden sowie der Einfluss von Mutation und Populationsgr{\"o}ße auf Sucheffizienz und Ergebnis werden er{\"o}rtert. Die erzielten Erkenntnisse fliessen in die Definition Evolution{\"a}rer Strategiewerte ein, die als Grundlage f{\"u}r die Formulierung eines robusten Evolution{\"a}ren Algorithmus dienen. Evolution{\"a}re Algorithmen werden mit einem wachstumsorientierten Algorithmus erweitert (hybride Evolution{\"a}re Algorithmen), um eine Steigerung der Effizienz bei der L{\"o}sungssuche zu erzielen. An ausgew{\"a}hlten Stahlkonstruktionen - Hallen, Wassertank, Dachkonstruktion - wird die Leistungsf{\"a}higkeit von robusten Evoluton{\"a}ren Algorithmen und den entwickelten hybriden Evolution{\"a}ren Algorithmus {\"u}berpr{\"u}ft.},
  subject      = {Optimierung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Adami2004,
  author    = {Adami, Kay},
  title     = {Beitrag zur physikalisch nichtlinearen Analyse von Aussteifungssystemen mit Methoden der mathematischen Optimierung},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.78},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20040329-812},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2004},
  abstract  = {Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht in der Entwicklung einer Strategie zur physikalisch nichtlinearen Analyse von Aussteifungssystemen. Der Anwendungsschwerpunkt umfasst neben dem traditionellen Aufgabenumfang zur Analyse neu zu errichtender Tragwerke gleichzeitig auch Planungsaufgaben, die mit Umbau- und Sanierungsmaßnahmen verbunden sind. Ver{\"a}nderungen, die sich w{\"a}hrend der Nutzungsgeschichte oder im Revitalisierungsprozess ergeben, werden in den Berechnungsmodellen ber{\"u}cksichtigt. In vielen F{\"a}llen ist es aus planerischer Sicht zweckm{\"a}ßig, die Nichtlinearit{\"a}t des Materialverhaltens zur Erschließung von Tragreserven in den normativen Nachweiskonzepten mit einzubeziehen. Der damit verbundene numerische Aufwand wird durch die Verwendung separater Modelle zur Erfassung des Querschnitts- und des Systemtragverhaltens begrenzt, ohne die Komplexit{\"a}t der Aufgabenstellung zu reduzieren. Aus detaillierten Querschnittsuntersuchungen der Tragw{\"a}nde werden integrale Materialbeziehungen abgeleitet, welche die Grundlage f{\"u}r die nichtlineare Tragwerksanalyse darstellen. Die Modellbildung gegliederter Aussteifungsw{\"a}nde basiert auf deren Zerlegung in ebene finite Stabsegmente, die sich durch die Diskretisierung in L{\"a}ngs- und in Querrichtung ergeben. Zus{\"a}tzlich zu den an den Stabenden angreifenden Normalkr{\"a}ften, Querkr{\"a}ften und Biegemomenten werden an den Elementl{\"a}ngsr{\"a}ndern Schubbeanspruchungen erfasst. Die physikalische Nichtlinearit{\"a}t wird durch die Einbeziehung integraler Materialbeziehungen an den Segmentr{\"a}ndern ber{\"u}cksichtigt. Die numerische Umsetzung erfolgt mit Methoden der mathematischen Optimierung. Die Leistungsf{\"a}higkeit der Berechnungsstrategie wird exemplarisch anhand von Untersuchungen an Aussteifungssystemen in Großtafelbauweise nachgewiesen.},
  subject      = {Stahlbeton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Diener1998,
  author    = {Diener, J{\"o}rg},
  title     = {Beitrag zur physikalisch und geometrisch nichtlinearen Berechnung langzeitbelasteter Bauteile aus Stahlbeton und Spannbeton unter besonderer Ber{\"u}cksichtigung des nichtlinearen Kriechens und der Rißbildung},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.42},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20040220-446},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {1998},
  abstract  = {Der Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung eines Berechnungskonzeptes, mit dem die Auswirkungen des zeitabh{\"a}ngigen Materialverhaltens des Betons und der Spannbewehrung auf das Tragverhalten von Stahlbeton und Spannbetonbauteilen wirklichkeitsnah abgesch{\"a}tzt werden k{\"o}nnen. Dabei wird auf die Ber{\"u}cksichtigung des nichtlinearen Kriechens und der Rißbildung besonderer Wert gelegt. Das Konzept basiert auf der sukzessiven Ermittlung der Schnittgr{\"o}ßenanteile und der Deformationen zu festgelegten Zeitpunkten, wobei die Ergebnisse der vorausgehenden Zeitschritte ber{\"u}cksichtigt werden k{\"o}nnen. Ausgehend von der Formulierung des mechanischen Problems als Extremalaufgabe wird die Berechnung innerhalb eines Zeitschritts auf die L{\"o}sung einer quadratischen Optimierungsaufgabe zur{\"u}ckgef{\"u}hrt, wobei die Rißbildung des Betons und geometrisch nichtlineare Einfl{\"u}sse ber{\"u}cksichtigt werden k{\"o}nnen. Die Einbeziehung des nichtlinearen Kriechens erfolgt durch Beschleunigung der linearen Kriechgeschwindigkeit mit einem, von der aktuellen Betonspannung abh{\"a}ngigen Kriechzahlerh{\"o}hungsfaktor. Das Berechnungsmodell wird anhand von Langzeitversuchen an hochbelasteten Betonprismen und Stahlbetonst{\"u}tzen verifiziert. In umfangreichen numerischen Untersuchungen wird der Einfluß des nichtlinearen Kriechens auf das Tragverhalten von vorgespannten Querschnitten und Stahlbetonst{\"u}tzen analysiert.},
  subject      = {Stahlbetonbauteil},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Higuchi2007,
  author    = {Higuchi, Shoko},
  title     = {Cost-Benefit Based Maintenance Optimization for Deteriorating Structures},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1288},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20080513-13616},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2007},
  abstract  = {In recent years increasingly consideration has been given to the lifetime extension of existing structures. This is based on the fact that a growing percentage of civil infrastructure as well as buildings is threatened by obsolescence and that due to simple monetary reasons this can no longer be countered by simply re-building everything anew. Hence maintenance interventions are required which allow partial or complete structural rehabilitation. However, maintenance interventions have to be economically reasonable, that is, maintenance expenditures have to be outweighed by expected future benefits. Is this not the case, then indeed the structure is obsolete - at least in its current functional, economic, technical, or social configuration - and innovative alternatives have to be evaluated. An optimization formulation for planning maintenance interventions based on cost-benefit criteria is proposed herein. The underlying formulation is as follows: (a) between maintenance interventions structural deterioration is described as a random process; (b) maintenance interventions can take place anytime throughout lifetime and comprise the rehabilitation of all deterioration states above a certain minimum level; and (c) maintenance interventions are optimized by taking into account all expected life-cycle costs (construction, failure, inspection and state-dependent repair costs) as well as state- or time-dependent benefit rates. The optimization is performed by an evolutionary algorithm. The proposed approach also allows to determine optimal lifetimes and acceptable failure rates. Numerical examples demonstrate the importance of defining benefit rates explicitly. It is shown, that the optimal solution to maintenance interventions requires to take action before reaching the acceptable failure rate or the zero expected net benefit rate level. Deferring decisions with respect to maintenance not only results, in general, in higher losses, but also results in overly hazardous structures.},
  subject      = {Kosten-Nutzen-Analyse},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Stahr2008,
  author    = {Stahr, Alexander},
  title     = {Das wohltemperierte Netz - Zum Konstruktiven Entwurf direkt verglaster Stabnetze auf Freiformfl{\"a}chen},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1383},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20090427-14602},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2008},
  abstract  = {Direkt verglaste Stabnetze repr{\"a}sentieren ein strukturell und geometrisch hochgradig variables Prinzip zur Realisierung transparenter architektonischer Freiformfl{\"a}chen. Dieses beinhaltet die funktionale Entkopplung der Fassadenkonstruktion in ein tragendes Stabnetz und eine h{\"u}llende Verglasung. Ein formal universales, dimensional variables Knotenelement bildet dabei das Herzst{\"u}ck der Konstruktion. Die vorliegende Arbeit widmet sich dem Konstruktiven Entwurf frei geformter, direkt verglaster Stabnetze. Dieser umfasst schwerpunktm{\"a}ßig die formale und dimensionale Konzeptionierung der Knotenelemente. Er wird maßgeblich beeinflusst von der Dimensionalit{\"a}tsdifferenz zwischen dem formbeschreibenden Fl{\"a}chennetz aus nulldimensionalen Knoten und eindimensionalen Kanten sowie dem Stabnetz aus dreidimensionalen Knoten bzw. St{\"a}ben. Dar{\"u}ber hinaus definieren das freiformbedingte Erfordernis einer unikaten Ausrichtung der Stabnetzelemente sowie die materialspezifische Anforderung einer zw{\"a}ngungsfreien Lagerung der Gl{\"a}ser weitere dominante Einflussgr{\"o}ßen im Entwurfsprozess. In der Arbeit werden zun{\"a}chst die geometrischen und konstruktiven Randbedingungen des Konstruktiven Stabnetzentwurfs dargestellt. Darauf aufbauend wird ein Zylinder-Achsen- Modell entwickelt, welches die unikate lokale Situation am Knoten unter Ber{\"u}cksichtigung einer variablen Ausrichtung der Stabnetzelemente sowie beliebig polygonaler Stabquerschnitte abstrahiert. Die Modellierung erm{\"o}glicht eine Bewertung des knotenbezogenen Status unter konstruktiven und mechanischen Aspekten. Sie bildet somit die Grundlage f{\"u}r eine Konstruktive Optimierung direkt verglaster Stabnetze. Mit Hilfe des Zylinder-Achsen-Modells werden alle bisher bekannten Prinzipien zur Ausrichtung der Stabnetzelemente analysiert. Dabei offenbaren sich verschiedene Defizite. Zu deren {\"U}berwindung werden drei neuartige L{\"o}sungsans{\"a}tze entwickelt. Eine alternative Methode dient folglich zur Bestimmung einer konstruktiv optimierten Ausrichtung der Knotenachse. Ein zweiter Ansatz zielt auf die Definition einer neuartigen Stabl{\"a}ngsbezugsachse, welche unabh{\"a}ngig von der Fl{\"a}chenkr{\"u}mmung eine zw{\"a}ngungsfreie Lagerung der Glaselemente gew{\"a}hrleistet. Schließlich erm{\"o}glicht das dritte innovative Prinzip die konsistente Bestimmung einer Stabquerachse auch bei nicht ebenen Viereckmaschen.},
  subject      = {Entwurf},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wolff2009,
  author    = {Wolff, Thomas},
  title     = {Ein methodischer Bemessungsansatz zur Absch{\"a}tzung des Tragverhaltens von Pfahlgr{\"u}ndungen in weichem kalkigen Sedimentgestein},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1414},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20100125-14993},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2009},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit wird das Tragverhalten und das Sicherheitsniveau axial belasteter Großbohrpf{\"a}hle in den pleistoz{\"a}nen Kalkarenit der K{\"u}stenregion von Dubai untersucht. Zun{\"a}chst wird auf der Grundlage von Ergebnissen umfangreicher Baugrundanalysen und Probebelastungen das Tragverhalten detailliert beschrieben. Anschließend wird ein auf der Finiten-Elemente-Methode basierendes Strukturmodell zur Simulation des Last-Setzungsverhaltens von Großbohrpf{\"a}hlen im Sinne eines numerischen Versuchsstandes entwickelt. Um herstellungsbedingte Ver{\"a}nderungen der Baugrundeigenschaften in der Kontaktzone Pfahl-Baugrund zu ber{\"u}cksichtigen, die mit boden- und felsmechanischen Elementversuchen gew{\"o}hnlich nicht erfassbar sind, werden die Gr{\"o}ßen der relevanten konstitutiven Parameterwerte iterativ mittels inverser Optimierungsstrategien bestimmt. Abschließend wird eine methodische Vorgehensweise aufgezeigt, wie das Sicherheitsniveau axial belasteter Großbohrpf{\"a}hlen unter Ber{\"u}cksichtigung der r{\"a}umlichen Variabilit{\"a}t der Baugrundeigenschaften zuverl{\"a}ssig abgesch{\"a}tzt werden kann.},
  subject      = {Pfahl},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Weitze,
  author    = {Weitze, Laura Katharina},
  title     = {Erweiterte Prozessbewertung von Biogasanlagen unter Ber{\"u}cksichtigung organoleptischer Parameter und Erfahrungswissen},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3849},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20190129-38499},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {308},
  abstract  = {Landwirtschaftliche Biogasanlagen leisten mit ca. 9.300 Anlagen und einem Anteil von 5,3\% an der Stromerzeugung, einen Beitrag zur Erzeugung Erneuer-barer Energien in Deutschland. Die Optimierung dieser Anlagen f{\"o}rdert die nachhaltige Bereitstellung von Strom, W{\"a}rme und BioErdgas. Das Ergebnis dieser Forschungsarbeit ist die Entwicklung eines mehrmethodi-schen Bewertungsansatzes zur Beschreibung der Qualit{\"a}t der Eingangs-substrate als Teil einer ganzheitlichen Prozessoptimierung. Dies gelingt durch die kombinierte Nutzung klassischer Analyses{\"a}tze, der Nutzung organolepti-scher Parameter - der humansensorischen Sinnenpr{\"u}fung - und der Integration von prozess- und substratspezifischem Erfahrungswissen. Anhand von halbtechnischen Versuchen werden Korrelationen und Kausalit{\"a}ten zwi-schen chemisch-physikalischen, biologischen, organoleptischen und erfahrungsbezogenen Parametern erforscht. Die Entwicklung einer Fallbasis mit Hilfe des Fallbasierten Schließens, einer Form K{\"u}nstlicher Intelligenz, zeigt das Entwicklungs- und Integrationspotenzial der Automatisierung auf, insbesondere auch im Hinblick auf neue Ans{\"a}tze z.B. Industrie 4.0. Erste L{\"o}sungen zur Bew{\"a}ltigung der identifizierten Herausforderungen der mehrmethodischen Prozessbewertung werden vorgestellt. Abschließend wird ein Ausblick auf den weiteren Forschungsbedarf gegeben und die {\"U}bertragbarkeit des mehrmethodischen Bewertungsansatzes auf andere Anwendungsfelder z.B. Bioabfallbehandlung, Kl{\"a}ranlagen angeregt.},
  subject      = {Biogasanlage},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hartmann,
  author    = {Hartmann, Veronika},
  title     = {Methoden zur Quantifizierung und Optimierung der Robustheit von Bauablaufpl{\"a}nen},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4579},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220204-45798},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  abstract  = {Bauablaufpl{\"a}nen kommt bei der Realisierung von Bauprojekten eine zentrale Rolle zu. Sie dienen der Koordination von Schnittstellen und bilden f{\"u}r die am Projekt Beteiligten die Grundlage f{\"u}r ihre individuelle Planung. Eine verl{\"a}ssliche Terminplanung ist daher von großer Bedeutung, tats{\"a}chlich sind aber gerade Bauablaufpl{\"a}ne f{\"u}r ihre Unzuverl{\"a}ssigkeit bekannt. Aufgrund der langen Vorlaufzeiten bei der Planung von Bauprojekten sind zum Zeitpunkt der Planung viele Informationen nur als Sch{\"a}tzwerte bekannt. Auf der Grundlage dieser gesch{\"a}tzten und damit mit Unsicherheiten behafteten Daten werden im Bauwesen deterministische Terminpl{\"a}ne erstellt. Kommt es w{\"a}hrend der Realisierung zu Diskrepanzen zwischen Sch{\"a}tzungen und Realit{\"a}t, erfordert dies die Anpassung der Pl{\"a}ne. Aufgrund zahlreicher Abh{\"a}ngigkeiten zwischen den geplanten Aktivit{\"a}ten k{\"o}nnen einzelne Plan{\"a}nderungen vielf{\"a}ltige weitere {\"A}nderungen und Anpassungen nach sich ziehen und damit einen reibungslosen Projektablauf gef{\"a}hrden. In dieser Arbeit wird ein Vorgehen entwickelt, welches Bauablaufpl{\"a}ne erzeugt, die im Rahmen der durch das Projekt definierten Abh{\"a}ngigkeiten und Randbedingungen in der Lage sind, {\"A}nderungen m{\"o}glichst gut zu absorbieren. Solche Pl{\"a}ne, die bei auftretenden {\"A}nderungen vergleichsweise geringe Anpassungen des Terminplans erfordern, werden hier als robust bezeichnet. Ausgehend von Verfahren der Projektplanung und Methoden zur Ber{\"u}cksichtigung von Unsicherheiten werden deterministische Terminpl{\"a}ne bez{\"u}glich ihres Verhaltens bei eintretenden {\"A}nderungen betrachtet. Hierf{\"u}r werden zun{\"a}chst m{\"o}gliche Unsicherheiten als Ursachen f{\"u}r {\"A}nderungen benannt und mathematisch abgebildet. Damit kann das Verhalten von Abl{\"a}ufen f{\"u}r m{\"o}gliche {\"A}nderungen betrachtet werden, indem die durch {\"A}nderungen erzwungenen angepassten Terminpl{\"a}ne simuliert werden. F{\"u}r diese Monte-Carlo-Simulationen der angepassten Terminpl{\"a}ne wird sichergestellt, dass die angepassten Terminpl{\"a}ne logische Weiterentwicklungen des deterministischen Terminplans darstellen. Auf der Grundlage dieser Untersuchungen wird ein stochastisches Maß zur Quantifizierung der Robustheit erarbeitet, welches die F{\"a}higkeit eines Planes, {\"A}nderungen zu absorbieren, beschreibt. Damit ist es m{\"o}glich, Terminpl{\"a}ne bez{\"u}glich ihrer Robustheit zu vergleichen. Das entwickelte Verfahren zur Quantifizierung der Robustheit wird in einem Optimierungsverfahren auf Basis Genetischer Algorithmen angewendet, um gezielt robuste Terminpl{\"a}ne zu erzeugen. An Beispielen werden die Methoden demonstriert und ihre Wirksamkeit nachgewiesen.},
  subject      = {Bauablaufplanung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schemmann,
  author    = {Schemmann, Christoph},
  title     = {Optimierung von radialen Verdichterlaufr{\"a}dern unter Ber{\"u}cksichtigung empirischer und analytischer Vorinformationen mittels eines mehrstufigen Sampling Verfahrens},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3974},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20190910-39748},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {233},
  abstract  = {Turbomachinery plays an important role in many cases of energy generation or conversion. Therefore, turbomachinery is a promising approaching point for optimization in order to increase the efficiency of energy use. In recent years, the use of automated optimization strategies in combination with numerical simulation has become increasingly popular in many fields of engineering. The complex interactions between fluid and solid mechanics encountered in turbomachines on the one hand and the high computational expense needed to calculate the performance on the other hand, have, however, prevented a widespread use of these techniques in this field of engineering. The objective of this work was the development of a strategy for efficient metamodel based optimization of centrifugal compressor impellers. In this context, the main focus is the reduction of the required numerical expense. The central idea followed in this research was the incorporation of preliminary information acquired from low-fidelity computation methods and empirical correlations into the sampling process to identify promising regions of the parameter space. This information was then used to concentrate the numerically expensive high-fidelity computations of the fluid dynamic and structure mechanic performance of the impeller in these regions while still maintaining a good coverage of the whole parameter space. The development of the optimization strategy can be divided into three main tasks. Firstly, the available preliminary information had to be researched and rated. This research identified loss models based on one dimensional flow physics and empirical correlations as the best suited method to predict the aerodynamic performance. The loss models were calibrated using available performance data to obtain a high prediction quality. As no sufficiently exact models for the prediction of the mechanical loading of the impellercould be identified, a metamodel based on finite element computations was chosen for this estimation. The second task was the development of a sampling method which concentrates samples in regions of the parameter space where high quality designs are predicted by the preliminary information while maintaining a good overall coverage. As available methods like rejection sampling or Markov-chain Monte-Carlo methods did not meet the requirements in terms of sample distribution and input correlation, a new multi-fidelity sampling method called "Filtered Sampling"has been developed. The last task was the development of an automated computational workflow. This workflow encompasses geometry parametrization, geometry generation, grid generation and computation of the aerodynamic performance and the structure mechanic loading. Special emphasis was put into the development of a geometry parametrization strategy based on fluid mechanic considerations to prevent the generation of physically inexpedient designs. Finally, the optimization strategy, which utilizes the previously developed tools, was successfully employed to carry out three optimization tasks. The efficiency of the method was proven by the first and second testcase where an existing compressor design was optimized by the presented method. The results were comparable to optimizations which did not take preliminary information into account, while the required computational expense cloud be halved. In the third testcase, the method was applied to generate a new impeller design. In contrast to the previous examples, this optimization featuredlargervariationsoftheimpellerdesigns. Therefore, theapplicability of the method to parameter spaces with significantly varying designs could be proven, too.},
  subject      = {Simulation},
  language  = {en}
}