TY - JOUR A1 - Jiang, Jin-Wu A1 - Wang, Bing-Shen A1 - Rabczuk, Timon T1 - Why twisting angles are diverse in graphene Moir’e patterns? JF - Journal of Applied Physics N2 - Why twisting angles are diverse in graphene Moir’e patterns? KW - Angewandte Mathematik KW - Strukturmechanik Y1 - 2013 ER - TY - CHAP A1 - Ahmad, Sofyan A1 - Zabel, Volkmar A1 - Könke, Carsten T1 - WAVELET-BASED INDICATORS FOR RESPONSE SURFACE MODELS IN DAMAGE IDENTIFICATION OF STRUCTURES T2 - Digital Proceedings, International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering : July 04 - 06 2012, Bauhaus-University Weimar N2 - In this paper, wavelet energy damage indicator is used in response surface methodology to identify the damage in simulated filler beam railway bridge. The approximate model is addressed to include the operational and surrounding condition in the assessment. The procedure is split into two stages, the training and detecting phase. During training phase, a so-called response surface is built from training data using polynomial regression and radial basis function approximation approaches. The response surface is used to detect the damage in structure during detection phase. The results show that the response surface model is able to detect moderate damage in one of bridge supports while the temperatures and train velocities are varied. KW - Angewandte Mathematik KW - Computerunterstütztes Verfahren KW - Angewandte Informatik Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170306-27588 SN - 1611-4086 ER - TY - THES A1 - Alkam, Feras T1 - Vibration-based Monitoring of Concrete Catenary Poles using Bayesian Inference N2 - This work presents a robust status monitoring approach for detecting damage in cantilever structures based on logistic functions. Also, a stochastic damage identification approach based on changes of eigenfrequencies is proposed. The proposed algorithms are verified using catenary poles of electrified railways track. The proposed damage features overcome the limitation of frequency-based damage identification methods available in the literature, which are valid to detect damage in structures to Level 1 only. Changes in eigenfrequencies of cantilever structures are enough to identify possible local damage at Level 3, i.e., to cover damage detection, localization, and quantification. The proposed algorithms identified the damage with relatively small errors, even at a high noise level. KW - Parameteridentifikation KW - Bayesian Inference, Uncertainty Quantification KW - Inverse Problems KW - Damage Identification KW - Concrete catenary pole KW - SHM KW - Inverse Probleme KW - Bayes’schen Inferenz KW - Unschärfequantifizierung KW - Schadenerkennung KW - Oberleitungsmasten Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20210526-44338 UR - https://asw-verlage.de/katalog/vibration_based_monitoring_of_co-2363.html VL - 2021 PB - Bauhaus-Universitätsverlag CY - Weimar ER - TY - THES A1 - Brehm, Maik T1 - Vibration-based model updating: Reduction and quantification of uncertainties N2 - Numerical models and their combination with advanced solution strategies are standard tools for many engineering disciplines to design or redesign structures and to optimize designs with the purpose to improve specific requirements. As the successful application of numerical models depends on their suitability to represent the behavior related to the intended use, they should be validated by experimentally obtained results. If the discrepancy between numerically derived and experimentally obtained results is not acceptable, a model revision or a revision of the experiment need to be considered. Model revision is divided into two classes, the model updating and the basic revision of the numerical model. The presented thesis is related to a special branch of model updating, the vibration-based model updating. Vibration-based model updating is a tool to improve the correlation of the numerical model by adjusting uncertain model input parameters by means of results extracted from vibration tests. Evidently, uncertainties related to the experiment, the numerical model, or the applied numerical solving strategies can influence the correctness of the identified model input parameters. The reduction of uncertainties for two critical problems and the quantification of uncertainties related to the investigation of several nominally identical structures are the main emphases of this thesis. First, the reduction of uncertainties by optimizing reference sensor positions is considered. The presented approach relies on predicted power spectral amplitudes and an initial finite element model as a basis to define the assessment criterion for predefined sensor positions. In combination with geometry-based design variables, which represent the sensor positions, genetic and particle swarm optimization algorithms are applied. The applicability of the proposed approach is demonstrated on a numerical benchmark study of a simply supported beam and a case study of a real test specimen. Furthermore, the theory of determining the predicted power spectral amplitudes is validated with results from vibration tests. Second, the possibility to reduce uncertainties related to an inappropriate assignment for numerically derived and experimentally obtained modes is investigated. In the context of vibration-based model updating, the correct pairing is essential. The most common criterion for indicating corresponding mode shapes is the modal assurance criterion. Unfortunately, this criterion fails in certain cases and is not reliable for automatic approaches. Hence, an alternative criterion, the energy-based modal assurance criterion, is proposed. This criterion combines the mathematical characteristic of orthogonality with the physical properties of the structure by modal strain energies. A numerical example and a case study with experimental data are presented to show the advantages of the proposed energy-based modal assurance criterion in comparison to the traditional modal assurance criterion. Third, the application of optimization strategies combined with information theory based objective functions is analyzed for the purpose of stochastic model updating. This approach serves as an alternative to the common sensitivity-based stochastic model updating strategies. Their success depends strongly on the defined initial model input parameters. In contrast, approaches based on optimization strategies can be more flexible. It can be demonstrated, that the investigated nature inspired optimization strategies in combination with Bhattacharyya distance and Kullback-Leibler divergence are appropriate. The obtained accuracies and the respective computational effort are comparable with sensitivity-based stochastic model updating strategies. The application of model updating procedures to improve the quality and suitability of a numerical model is always related to additional costs. The presented innovative approaches will contribute to reduce and quantify uncertainties within a vibration-based model updating process. Therefore, the increased benefit can compensate the additional effort, which is necessary to apply model updating procedures. N2 - Eine typische Anwendung von numerischen Modellen und den damit verbundenen numerischen Lösungsstrategien ist das Entwerfen oder Ertüchtigen von Strukturen und das Optimieren von Entwürfen zur Verbesserung spezifischer Eigenschaften. Der erfolgreiche Einsatz von numerischen Modellen ist abhängig von der Eignung des Modells bezüglich der vorgesehenen Anwendung. Deshalb ist eine Validierung mit experimentellen Ergebnissen sinnvoll. Zeigt die Validierung inakzeptable Unterschiede zwischen den Ergebnissen des numerischen Modells und des Experiments, sollte das numerische Modell oder das experimentelle Vorgehen verbessert werden. Für die Modellverbesserung gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten, zum einen die Kalibrierung des Modells und zum anderen die grundsätzliche Änderung von Modellannahmen. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Kalibrierung von numerischen Modellen auf der Grundlage von Schwingungsversuchen. Modellkalibrierung ist eine Methode zur Verbesserung der Korrelation zwischen einem numerischen Modell und einer realen Struktur durch Anpassung von Modelleingangsparametern unter Verwendung von experimentell ermittelten Daten. Unsicherheiten bezüglich des numerischen Modells, des Experiments und der angewandten numerischen Lösungsstrategie beeinflussen entscheidend die erzielbare Qualität der identifizierten Modelleingangsparameter. Die Schwerpunkte dieser Dissertation sind die Reduzierung von Unsicherheiten für zwei kritische Probleme und die Quantifizierung von Unsicherheiten extrahiert aus Experimenten nominal gleicher Strukturen. Der erste Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Reduzierung von Unsicherheiten durch die Optimierung von Referenzsensorpositionen. Das Bewertungskriterium für vordefinierte Sensorpositionen basiert auf einer theoretischen Abschätzung von Amplituden der Spektraldichtefunktion und einem dazugehörigen Finite Elemente Modell. Die Bestimmung der optimalen Konfiguration erfolgt durch eine Anwendung von Optimierungsmethoden basierend auf genetischen Algorithmen und Schwarmintelligenzen. Die Anwendbarkeit dieser Methoden wurde anhand einer numerischen Studie an einem einfach gelagerten Balken und einem real existierenden komplexen Versuchskörper nachgewiesen. Mit Hilfe einer experimentellen Untersuchung wird die Abschätzung der statistischen Eigenschaften der Antwortspektraldichtefunktionen an diesem Versuchskörper validiert. Im zweiten Schwerpunkt konzentrieren sich die Untersuchungen auf die Reduzierung von Unsicherheiten, hervorgerufen durch ungeeignete Kriterien zur Eigenschwingformzuordnung. Diese Zuordnung ist entscheidend für Modellkalibrierungen basierend auf Schwingungsversuchen. Das am Häufigsten verwendete Kriterium zur Zuordnung ist das modal assurance criterion. In manchen Anwendungsfällen ist dieses Kriterium jedoch kein zuverlässiger Indikator. Das entwickelte alternative Kriterium, das energy-based modal assurance criterion, kombiniert das mathematische Merkmal der Orthogonalität mit den physikalischen Eigenschaften der untersuchten Struktur mit Hilfe von modalen Formänderungsarbeiten. Ein numerisches Beispiel und eine Sensitivitätsstudie mit experimentellen Daten zeigen die Vorteile des vorgeschlagenen energiebasierten Kriteriums im Vergleich zum traditionellen modal assurance criterion. Die Anwendung von Optimierungsstrategien auf stochastische Modellkalibrierungsverfahren wird im dritten Schwerpunkt analysiert. Dabei werden Verschiedenheitsmaße der Informationstheorie zur Definition von Zielfunktionen herangezogen. Dieser Ansatz stellt eine Alternative zu herkömmlichen Verfahren dar, welche auf gradientenbasierten Sensitivitätsmatrizen zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen beruhen. Deren erfolgreicher Einsatz ist abhängig von den Anfangswerten der Eingangsgrößen, wobei die vorgeschlagenen Optimierungsstrategien weniger störanfällig sind. Der Bhattacharyya Abstand und die Kullback-Leibler Divergenz als Zielfunktion, kombiniert mit stochastischen Optimierungsverfahren, erwiesen sich als geeignet. Bei vergleichbarem Rechenaufwand konnten ähnliche Genauigkeiten wie bei den Modellkalibrierungsverfahren, die auf Sensitivitätsmatrizen basieren, erzielt werden. Die Anwendung von Modellkalibrierungsverfahren zur Verbesserung der Eignung eines numerischen Modells für einen bestimmten Zweck ist mit einem Mehraufwand verbunden. Die präsentierten innovativen Verfahren tragen zu einer Reduzierung und Quantifizierung von Unsicherheiten innerhalb eines Modellkalibrierungsprozesses basierend auf Schwingungsversuchen bei. Mit dem zusätzlich generierten Nutzen kann der Mehraufwand, der für eine Modellkalibrierung notwendig ist, nachvollziehbar begründet werden. T2 - Modellkalibrierung basierend auf Schwingungsversuchen: Reduzierung und Quantifizierung von Unsicherheiten T3 - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2011,1 KW - Dynamik KW - Optimierung KW - Modellkalibrierung KW - Modezuordung KW - optimale Sensorpositionierung KW - model updating KW - mode pairing KW - optimal sensor positions KW - dissimilarity measures KW - optimization Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20110926-15553 ER - TY - JOUR A1 - Döring, R. A1 - Hoffmeyer, J. A1 - Seeger, T. A1 - Vormwald, Michael T1 - Verformungsverhalten und rechnerische Abschätzung der Ermüdungslebensdauer metallischer Werkstoffe unter mehrachsig nichtproportionaler Beanspruchung JF - Materialwissenschaft und Werkstofftechnik N2 - Verformungsverhalten und rechnerische Abschätzung der Ermüdungslebensdauer metallischer Werkstoffe unter mehrachsig nichtproportionaler Beanspruchung KW - Angewandte Mathematik KW - Strukturmechanik Y1 - 2002 SP - 280 EP - 288 ER - TY - JOUR A1 - Lahmer, Tom A1 - Ilg, J. A1 - Lerch, Reinhard T1 - Variance-based sensitivity analyses of piezoelectric models JF - Computer Modeling in Engineering & Sciences N2 - Variance-based sensitivity analyses of piezoelectric models KW - Angewandte Mathematik KW - Stochastik KW - Strukturmechanik Y1 - 2015 SP - 105 EP - 126 ER - TY - JOUR A1 - Faizollahzadeh Ardabili, Sina A1 - Najafi, Bahman A1 - Alizamir, Meysam A1 - Mosavi, Amir A1 - Shamshirband, Shahaboddin A1 - Rabczuk, Timon T1 - Using SVM-RSM and ELM-RSM Approaches for Optimizing the Production Process of Methyl and Ethyl Esters JF - Energies N2 - The production of a desired product needs an effective use of the experimental model. The present study proposes an extreme learning machine (ELM) and a support vector machine (SVM) integrated with the response surface methodology (RSM) to solve the complexity in optimization and prediction of the ethyl ester and methyl ester production process. The novel hybrid models of ELM-RSM and ELM-SVM are further used as a case study to estimate the yield of methyl and ethyl esters through a trans-esterification process from waste cooking oil (WCO) based on American Society for Testing and Materials (ASTM) standards. The results of the prediction phase were also compared with artificial neural networks (ANNs) and adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS), which were recently developed by the second author of this study. Based on the results, an ELM with a correlation coefficient of 0.9815 and 0.9863 for methyl and ethyl esters, respectively, had a high estimation capability compared with that for SVM, ANNs, and ANFIS. Accordingly, the maximum production yield was obtained in the case of using ELM-RSM of 96.86% for ethyl ester at a temperature of 68.48 °C, a catalyst value of 1.15 wt. %, mixing intensity of 650.07 rpm, and an alcohol to oil molar ratio (A/O) of 5.77; for methyl ester, the production yield was 98.46% at a temperature of 67.62 °C, a catalyst value of 1.1 wt. %, mixing intensity of 709.42 rpm, and an A/O of 6.09. Therefore, ELM-RSM increased the production yield by 3.6% for ethyl ester and 3.1% for methyl ester, compared with those for the experimental data. KW - Biodiesel KW - Optimierung KW - extreme learning machine KW - machine learning KW - response surface methodology KW - support vector machine KW - OA-Publikationsfonds2018 Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20181025-38170 UR - https://www.mdpi.com/1996-1073/11/11/2889 IS - 11, 2889 SP - 1 EP - 20 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - GEN A1 - Nikulla, Susanne T1 - Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Eisenbahnbrücken bei wechselnden Umweltbedingungen N2 - Im Zuge des Ausbaus von Eisenbahnstrecken für den Hochgeschwindigkeitsverkehr muss sichergestellt werden, dass keine Resonanz zwischen den periodisch einwirkenden Radlasten und den Brückeneigenfrequenzen entsteht. Bei der Untersuchung einzelner Bauwerke wurden teilweise recht große Schwankungen des dynamischen Verhaltens im Verlauf der Jahreszeiten festgestellt. Um diese Beobachtungen zu präzisieren, wurden an zwei ausgewählten Walzträger-in-Beton-Brücken über den Zeitraum von 15 Monaten Beschleunigungsmessungen durchgeführt. Die gewonnenen Daten wurden mit der Stochastic Subspace Methode, die im ersten Teil der Arbeit näher erläutert wird, ausgewertet. Es konnte für alle Eigenmoden ein Absinken der Eigenfrequenz bei steigender Temperatur beobachtet werden. Um die Ursachen hierfür genauer zu untersuchen, wurde für eine der beiden Brücken ein Finite-Elemente-Modell mit dem Programm SLang erstellt. Mittels einer Sensitivitätsanalyse wurden die für das Schwingverhalten maßgebenden Systemeigenschaften identifiziert. Die anschließend durchgeführte Strukturoptimierung unter Nutzung des genetischen Algorithmus sowie des adaptiven Antwortflächenverfahrens konnte die Temperaturabhängigkeit einzelner Materialparameter aufzeigen, die zumindest eine Ursache für Schwankungen der Eigenfrequenzen darstellen. KW - Dynamik KW - Systemidentifikation KW - Beschleunigungsmessung KW - Strukturoptimierung KW - Modalanalyse KW - Lufttemperatur KW - Zustandsraummodell KW - Stochastic Subspace Identification Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20081020-14324 ER - TY - JOUR A1 - Ilyani Akmar, A.B. A1 - Lahmer, Tom A1 - Bordas, Stéphane Pierre Alain A1 - Beex, L.A.A. A1 - Rabczuk, Timon T1 - Uncertainty quantification of dry woven fabrics: A sensitivity analysis on material properties JF - Composite Structures N2 - Uncertainty quantification of dry woven fabrics: A sensitivity analysis on material properties KW - Angewandte Mathematik KW - Stochastik KW - Strukturmechanik Y1 - 2014 U6 - http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2014.04.014 SP - 1 EP - 17 ER - TY - JOUR A1 - Vu-Bac, N. A1 - Rafiee, Roham A1 - Zhuang, Xiaoying A1 - Lahmer, Tom A1 - Rabczuk, Timon T1 - Uncertainty quantification for multiscale modeling of polymer nanocomposites with correlated parameters JF - Composites Part B: Engineering N2 - Uncertainty quantification for multiscale modeling of polymer nanocomposites with correlated parameters KW - Angewandte Mathematik KW - Stochastik KW - Strukturmechanik Y1 - 2015 SP - 446 EP - 464 ER -