TY - CHAP A1 - Scheiber, Frank ED - Gürlebeck, Klaus ED - Lahmer, Tom ED - Werner, Frank T1 - ROBUSTNESS IN CIVIL ENGINEERING - INFLUENCES OF THE STRUCTURAL MODEL ON THE EVALUATION OF THE STRUCTURAL ROBUSTNESS 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 - The topic of structural robustness is covered extensively in current literature in structural engineering. A few evaluation methods already exist. Since these methods are based on different evaluation approaches, the comparison is difficult. But all the approaches have one in common, they need a structural model which represents the structure to be evaluated. As the structural model is the basis of the robustness evaluation, there is the question if the quality of the chosen structural model is influencing the estimation of the structural robustness index. This paper shows what robustness in structural engineering means and gives an overview of existing assessment methods. One is the reliability based robustness index, which uses the reliability indices of a intact and a damaged structure. The second one is the risk based robustness index, which estimates the structural robustness by the usage of direct and indirect risk. The paper describes how these approaches for the evaluation of structural robustness works and which parameters will be used. Since both approaches needs a structural model for the estimation of the structural behavior and the probability of failure, it is necessary to think about the quality of the chosen structural model. Nevertheless, the chosen model has to represent the structure, the input factors and reflect the damages which occur. On the example of two different model qualities, it will be shown, that the model choice is really influencing the quality of the robustness index. KW - Angewandte Informatik KW - Angewandte Mathematik KW - Computerunterstütztes Verfahren Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170314-27845 UR - http://euklid.bauing.uni-weimar.de/ikm2012 SN - 1611-4086 ER - TY - CHAP A1 - Schmeikal, Bernd Anton ED - Gürlebeck, Klaus ED - Lahmer, Tom ED - Werner, Frank T1 - BAUHAUS ISOMETRY AND FIELDS 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 - While integration increases by networking, segregation strides ahead too. Most of us fixate our mind on special topics. Yet we are relying on our intuition too. We are sometimes waiting for the inflow of new ideas or valuable information that we hold in high esteem, although we are not entirely conscious of its origin. We may even say the most precious intuitions are rooting in deep subconscious, collective layers of the mind. Take as a simple example the emergence of orientation in paleolithic events and its relation to the dihedral symmetry of the compass. Consider also the extension of this algebraic matter into the operational structures of the mind on the one hand and into the algebra of geometry, Clifford algebra as we use to call it today, on the other. Culture and mind, and even the individual act of creation may be connected with transient events that are subconscious and inaccessible to cognition in principle. Other events causative for our work may be merely invisible too us, though in principle they should turn out attainable. In this case we are just ignorant of the whole creative process. Sometimes we begin to use unusual tools or turn into handicraft enthusiasts. Then our small institutes turn into workshops and factories. All this is indeed joining with the Bauhaus and its spirit. We shall go together into this, and we shall present a record of this session. KW - Angewandte Informatik KW - Angewandte Mathematik KW - Computerunterstütztes Verfahren Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170314-27859 UR - http://euklid.bauing.uni-weimar.de/ikm2012 SN - 1611-4086 ER - TY - THES A1 - Schneider, Jens T1 - Untersuchungen zum Alterungsverhalten und zur Langzeitstabilität von Y-TZP/Al2O3-Dispersionskeramiken (ATZ) für die Anwendung in der Hüft-Endoprothetik N2 - 6 Zusammenfassung und Ausblick Die hydrothermal induzierte Phasentransformation konnte für ATZ-Keramik mit tiefenge-mittelten und tiefenaufgelösten Methoden charkterisiert und quantifiziert werden. Die zeit- und temperaturabhängige Alterungskinetik von ATZ wurde durch neun Tempera-turstufen in einem Temperaturbereich von 50 °C bis 134 °C untersucht und die kinetischen Parameter nummerisch bestimmt. Für 3Y-TZP wurde diese Prozedur bei drei Temperaturen im Temperaturbereich von 70 °C bis 134 °C angewendet. Aufgrund des ARRHENIUS-Verhaltens der Umwandlungskinetik konnte der zeitliche Verlauf der isotherm stattfinden-den hydrothermal induzierten Phasentransformation bei Körpertemperatur simuliert wer-den. Die Simulation dient zur Bewertung der Langzeitstabilität von medizinischen Implanta-ten aus ATZ bzw. 3Y-TZP. Die Untersuchungen wurden in Wasser und in Wasserdampf bzw. wasserdampfgesättigter Luft durchgeführt. Die Langzeitsimulation für 3Y-TZP wurde an-hand von Explantat-Untersuchungen verifiziert. ATZ zeigt gegenüber 3Y-TZP eine höhere Alterungsstabilität bezogen auf die zeitliche Ent-wicklung der monoklinen Phase. Im Hinblick auf die Oberflächenhärte, die durch die Pha-senumwandlung stark beeinflusst wird, erweist sich ATZ über einen langen Alterungszeit-raum stabiler als 3Y-TZP. Bis zu einem monoklinen Gehalt von 40 % beweist ATZ einen deutlichen Härtevorteil gegenüber 3Y TZP, dieser entspricht in der Langzeitsimulation für die Wasserlagerung ca. 35 Jahre. Das wirkt sich insbesondere bei Verschleißpaarungen wie beim künstlichen Hüftgelenk positiv aus. Verschleißuntersuchungen an einer neu entwickelten Kugel-auf-Scheibe-Geometrie mit li-nearer Kinematik, die dem Hüftgelenk nachempfunden wurde, belegen die vorteilhaften Verschleißeigenschaften von ATZ in Form von sehr geringen Abtragsraten und einer intak-ten Oberfläche nach 720 000 absolvierten Zyklen. Dabei wurde sogar eine Aufhärtung der Oberfläche durch die Verschleißbeanspruchung um bis zu 8 % nachgewiesen. Bei der tiefengemittelten Charakterisierung der hydrothermalen Alterung wurde in beiden Materialtypen festgestellt, dass die Geschwindigkeit der Phasentransformation neben der Temperatur merklich von der Änderung der H2O-Stoffmengenkonzentrantion an der Ober-fläche der Keramik abhängig ist, was sich mit den unterschiedlichen Aktivierungsenergien für Wasser- bzw. Wasserdampflagerung belegen lässt. Die Aktivierungsenergie Ea der hyd-rothermalen Phasentransformation wurde mit Hilfe der ARRHENIUS-Beziehung ermittelt und beträgt für ATZ bei Wasserdampflagerung 102 kJ/mol und bei Wasserlagerung 92 kJ/mol. Für Y-TZP beträgt die Aktivierungsenergie 114 kJ/mol bei Wasserdampflagerung und 102 kJ/mol bei Wasserlagerung. Der resultierende präexponentielle Faktor k0 unterscheidet sich für Wasserlagerung und Wasserdampflagerung um eine Größenordnung, was auf einen leicht andersartigen thermisch aktivierten Gesamtprozess hinweist. Der Avrami-Exponent n, der einen Hinweis auf den Mechanismus der Keimbildung sowie deren geometrische Ordnung geben kann, zeigte keine signifikante Abhängigkeit von der Temperatur und vom Umgebungsmedium. Er ist dagegen zeitabhängig und fällt mit zuneh-mender Alterungszeit, d.h. mit zunehmendem monoklinem Gehalt von ca. 4 auf 0,5 ab, was auf eine abnehmende Keimbildungsrate hindeutet. In Verbindung mit weiteren Untersu-chungen durch unabhängige und zum Teil tiefenauflösende Methoden wie GIXRD, NRA und Knoop-Mikrohärte-Messungen lässt sich der Alterungsmechanismus, bzw. sein zeitlicher und örtlicher Ablauf, durch die drei Stadien A, B und C beschreiben: A 0-5 ma. % m-ZrO2 Quasi-homogene Keimbildung an bevorzugten Orten wie Kornkan-ten und Kornecken (n≈4), Wassertransport wahrscheinlich via Korngrenzendiffusion, Aufhärtung der Oberfläche B 5-40 ma. % m-ZrO2 Keimbildung an den Korngrenzflächen bis zur Keimsättigung (n≈2), monokline Randschicht wächst zeitlich linear, Wassertransport konvektiv über Mikrorisse, deutlicher Härteverlust der Oberfläche C ≥ 40 ma. % m-ZrO2 Wachstum der monoklinen Kristallite von den Korngrenzflächen in die tetragonalen Kristallite unter starker Verzwillingung (n≈0,5), Abnahme der tetragonalen Kristallitgröße, starke Mikrorissbildung, dramatischer Rückgang der Oberflächenhärte Die Kristallitgröße der monoklinen Phase verbleibt im ATZ über alle drei Abschnitte bei 30 ±5 nm. Ein Anwachsen der Kristallite ist mechanische behindert. Kleinere monokline Kristallite sind im ATZ thermodynamisch instabil. Die Kristallitgröße der tetragonalen Phase fällt in den Abschnitten A und B sehr langsam und in C sehr schnell bis auf 25 nm ab. Bei dieser Kristallitgröße ist die tetragonale Phase gegenüber der monoklinen Phase thermody-namisch stabil. Diese residualen tetragonalen Kristallite weisen nach vollständigem Reakti-onsablauf einem Anteil von 7 ma. % auf. Der Sättigungsgehalt der monoklinen Phase betrug in beiden Materialen unabhängig von der Temperatur bzw. dem Umgebungsmedium 75 % der ZrO2-Phase. In Abschnitt C besitzt die residuale tetragonale Phase eine starke Orientierung. Dadurch wird die geometrische Bedingtheit der hydrothermal induzierten Phasenumwandlung ver-deutlicht. Die monokline Phase ist über den gesamten Alterungsprozess stark nach m(1 1  1) orientiert, was mit einer bevorzugten Umklapprichtung der c-Achse zur freien Oberfläche hin verbunden ist. Mit Hilfe der tiefenaufgelösten Phasenanalyse konnte die Wachstumsgeschwindigkeit der monoklinen Randschicht von der Oberfläche in das Volumen untersucht werden. Die Ge-schwindigkeit des Schichtwachstums ist in Abschnitt B nicht zeit- und tiefenabhängig, son-dern konstant mit ausgeprägtem ARRHENIUS-Verhalten (Temperaturabhängigkeit). Die Akti-vierungsenergie der Schichtwachstumsgeschwindigkeit km liegt in der gleichen Größenord-nung wie die der Transformationskonstante k. Die Umwandlungszone schreitet also mit konstanter Geschwindigkeit in das Volumen fort und hinterlässt ein verzweigtes Mikro- und Nanoriss-System. FESEM-Aufnahmen bestätigen das Vorhandensein einer porösen Randschicht, durch die das Wasser nahezu ungehindert eindringen kann. NRA Untersuchungen deuten in Stadium A auf Korngrenzendiffusion hin und bestätigen in Stadium B einen konvektiven Transport des Wassers an die Transformationszone. Eine Dif-fusion über Sauerstoffleerstellen im Gitter konnte anhand von Proben aus 8YSZ nicht nach-gewiesen werden. Dagegen kommt es in dem verzweigten Riss- und Porensystem in der gealterten Randschicht zum Rücktransport des Wassers an die Oberfläche, sobald die Pro-ben aus der hydrothermalen Atmosphäre genommen, an Luft gelagert oder in die Hochva-kuumkammer der NRA-Messapparatur eingeschleust werden. Mikrostrukturelle Untersuchungen an eigens entwickelten Verschleißpaarungen zeigten nach 720000 Zyklen ähnliche Oberflächeneigenschaften wie im Alterungsstadium A. Man kann daher davon ausgehen, dass die Stadien B und C aus Stabilitätsgründen in der tribolo-gischen Kontaktzone nicht existieren können und es dass sich im Falle einer gleichzeitigen, hydrothermalen und tribologischen Beanspruchung um einen stationären Alterungs- und Verschleißprozess handelt. Durch quasiplastische Deformation der monoklinen und tetra-gonalen Kristallite wird die Verschleißrate und die Abriebpartikel bei einer hart /hart Paa-rung aus ATZ deutlich minimiert, so dass ATZ für die Hüftendoprothetik ein durchaus geeig-neten Werkstoff darstellt, der sich auf der Grundlage der in dieser Arbeit gewonnenen Daten über eine Imlantationsdauer von .mehr als 15 Jahre stabil verhalten kann. KW - Dispersionskeramik KW - Hüftgelenkprothese KW - ATZ KW - Alterung KW - Simulation KW - GIXRD KW - NRA KW - Tribologie KW - Knoop Mikrohärte Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20121130-17761 ER - TY - THES A1 - Schrader, Kai T1 - Hybrid 3D simulation methods for the damage analysis of multiphase composites T1 - Hybride 3D Simulationsmethoden zur Abbildung der Schädigungsvorgänge in Mehrphasen-Verbundwerkstoffen N2 - Modern digital material approaches for the visualization and simulation of heterogeneous materials allow to investigate the behavior of complex multiphase materials with their physical nonlinear material response at various scales. However, these computational techniques require extensive hardware resources with respect to computing power and main memory to solve numerically large-scale discretized models in 3D. Due to a very high number of degrees of freedom, which may rapidly be increased to the two-digit million range, the limited hardware ressources are to be utilized in a most efficient way to enable an execution of the numerical algorithms in minimal computation time. Hence, in the field of computational mechanics, various methods and algorithms can lead to an optimized runtime behavior of nonlinear simulation models, where several approaches are proposed and investigated in this thesis. Today, the numerical simulation of damage effects in heterogeneous materials is performed by the adaption of multiscale methods. A consistent modeling in the three-dimensional space with an appropriate discretization resolution on each scale (based on a hierarchical or concurrent multiscale model), however, still contains computational challenges in respect to the convergence behavior, the scale transition or the solver performance of the weak coupled problems. The computational efficiency and the distribution among available hardware resources (often based on a parallel hardware architecture) can significantly be improved. In the past years, high-performance computing (HPC) and graphics processing unit (GPU) based computation techniques were established for the investigationof scientific objectives. Their application results in the modification of existing and the development of new computational methods for the numerical implementation, which enables to take advantage of massively clustered computer hardware resources. In the field of numerical simulation in material science, e.g. within the investigation of damage effects in multiphase composites, the suitability of such models is often restricted by the number of degrees of freedom (d.o.f.s) in the three-dimensional spatial discretization. This proves to be difficult for the type of implementation method used for the nonlinear simulation procedure and, simultaneously has a great influence on memory demand and computational time. In this thesis, a hybrid discretization technique has been developed for the three-dimensional discretization of a three-phase material, which is respecting the numerical efficiency of nonlinear (damage) simulations of these materials. The increase of the computational efficiency is enabled by the improved scalability of the numerical algorithms. Consequently, substructuring methods for partitioning the hybrid mesh were implemented, tested and adapted to the HPC computing framework using several hundred CPU (central processing units) nodes for building the finite element assembly. A memory-efficient iterative and parallelized equation solver combined with a special preconditioning technique for solving the underlying equation system was modified and adapted to enable combined CPU and GPU based computations. Hence, it is recommended by the author to apply the substructuring method for hybrid meshes, which respects different material phases and their mechanical behavior and which enables to split the structure in elastic and inelastic parts. However, the consideration of the nonlinear material behavior, specified for the corresponding phase, is limited to the inelastic domains only, and by that causes a decreased computing time for the nonlinear procedure. Due to the high numerical effort for such simulations, an alternative approach for the nonlinear finite element analysis, based on the sequential linear analysis, was implemented in respect to scalable HPC. The incremental-iterative procedure in finite element analysis (FEA) during the nonlinear step was then replaced by a sequence of linear FE analysis when damage in critical regions occured, known in literature as saw-tooth approach. As a result, qualitative (smeared) crack initiation in 3D multiphase specimens has efficiently been simulated. T3 - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2013,2 KW - high-performance computing KW - finite element method KW - heterogeneous material KW - domain decomposition KW - scalable smeared crack analysis KW - FEM KW - multiphase KW - damage KW - HPC KW - solver Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20131021-20595 ER - TY - THES A1 - Schürenberg, Philipp T1 - Automatisierte fachliche Qualitätssicherung in einem Crowdsourcing-basierten bauphysikalischen Lernspiel N2 - In crowdsourcingbasierten Systemen kommt der Qualitätssicherung des durch Benutzer generierten Inhaltes große Bedeutung für die Erhaltung der Benutzbarkeit zu. Das bauphysikalische Lehrspiel "BuildVille" benutzt für die Quiz-Anwendung einen Crowdsourcing-Ansatz: Die Quiz-Fragen werden von den Benutzern selbst generiert. Mit Hilfe dieser Arbeit soll sichergestellt werden, dass fehlerhafte, irrtümlicherweise oder zum Spaß eingegebene Fragen möglichst früh erkannt, korrigiert oder von der weiteren Verbreitung ausgeschlossen werden. Dazu soll mit Hilfe einer Analyse bestehender crowdsourcingbasierter Systeme bezüglich umgesetzter Qualitätssicherungsmaßnahmen ein Konzept für die QS-Maßnahmen in BuildVille entwickelt werden. KW - Crowdsourcing KW - BuildVille Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20120704-16734 ER - TY - CHAP A1 - Simon-Ritz, Frank T1 - E-Books an einer kleinen Universitätsbibliothek : Probleme und Perspektiven T2 - Alles digital? : E-Books in Studium und Lehre N2 - Beitrag während der Weimarer EDOC-Tage 2011 KW - Bibliothek KW - Elektronisches Buch KW - Erwerbungsetat Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20120404-15977 SP - 74 EP - 77 PB - Verlag der Bauhaus-Universität CY - Weimar ER - TY - GEN A1 - Simon-Ritz, Frank A1 - Liehr, Harald S. T1 - Das Urheberrecht - ein Pulverfass für Lehre und Forschung N2 - Radiodiskussion bei bauhaus.fm am 5. November 2012. Harald S. Liehr ist Lektor und Leiter der Niederlassung Weimar des Böhlau-Verlags (Wien / Köln / Weimar), Dr. Frank Simon-Ritz ist Direktor der Universitätsbibliothek der Bauhaus-Universität Weimar. Die Fragen stellten René Tauschke und Jean-Marie Schaldach. KW - Urheberrecht Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20121130-17753 ER - TY - JOUR A1 - Simpson, R. A1 - Bordas, Stéphane Pierre Alain A1 - Trevelyan, J. A1 - Kerfriden, Pierre A1 - Rabczuk, Timon T1 - An Isogeometric Boundary Element Method for elastostatic analysis JF - Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering N2 - The concept of isogeometric analysis, where functions that are used to describe geometry in CAD software are used to approximate the unknown fields in numerical simulations, has received great attention in recent years. The method has the potential to have profound impact on engineering design, since the task of meshing, which in some cases can add significant overhead, has been circumvented. Much of the research effort has been focused on finite element implementations of the isogeometric concept, but at present, little has been seen on the application to the Boundary Element Method. The current paper proposes an Isogeometric Boundary Element Method (BEM), which we term IGABEM, applied to two-dimensional elastostatic problems using Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS). We find it is a natural fit with the isogeometric concept since both the NURBS approximation and BEM deal with quantities entirely on the boundary. The method is verified against analytical solutions where it is seen that superior accuracies are achieved over a conventional quadratic isoparametric BEM implementation. KW - Angewandte Mathematik KW - Strukturmechanik Y1 - 2012 U6 - http://dx.doi.org/10.1016/j.cma.2011.08.008 ER - TY - CHAP A1 - Simsek, Yilmaz ED - Gürlebeck, Klaus ED - Lahmer, Tom ED - Werner, Frank T1 - ON INTERPOLATION FUNCTION OF THE BERNSTEIN POLYNOMIALS 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 - The Bernstein polynomials are used for important applications in many branches of Mathematics and the other sciences, for instance, approximation theory, probability theory, statistic theory, num- ber theory, the solution of the di¤erential equations, numerical analysis, constructing Bezier curves, q-calculus, operator theory and applications in computer graphics. The Bernstein polynomials are used to construct Bezier curves. Bezier was an engineer with the Renault car company and set out in the early 1960’s to develop a curve formulation which would lend itself to shape design. Engineers may …nd it most understandable to think of Bezier curves in terms of the center of mass of a set of point masses. Therefore, in this paper, we study on generating functions and functional equations for these polynomials. By applying these functions, we investigate interpolation function and many properties of these polynomials. KW - Angewandte Informatik KW - Angewandte Mathematik KW - Computerunterstütztes Verfahren Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170314-27867 UR - http://euklid.bauing.uni-weimar.de/ikm2012 SN - 1611-4086 ER - TY - THES A1 - Stein, Peter T1 - Procedurally generated models for Isogeometric Analysis N2 - Increasingly powerful hard- and software allows for the numerical simulation of complex physical phenomena with high levels of detail. In light of this development the definition of numerical models for the Finite Element Method (FEM) has become the bottleneck in the simulation process. Characteristic features of the model generation are large manual efforts and a de-coupling of geometric and numerical model. In the highly probable case of design revisions all steps of model preprocessing and mesh generation have to be repeated. This includes the idealization and approximation of a geometric model as well as the definition of boundary conditions and model parameters. Design variants leading to more resource-efficient structures might hence be disregarded due to limited budgets and constrained time frames. A potential solution to above problem is given with the concept of Isogeometric Analysis (IGA). Core idea of this method is to directly employ a geometric model for numerical simulations, which allows to circumvent model transformations and the accompanying data losses. Basis for this method are geometric models described in terms of Non-uniform rational B-Splines (NURBS). This class of piecewise continuous rational polynomial functions is ubiquitous in computer graphics and Computer-Aided Design (CAD). It allows the description of a wide range of geometries using a compact mathematical representation. The shape of an object thereby results from the interpolation of a set of control points by means of the NURBS functions, allowing efficient representations for curves, surfaces and solid bodies alike. Existing software applications, however, only support the modeling and manipulation of the former two. The description of three-dimensional solid bodies consequently requires significant manual effort, thus essentially forbidding the setup of complex models. This thesis proposes a procedural approach for the generation of volumetric NURBS models. That is, a model is not described in terms of its data structures but as a sequence of modeling operations applied to a simple initial shape. In a sense this describes the "evolution" of the geometric model under the sequence of operations. In order to adapt this concept to NURBS geometries, only a compact set of commands is necessary which, in turn, can be adapted from existing algorithms. A model then can be treated in terms of interpretable model parameters. This leads to an abstraction from its data structures and model variants can be set up by variation of the governing parameters. The proposed concept complements existing template modeling approaches: templates can not only be defined in terms of modeling commands but can also serve as input geometry for said operations. Such templates, arranged in a nested hierarchy, provide an elegant model representation. They offer adaptivity on each tier of the model hierarchy and allow to create complex models from only few model parameters. This is demonstrated for volumetric fluid domains used in the simulation of vertical-axis wind turbines. Starting from a template representation of airfoil cross-sections, the complete "negative space" around the rotor blades can be described by a small set of model parameters, and model variants can be set up in a fraction of a second. NURBS models offer a high geometric flexibility, allowing to represent a given shape in different ways. Different model instances can exhibit varying suitability for numerical analyses. For their assessment, Finite Element mesh quality metrics are regarded. The considered metrics are based on purely geometric criteria and allow to identify model degenerations commonly used to achieve certain geometric features. They can be used to decide upon model adaptions and provide a measure for their efficacy. Unfortunately, they do not reveal a relation between mesh distortion and ill-conditioning of the equation systems resulting from the numerical model. T3 - Schriftenreihe des DFG Graduiertenkollegs 1462 Modellqualitäten // Graduiertenkolleg Modellqualitäten - 7 KW - NURBS KW - Isogeometric Analysis KW - Procedural modeling KW - Templates KW - Mesh quality Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20130212-18483 SN - 978-3-86068-488-7 PB - Universitätsverlag CY - Weimar ER - TY - CHAP A1 - Stutz, Henning A1 - Wuttke, Frank ED - Gürlebeck, Klaus ED - Lahmer, Tom ED - Werner, Frank T1 - EVALUATION OF SOIL-STRUCTURE INTERACTION MODELS USING DIFFERENT MODEL-ROBUSTNESS APPROACHES 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 - The aim of this study is to show an application of model robustness measures for soilstructure interaction (henceforth written as SSI) models. Model robustness defines a measure for the ability of a model to provide useful model answers for input parameters which typically have a wide range in geotechnical engineering. The calculation of SSI is a major problem in geotechnical engineering. Several different models exist for the estimation of SSI. These can be separated into analytical, semi-analytical and numerical methods. This paper focuses on the numerical models of SSI specific macro-element type models and more advanced finite element method models using contact description as continuum or interface elements. A brief description of the models used is given in the paper. Following this description, the applied SSI problem is introduced. The observed event is a static loaded shallow foundation with an inclined load. The different partial models to consider the SSI effects are assessed using different robustness measures during numerical application. The paper shows the investigation of the capability to use these measures for the assessment of the model quality of SSI partial models. A variance based robustness and a mathematical robustness approaches are applied. These different robustness measures are used in a framework which allows also the investigation of computational time consuming models. Finally the result shows that the concept of using robustness approaches combined with other model–quality indicators (e.g. model sensitivity or model reliability) can lead to unique model–quality assessment for SSI models. KW - Angewandte Informatik KW - Angewandte Mathematik KW - Computerunterstütztes Verfahren Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170314-27878 UR - http://euklid.bauing.uni-weimar.de/ikm2012 SN - 1611-4086 ER - TY - CHAP A1 - Suzuki, Osamu A1 - Lawrynowicz, Julian A1 - Nouno, Kiyoharu A1 - Nagayama, Daiki ED - Gürlebeck, Klaus ED - Lahmer, Tom ED - Werner, Frank T1 - BINARY AND TERNARY CLIFFORD ANALYSIS ON NONION ALGEBRA AND SU(3) 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 - A concept of non-commutative Galois extension is introduced and binary and ternary extensions are chosen. Non-commutative Galois extensions of Nonion algebra and su(3) are constructed. Then ternary and binary Clifford analysis are introduced for non-commutative Galois extensions and the corresponding Dirac operators are associated. KW - Angewandte Informatik KW - Angewandte Mathematik KW - Computerunterstütztes Verfahren Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170314-27880 UR - http://euklid.bauing.uni-weimar.de/ikm2012 SN - 1611-4086 ER - TY - JOUR A1 - Talebi, Hossein A1 - Samaniego, C. A1 - Samaniego, Esteban A1 - Rabczuk, Timon T1 - On the numerical stability and mass-lumping schemes for explicit enriched meshfree methods JF - International Journal for Numerical Methods in Engineering N2 - Meshfree methods (MMs) such as the element free Galerkin (EFG)method have gained popularity because of some advantages over other numerical methods such as the finite element method (FEM). A group of problems that have attracted a great deal of attention from the EFG method community includes the treatment of large deformations and dealing with strong discontinuities such as cracks. One efficient solution to model cracks is adding special enrichment functions to the standard shape functions such as extended FEM, within the FEM context, and the cracking particles method, based on EFG method. It is well known that explicit time integration in dynamic applications is conditionally stable. Furthermore, in enriched methods, the critical time step may tend to very small values leading to computationally expensive simulations. In this work, we study the stability of enriched MMs and propose two mass-lumping strategies. Then we show that the critical time step for enriched MMs based on lumped mass matrices is of the same order as the critical time step of MMs without enrichment. Moreover, we show that, in contrast to extended FEM, even with a consistent mass matrix, the critical time step does not vanish even when the crack directly crosses a node. KW - Angewandte Mathematik KW - Strukturmechanik Y1 - 2012 U6 - http://dx.doi.org/10.1002/nme.3275 SP - 1009 EP - 1027 ER - TY - JOUR A1 - Talebi, Hossein A1 - Zi, Goangseup A1 - Silani, Mohammad A1 - Samaniego, Esteban A1 - Rabczuk, Timon T1 - A simple circular cell method for multilevel finite element analysis JF - Journal of Applied Mathematics N2 - A simple multiscale analysis framework for heterogeneous solids based on a computational homogenization technique is presented. The macroscopic strain is linked kinematically to the boundary displacement of a circular or spherical representative volume which contains the microscopic information of the material. The macroscopic stress is obtained from the energy principle between the macroscopic scale and the microscopic scale. This new method is applied to several standard examples to show its accuracy and consistency of the method proposed. KW - Angewandte Mathematik KW - Strukturmechanik Y1 - 2012 U6 - http://dx.doi.org/10.1155/2012/526846 ER - TY - JOUR A1 - Talebi, Hossein A1 - Zi, Goangseup A1 - Silani, Mohammad A1 - Samaniego, Esteban A1 - Rabczuk, Timon T1 - A simple circular cell method for multilevel finite element analysis JF - Journal of Applied Mathematics N2 - A simple multiscale analysis framework for heterogeneous solids based on a computational homogenization technique is presented. The macroscopic strain is linked kinematically to the boundary displacement of a circular or spherical representative volume which contains the microscopic information of the material. The macroscopic stress is obtained from the energy principle between the macroscopic scale and the microscopic scale. This new method is applied to several standard examples to show its accuracy and consistency of the method proposed. KW - Finite-Elemente-Methode KW - Feststoff Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170426-31639 ER - TY - JOUR A1 - Thai, Chien H. A1 - Nguyen-Xuan, Hung A1 - Nguyen-Thanh, Nhon A1 - Le, T.H. A1 - Nguyen-Thoi, T. A1 - Rabczuk, Timon T1 - Static, free vibration and buckling analysis of laminated composite Reissner-Mindlin plates using NURBS-based isogeometric approach JF - International Journal for Numerical Methods in Engineering N2 - This paper presents a novel numerical procedure based on the framework of isogeometric analysis for static, free vibration, and buckling analysis of laminated composite plates using the first-order shear deformation theory. The isogeometric approach utilizes non-uniform rational B-splines to implement for the quadratic, cubic, and quartic elements. Shear locking problem still exists in the stiffness formulation, and hence, it can be significantly alleviated by a stabilization technique. Several numerical examples are presented to show the performance of the method, and the results obtained are compared with other available ones. KW - Angewandte Mathematik KW - Strukturmechanik Y1 - 2012 U6 - http://dx.doi.org/10.1002/nme.4282 SP - 571 EP - 603 ER - TY - JOUR A1 - Tonn, Christian A1 - Tatarin, René T1 - Volumen Rendering in der Architektur: Überlagerung und Kombination von 3D Voxel Volumendaten mit 3D Gebäudemodellen N2 - Volumerendering ist eine Darstellungstechnik, um verschiedene räumliche Mess- und Simulationsdaten anschaulich, interaktiv grafisch darzustellen. Im folgenden Beitrag wird ein Verfahren vorgestellt, mehrere Volumendaten mit einem Architekturflächenmodell zu überlagern. Diese komplexe Darstellungsberechnung findet mit hardwarebeschleunigten Shadern auf der Grafikkarte statt. Im Beitrag wird hierzu der implementierte Softwareprototyp "VolumeRendering" vorgestellt. Neben dem interaktiven Berechnungsverfahren wurde ebenso Wert auf eine nutzerfreundliche Bedienung gelegt. Das Ziel bestand darin, eine einfache Bewertung der Volumendaten durch Fachplaner zu ermöglichen. Durch die Überlagerung, z. B. verschiedener Messverfahren mit einem Flächenmodell, ergeben sich Synergien und neue Auswertungsmöglichkeiten. Abschließend wird anhand von Beispielen aus einem interdisziplinären Forschungsprojekt die Anwendung des Softwareprototyps illustriert. T3 - Arbeitspapiere Informatik in der Architektur - Nr. 13 KW - Multiple Volume Rendering KW - Overlay KW - 3D Surface Models Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160822-26718 UR - http://infar.architektur.uni-weimar.de/service/drupal-infar/Arbeitspapiere ER - TY - CHAP A1 - Trommershausen, Anke T1 - Die schwerelose Ökonomie auf der Suche nach ihrem Gewicht : wissenschaftliche E-Books in den USA T2 - Alles digital? : E-Books in Studium und Lehre N2 - Beitrag während der Weimarer EDOC-Tage 2011 KW - Elektronisches Buch KW - Studium KW - Schwerelose Ökonomie KW - Buchmarkt Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20120404-15987 SP - 80 EP - 92 PB - Verlag der Bauhaus-Universität CY - Weimar ER - TY - CHAP A1 - Upmeier, Arne T1 - E-Books : Die Frustrationen des Urheberrechts T2 - Alles digital? : E-Books in Studium und Lehre N2 - Beitrag während der Weimarer EDOC-Tage 2011 KW - Elektronisches Buch KW - Urheberrecht KW - Digitale Welt Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20120404-15954 SP - 66 EP - 71 PB - Verlag der Bauhaus-Universität CY - Weimar ER - TY - THES A1 - Urbina Cazenave, Mario Humberto T1 - Gaze Controlled Applications and Optical-See-Through Displays - General Conditions for Gaze Driven Companion Technologies N2 - Gaze based human-computer-interaction has been a research topic for over a quarter century. Since then, the main scenario for gaze interaction has been helping handicapped people to communicate an interact with their environment. With the rapid development of mobile and wearable display technologies, a new application field for gaze interaction has appeared, opening new research questions. This thesis investigates the feasibility of mobile gaze based interaction, studying deeply the use of pie menus as a generic and robust widget for gaze interaction as well as visual and perceptual issues on head mounted (wearable) optical see-through displays. It reviews conventional gaze-based selection methods and investigates in detail the use of pie menus for gaze control. It studies and discusses layout issues, selection methods and applications. Results show that pie menus can allocate up to six items in width and multiple depth layers, allowing a fast and accurate navigation through hierarchical levels by using or combining multiple selection methods. Based on these results, several text entry methods based on pie menus are proposed. Character-by-character text entry, text entry with bigrams and with text entry with bigrams derived by word prediction, as well as possible selection methods, are examined in a longitudinal study. Data showed large advantages of the bigram entry methods over single character text entry in speed and accuracy. Participants preferred the novel selection method based on saccades (selecting by borders) over the conventional and well established dwell time method. On the one hand, pie menus showed to be a feasible and robust widget, which may enable the efficient use of mobile eye tracking systems that may not be accurate enough for controlling elements on conventional interface. On the other hand, visual perception on mobile displays technologies need to be examined in order to deduce if the mentioned results can be transported to mobile devices. Optical see-through devices enable observers to see additional information embedded in real environments. There is already some evidence of increasing visual load on the respective systems. We investigated visual performance on participants with a visual search tasks and dual tasks presenting visual stimuli on the optical see-through device, only on a computer screen, and simultaneously on both devices. Results showed that switching between the presentation devices (i.e. perceiving information simultaneously from both devices) produced costs in visual performance. The implications of these costs and of further perceptual and technical factors for mobile gaze-based interaction are discussed and solutions are proposed. N2 - Blickbasierte Mensch-Computer-Interaktion ist seit einem viertel Jahrhundert ein relevantes Forschungsthema. Der überwiegende Einsatz von Blicksteuerung beschränkte sich darauf, das Menschen mit Behinderungen kommunizieren können. In dieser Form, können z.B. ALS Patienten allein durch ihren Blickbewegungen Texte schreiben, Rollstühle bewegen und Bedürfnisse mitteilen. Durch die rasante Entwicklung von mobilen Endgeräten und tragbaren Displaytechnologien, öffnete sich ein neues Anwendungsfeld und damit neue Forschungsfragen. Im Rahmen dieser Dissertation wurden grundlegende Interaktionsmöglichkeiten mittels Blicksteuerung entwickelt und erforscht, die das gesamte Potential von Blickbewegungen als Eingabemöglchkeit ausnutzen. Blicksteuerung charakterisiert sich dadurch, dass sie die schnellste motorische Bewegung ist und unwillkürlich gesteuert wird. Sie bildet damit Aufmerksamkeitsprozesse ab. So kann der Blick nicht nur als Mittel zur Eingabe dienlich sein, sondern er verrät auch etwas über die Intentionen und Motive des Nutzers. Dies für die Rechnersteuerung zu nutzen, kann die Eingabe mittels Blicken überaus einfach und effizient machen und zwar nicht nur für motorisch beeinträchtigte, sondern auch für gesunde Nutzer. Diese These erforscht die Machbarkeit von mobiler Blicksteuerung. Sie untersucht im Detail den Einsatz von Pie Menüs als generisches und robustes Widget für Blicksteuerung, sowie visuelle und wahrnehmungspsychologische Aspekte bei der Nutzung von mobilen optischen Datenbrillen. Diese Arbeit fasst konventionelle blickbasierte Interaktionsmethoden zusammen und untersucht im Detail die Verwendung von Pie Menüs für Blicksteuerung. Es erforscht und diskutiert Layout-Probleme, Auswahl, Methoden und Anwendungen von Pie Menüs. Die Ergebnisse zeigen, dass Pie Menüs bis zu sechs Elemente in Breite und Tiefe, in mehreren Schichten zuordnen können, so dass eine schnelle und präzise Navigation durch die hierarchischen Ebenen gewährleistet ist. Durch die Nutzung oder die Kombination mehrerer Selektionsmethoden, kann eine effiziente und effektive Interaktion gewährleistet werden. Gestützt von diesen Ergebnissen, wurden diverse auf Pie Menüs basierte Texteingabesysteme entwickelt. Diese Texteingabesysteme bauen auf der Eingabe von Einzelbuchstaben, Bigrammen, und vorhersgesagten Wörter. Die genannten Systeme sowie zwei Selektionsmethoden der blickbasierten Interaktion wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigen signifikante Unterschiede bei der Geschwindigkeit und Genauigkeit der Texteingabe zugunsten des auf Bigrammen basierten Texteingabesystems, im direkten Vergleich zur Methode der einzelnen Buchstabeneingabe. Die Probanden präferierten, die neue aus Sakkaden basierte Selektionsmethode, über die konventionelle und gut etablierte Schwellzeit (dwell time) Methode. Pie Menüs erwiesen sich als ein praktikabel und robustes Widget, dass die effiziente Nutzung von mobilen Eye-Tracking-Systemen und Displays, auch bei geringer Genauigkeit, ermöglichen kann. Nichts desto trotz, muss die visuelle Wahrnehmung in mobilen op tischen Datenbrillen untersucht werden, um die Übertragbarkeit der bereits benannten Befunde für Datenbrillen sicher zu stellen. Ziel der AR-Ausgabegeräte ist es, die reale Umgebung mit virtueller Information anzureichern. Die Vorstellung dabei ist, dass die virtuelle Information sich in die reale Umgebung einfügt, d.h., dass Betrachter die virtuelle und reale Information zu einem Bild integrieren. Aus psychologischer Perspektive ist es einerseits plausibel, dass Informationen in raum-zeitlicher Nachbarschaft zusammenzufügen sind. Andererseits kann eine vollständige Integration nur dann erfolgen, wenn die Darbietung als einheitlich wahrgenommen werden kann. Dagegen sprechen allerdings zwei grundlegende Punkte; zum einen das Selbstleuchten der virtuellen Information, zum anderen deren Größenund Entfernungshinweise. Das Selbstleuchten der per AR-Gerät eingeblendeten Information ist deshalb problematisch, weil dieses Merkmal bei realen Objekten kaum vorhanden ist. Insofern sollte eine vollständige Integration der Information von dem AR-Gerät und anderer Information höchstens dann erfolgen können, wenn es sich bei der realen Information um Reize auf einem Computermonitor handelt, die ebenfalls selbstleuchtend sind. Für andere reale Objekte sollte die Leuchtstärke der eingeblendeten Information allein ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal darstellen. Ein weiteres wichtiges Unterscheidungsmerkmal ist die Größeninformation, die einen bedeutenden Anteil an der Entfernungsschätzung hat: In unserer realen Welt werden Objekte, die sich vom Betrachter entfernen, auf zunehmend kleinere retinale Areale projiziert. Gleich große Objekte müssen also mit zunehmender Betrachtungsdistanz kleiner abgebildet sein. Bei der AR- Technologie werden nun Objekte, wie bei einem Nachbild, in konstanter retinaler Größe projiziert, unabhängig davon, wo in der Tiefe sie gerade lokalisiert werden. Da die Objekte üblicherweise auf bzw. vor dem nächsten Hintergrund wahrgenommen werden, sind Größeninformationen der virtuellen Objekte nicht zur Entfernungswahrnehmung zu verwenden. Sie führen sogar teilweise zu widersprüchlichen Tiefenhinweisen, wenn die Distanz zu einem Hintergrund vergrößert wird, die Reize aber die gleichen retinalen Areale beanspruchen und somit bei größer werdender Entfernung als größer wahrgenommen werden. Für diese These wurden drei Versuchsanordnungen entwickelt, mit denen jeweils bestimmte Aspekte der gleichzeitigen Wahrnehmung von Information auf einem AR-Gerät und realen Umwelt detailliert untersucht wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die gleichzeitige Wahrnehmung von Information aus realen und virtuellen Medien mit kosten in der Sehleistung verbunden ist. Weitere Untersuchungen zeigten, dass das visuelle System bei der gleichzeitigen Darbietung von virtuellen und realen Reizen ständig die Einstellung von Vergenz und Akkomodation ändern muss. Dies könnte die visuelle Beanspruchung erklären, die in zahlreichen Studien beobachtet wurde. Die Auswirkungen der genannten Wechselkosten, Wahrnehmungs- und technischen Faktoren für mobile blickbasierte Interaktion werden hier diskutiert und Lösungen werden vorgeschlagen. KW - Eye tracking movement KW - Gaze Control KW - Visual Perception KW - Eye Typing KW - Gaze Interaction KW - Augmented Reality Displays Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20121107-17492 ER -