TY - THES A1 - Nasser, Mourad T1 - Quality Assessment of Dynamic Soil-Structure Interaction Models Using Energy Measures N2 - In this research work, an energy approach is employed for assessing quality in dynamic soil-structure interaction (SSI) models, and energy measures are introduced and investigated as general indicators of structural response. Dynamic SSI models with various abstraction levels are then investigated according to different coupling scenarios for soil and structure models. The hypothesis of increasing model uncertainty with decreasing complexity is investigated and a mathematical framework is provided for the treatment of model uncertainty. This framework is applied to a case study involving alternative models for incorporating dynamic SSI effects. In the evaluation process, energy measures are used within the framework of the \textit{adjustment factor} approach in order to quantitatively assess the uncertainty associated with SSI models. Two primary types of uncertainty are considered, namely the uncertainty in the model framework and the uncertainty in the model input parameters. Investigations on model framework uncertainty show that the more complex three-dimensional FE model has the best quality of the models investigated, whereas the Wolf SSI model produces the lowest model uncertainty of the simpler models. The fixed-base model produces the highest estimated uncertainty and accordingly the worst quality of all models investigated. These results confirm the hypothesis of increasing model uncertainty with decreasing complexity only when the assessment is based on the ratio of structural hysteretic energy to input energy as a response indicator. T3 - Schriftenreihe des DFG Graduiertenkollegs 1462 Modellqualitäten // Graduiertenkolleg Modellqualitäten - 8 KW - soil-structure interaction KW - model assessment KW - structural energy KW - Boden-Bauwerk-Wechselwirkung Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20130220-18542 SN - 978-3-86068-494-8 PB - Verlag der Bauhaus-Universität CY - Weimar ER - TY - THES A1 - Marwitz, Simon Jakob T1 - Untersuchungen zur optimalen Sensorpositionierung bei der experimentellen Modalanalyse N2 - Experimentelle Untersuchung eines Verfahrens zur optimalen Positionierung von Referenzsensoren bei der experimentellen Modalanalyse mit output-only Methoden nach Brehm (2011). Untersuchung des Einflusses der Referenzsensorpositionierung, -anzahl und der Positionierung der wandernden Sensoren unter Anwendung des Stochastic-Subspace-Verfahrens zur Auswertung der output-only Messdaten. KW - Modalanalyse KW - experimentelle Modalanalyse KW - 50.32 KW - Positionierung KW - Vibrationssensor KW - Referenz KW - Referenzsensoren KW - output-only KW - stochastic subspace Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20120128-15311 ER - TY - THES A1 - Pham, Hoang Anh T1 - Dynamic system identification based on selective sensitivity N2 - System identification is often associated with the evaluation of damage for existing structures. Usually, dynamic test data are utilized to estimate the parameter values for a given structural model. This requires the solution of an inverse problem. Unfortunately, inverse problems in general are ill-conditioned, particularly with a large number of parameter to be determined. This means that the accuracy of the estimated parameter values is not sufficiently high in order to enable a damage identification. The goal of this study was to develop an experimental procedure which allows to identify the system parameters in substructures with high reliability. For this purpose, the method of selective sensitivity was employed to define special dynamic excitations, namely selectively sensitive excitation. Two different approaches have been introduced, which are the quasi-static approach and the iteratively experimental procedure. The former approach is appropriate for statically determinate structures and excitation frequencies below the structure's fundamental frequency. The latter method, which uses a-priori information about the parameters to be identified to set up an iterative experiment, can be applied to statically indeterminate structures. The viability of the proposed iterative procedure in detection of small changes of structure's stiffness was demonstrated by a simple laboratory experiment. The applicability of the strategy, however, depends largely on experimental capacity. It was also experienced that such a test is associate with expensive cost of equipments and time-consuming work. N2 - Systemidentifikation wird oft als Werkzeug im Zusammenhang mit der Beurteilung von Schädigungen an Strukturen eingesetzt. Oftmals erfolgt eine Abschätzung der Parameter eines vorgegebenen Strukturmodells mittels der in dynamischen Versuchen gemessenen Daten. Dies erfordert die Lösung eines inversen Problems. Insbesondere bei einer großen Anzahl von zu bestimmenden Parametern sind inverse Probleme in der Regel schlecht konditioniert. Dies bedeutet, dass die Präzision der identifizierten Parameterwerte oft nicht ausrei-chend hoch ist, um die ursprünglich gestellte Frage nach einer Schädigungsidentifikation beantworten zu können. Das Ziel dieser Arbeit war, eine experimentelles Verfahren zu entwickeln, das es erlaubt, die Systemparameter in Substrukturen mit hoher Verlässlichkeit zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurde die Methode der selektiven Sensitivität eingesetzt, um spezielle dynamische Anregungen, nämlich selektiv sensitive Anregung zu bestimmen. Zwei verschiedene Ansätze wurden eingeführt, der quasistatische Ansatz und das iterativ experimentelle Verfahren. Der erste Ansatz ist für den Versuch einer statisch bestimmten Struktur mit Anregungsfrequenz unter der Grundfrequenz der Struktur geeignet. Der zweite Ansatz verwendet a-priori Information über die zu identifizierenden Parameter, um einen iterativen Versuch aufzubauen, und kann auch auf statisch unbestimmte Strukturen angewendet werden. Die Realisierbarkeit des vorgesclagten iterativen Verfahrens zur Detektion von kleinen lokalen Steifikeitsänderungen wurde durch einen einfachen Versuch im Labor demonstriert. Die Anwendbarkeit des Vorgehen hängt jedoch größtenteils von experimenteller Kapazität ab. Es wurde auch festgestellt, dass ein solcher Versuch mit einem erheblichen versuchstechnischen Mehraufwand und zeitraubender Arbeit verbunden ist. T2 - Dynamische Systemidentifikation auf der Grundlage selektiver Sensitivität KW - Systemidentifikation KW - Systemidentifikation KW - selektive Sensitivität KW - Bayesische Modelaktualisierung KW - system identification KW - selective sensitivity KW - Bayesian model updating Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20070320-8483 ER - TY - THES A1 - Wehner, Diana T1 - Dynamische Analyse der Dreiturmanlage der St. Severikirche in Erfurt N2 - Im Zusammenhang mit der gegenwärtigen Zustandsbewertung und geplanten Sanierung der Dreiturmanlage der St. Severikirche in Erfurt wird eine dynamische Analyse unter Glockenläuten mit Hilfe eines Finite-Elemente-Modells durchgeführt. Mit diesem unter Verwendung des Programms SLang erstellten FE-Modell wird das Schwingungsverhalten der Dreiturmanlage nachgebildet. Dabei dient als Grundlage die zuvor erfolgte Schwingungsmessung. Mit dem angepassten Modell werden schwingungsreduzierende Maßnahmen hinsichtlich ihrer Wirksamkeit untersucht und bewertet. Weiterhin wird an Ersatzsystemen die aktive Schwingungsisolierung mittels Glockenstuhlunterkonstruktion und der Einbau eines passiven Tilgerdämpfers betrachtet. KW - Dynamische Analyse KW - Glockenläuten KW - Glocke KW - Schwingungstilger KW - Schwingungsverhalten KW - Periodendauer KW - Schwingungsdämpfung KW - Schwingungsanregung Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-7410 N1 - Der Volltext-Zugang wurde im Zusammenhang mit der Klärung urheberrechtlicher Fragen mit sofortiger Wirkung gesperrt. ER - TY - THES A1 - Arnold, Daniel T1 - Implementierung eines vierknotigen Schalenelementes für geometrisch und physikalisch nichtlineare Berechnungen in das Programmsystem SLang T1 - Implementation of a 4noded shell finite element with assumed-natural-strain for geometrical and physical nonlinear calculations N2 - Die Finite-Elemente-Methode entwickelte sich in den letzten beiden Jahrzehnten zu einem wichtigen und mächtigen Werkzeug für Berechnungen im Ingenieurwesen. Waren zu Beginn dieser Entwicklung nur kleine Probleme lösbar, sind mit der heutigen Rechentechnik Systeme mit vielen Tausend Freiheitsgraden berechenbar. Durch diese Entwicklung werden Berechnungen von sehr komplizierten Strukturen möglich. Besonders in der Automobilindustrie kann mit einem solchen Verfahren die Konstruktion von Strukturen verbessert und optimiert werden. Um gute Ergebnisse bei den Berechnungen erzielen zu können müssen Programme entwickelt werden, die entsprechende mathematische Methoden enthalten. Besonders im Maschinenbau, aber auch in anderen Ingenieurbereichen wie dem Bauwesen, werden häufig gekrümmte dünne Schalenstrukturen untersucht. Eine effiziente und logische Konsequenz daraus ist die Nutzung von Schalenelementen innerhalb der FE-Berechnungen. Wird nun noch Wert auf eine realitätsnahe Modellierung gelegt, dann lässt es sich oft nicht vermeiden von der im Bauwesen üblichen Theorie erster Ordnung in eine nichtlineare Berechnungstheorie zu wechseln. Hierfür sind Methoden notwendig, die es vermögen diese Theorie abzubilden. Sollen Schalenstrukturen mit großen Verschiebungen betrachtet werden, ist es notwendig, die linearen Elementformulierungen um die nichtlinearen Ansätze der Strukturmechanik zu erweitern. Die Grundlage dieser Formulierung stellt oft die Lagrange'sche Betrachtungsweise dar, die Berechnungen an Strukturen mit großen Verformungen zulässt. Die Inhalte dieser Formulierung werden in Abschnitt 1.5 dieser Arbeit betrachtet. Räumlich veränderlichen Strukturen, also solche mit großen Verformungen, sind im Allgemeinen mit großen Rotationen verknüpft. Diese Rotationen werden bei Volumenelementen durch die unterschiedliche Verschiebung zweier benachbarter Elementknoten realisiert. Bei der Formulierung von dünnen Schalenelementen wird hingegen die Struktur als gekrümmte Raumfläche betrachtet. Da in Dickenrichtung nur ein Elementknoten zur Verfügung steht, muss die Rotation über eine andere Formulierung in die Berechnung einfließen. Ansätze zu allgemeinen großen Rotationen werden im Kapitel 2 betrachtet und für den Einsatz in einer Elementformulierung vorbereitet. Für die beschriebenen Schalenstrukturen werden häufig vierknotige Elemente genutzt, da mit ihnen Strukturen in einfacher Weise abgebildet werden können. Ein weiterer Vorteil besteht in der sich ergebenden geringen Bandbreite der Elementmatrizen. Diese Elementgruppe besitzt jedoch bei der klassischen isoparametrischen Formulierung einen großen Nachteil, der in der Erzeugung von parasitären Steifigkeitsanteilen besteht. Um dieses Sperrverhalten, was auch als 'Locking' bekannt ist, zu minimieren wurden in der Vergangenheit verschiedene Ansätze entwickelt. Ein sehr effizienter Ansatz zur Minimierung des Transversalschublockings bei bilinearen Schalenelementen stellt das Verfahren der veränderten Verzerrungsverläufe auf Elementebene dar. Dieses Verfahren wird vielfach in der Literatur aufgegriffen und als 'Assumed-Natural-Strain'-Ansatz oder als 'Mixed Interpolation of Tensorial Components' bezeichnet. Dieses Verfahren wird im Abschnitt 1.6 vorgestellt. Das Programmsystem SLang ermöglicht eine Berechnung von Strukturen mittels der Finite-Elemente-Methode. Um mit diesem Programm auch nichtlineare Probleme an Schalentragwerken berechnen zu können, wird im Rahmen dieser Diplomarbeit ein vierknotiges nichtlineares Schalenelement implementiert, das die genannten Ansätze für große Verformungen und finite Rotationen enthält. Für die Vermeidung von Transversalschublocking wird ein ANS-Ansatz in die Formulierung integriert. Das Kapitel 3 beschreibt die Formulierung dieses SHELL4N-Elementes. Dort werden die Elementmatrizen und deren Aufbau ausführlich dargestellt. Einige numerische Berechnungsbeispiele mit diesem neuen Element werden zur Evaluierung im Kapitel 4 dieser Arbeit dargestellt. KW - Schalenelement KW - FEM KW - anti-locking KW - große Rotationen KW - nichtlinear KW - isoparametrisch KW - assumed-natural-strain KW - ans KW - nonlinear calculation KW - finite element method KW - shell Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-7315 N1 - Der Volltext-Zugang wurde im Zusammenhang mit der Klärung urheberrechtlicher Fragen mit sofortiger Wirkung gesperrt. ER - TY - THES A1 - Wolff, Sebastian T1 - Implementation und Test eines Optimierungsverfahrens zur Loesung nichtlinearer Gleichungen der Strukturmechanik T1 - Implementation and Test of an Optimization Method Solving Nonlinear Equations of Structural Mechanics N2 - In displacement oriented methods of structural mechanics may static and dynamic equilibrium conditions lead to large coupled nonlinear systems of equations. In many cases they are solved iteratively utilizing derivatives of Newton's method. Alternatively, the equations may be expressed in terms of the Karush-Kuhn-Tucker conditions of an optimization problem and, therefore, may be solved using methods of mathematical programming. To begin with, the work deals with the fundamentals of the formulation as optimization problem. In particular, the requirements of material nonlinearity and contact situations are analyzed. Proximately, an algorithm is implemented which utilizes the usually sparse structure of the Hessian matrix, whereby particularly the convergence behaviour is analyzed and adjusted. The implementation was tested using examples from statics and dynamics of large systems. The results are verified considering the accuracy comparing alternative solutions (e.g. explicit methods). The potential areas of application is shown and the efficiency of the method is evaluated. N2 - In weggroeßenorientierten Verfahren der Strukturmechanik fuehren die statischen oder dynamischen Gleichgewichtsbedingungen auf große gekoppelte nichtlineare Gleichungssysteme. In vielen Faellen werden diese Gleichungssysteme iterativ auf der Grundlage des Newton'schen Naeherungsverfahrens gelost. Die Gleichungen koennen alternativ als Karush-Kuhn-Tucker-Bedingungen eines Optimierungsproblems aufgefasst, und daher mit Verfahren der mathematischen Optimierung geloest werden. Die Arbeit beschaeftigt sich zunaechst mit den Grundlagen der Problemformulierung als Optimierungsaufgabe, um dabei speziell die Anforderungen aus Werkstoffnichtlinearitaet und Kontakt untersuchen. In weiterer Folge ist ein Optimierungsalgorithmus innerhalb der Softwareumgebung SLang zu implementieren, der die in der Strukturmechanik typische schwach besetzte Struktur der Hessematrix ausnutzt. Dabei ist insbesondere das Konvergenzverhalten des Algorithmus zu untersuchen und moeglichst gut einzustellen. Die Implementation soll anhand von Beispielen aus der Statik und Dynamik großer Systeme getestet und die Resultate hinsichtlich ihrer Genauigkeit anhand von Alternativloesungen (z.B. aus expliziten Verfahren) verifiziert werden. Die potenziellen Anwendungsgebiete des entwickelten Algorithmus sind aufzuzeigen, und die Effizienz des Verfahrens ist zu bewerten. KW - Nichtlineare Optimierung KW - Nichtlineare Finite-Elemente-Methode KW - Kontaktmechanik KW - Kontaktkraft KW - Dynamik Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-7271 N1 - Der Volltext-Zugang wurde im Zusammenhang mit der Klärung urheberrechtlicher Fragen mit sofortiger Wirkung gesperrt. ER - TY - THES A1 - Most, Thomas T1 - Stochastic crack growth simulation in reinforced concrete structures by means of coupled finite element and meshless methods N2 - The complex failure process of concrete structures can not be described in detail by standard engineering design formulas. The numerical analysis of crack development in concrete is essential for several problems. In the last decades a large number of research groups have dealt with this topic and several models and algorithms were developed. However, most of these methods show some difficulties and are limited to special cases. The goal of this study was to develop an automatic algorithm for the efficient simulation of multiple cracking in plain and reinforced concrete structures of medium size. For this purpose meshless methods were used to describe the growth of crack surfaces. Two meshless interpolation schemes were improved for a simple application. The cracking process of concrete has been modeled using a stable criterion for crack growth in combination with an improved cohesive crack model which can represent the failure process under combined crack opening and crack sliding very well. This crack growth algorithm was extended in order to represent the fluctuations of the concrete properties by enlarging the single-parameter random field concept for multiple correlated material parameters. N2 - Das komplexe Versagensverhalten von Betonstrukturen kann in der Regel nicht mit Standardbemessungsformeln beschrieben werden. Eine detaillierte numerische Analyse der Rissentwicklung in Beton ist für einige Problemstellungen unverzichtbar. In den letzten Jahrzehnten haben sich eine Vielzahl von Forschergruppen mit dieser Thematik aus-einandergesetzt. Dabei wurden verschiedene Modelle und Algorithmen entwickelt. Die meisten dieser Verfahren weisen jedoch verschiedene Probleme auf oder sind nur für Spezialfälle anwendbar. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines automatischen Algorithmus zur effizienten Simulation von mehrfacher Rissentwicklung in Beton- und Stahlbetonstrukturen mittlerer Größe. Dabei wurden netzfreie Verfahren angewendet, um die Änderung der Rissoberflächen abzubilden. Zwei netzfreie Interpolationstypen wurden im Hinblick auf eine unkomplizierte Anwendung angepaßt. Der Versagensprozess des Betons wurde mit Hilfe eines stabilen Risskriteriums in Kombination mit einem erwei-terten kohäsiven Rissmodell abgebildet. Dieses erweiterte Modell kann die Zusammenhänge bei kombinierter Rissöffnung und -gleitung sehr gut wiedergeben. Der entwickelte Algorithmus zur Risssimulation wurde in Hinblick auf eine stochastische Modellierung erweitert. Zu diesem Zweck wurde das Zufallsfeldkonzept für die Abbildung mehrerer untereinander korrelierter Materialparameter ergänzt. T2 - Stochastische Rissfortschrittsberechnung in bewehrten Betonstrukturen unter Kopplung der Finiten Elemente Methode mit netzfreien Verfahren KW - Gitterfreie Methode KW - Stochastik KW - Risssimulation KW - Stahlbeton KW - Meshless method KW - stochastic KW - crack simulation KW - reinforced concrete Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20051219-7623 ER - TY - THES A1 - Ullrich, Carmen T1 - Dynamische Analyse der Sprottetalbrücke N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der dynamischen Analyse der Sprottetalbrücke infolge aufgetretener Asphaltschäden. Sie beinhaltet die Erstellung eines FE-Modells, der Darstellung der theoretischen Grundlagen der Dynamik sowie die Auswertung von berechneten Eigenformen und Asphaltspannungen unter Berücksichtigung der derzeit gültigen Normen. N2 - The diploma thesis contains the dynamic analysis of the roadwaybridge >Sprottetalbrücke< with modelling a FE-structure, presents the principle basics of the dynamic and interprets the results in consider of the presently available regulations in germany. KW - Finite-Elemente-Methode KW - Dynamik KW - Brückenbau KW - Dynamische Analyse KW - Modale Analyse KW - Straßenbrücken KW - Sprottetal KW - Sprottetalbrücke KW - Tragrostbrücke KW - Überfahrt KW - Slang KW - Asphalt KW - Lastwechselzahl Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-7268 N1 - Der Volltext-Zugang wurde im Zusammenhang mit der Klärung urheberrechtlicher Fragen mit sofortiger Wirkung gesperrt. ER - TY - THES A1 - Schrader, Kai T1 - Algorithmische Umsetzung eines elasto-plastischen Kontakt-Materialgesetzes zur Abbildung der Rissflächen-Degradation bei kohäsiven Rissen N2 - Entwicklung eines Algorithmus für ein nichtlineares Materialgesetz für die vollautomatische Rissentwicklungssimulation unter Verwendung der am Institut für Strukturmechanik entwickelten netzfreien Verfahren. In Anlehnung an die Kontinuumsplastizität wird unter Verwendung einer arbeitsbasierten Formulierung mit Kombination der Mode I und Mode IIa Bruchenergien für sensitive Strukturen und eines nicht-assoziierten Fließgesetzes werden die Rissweggrößen (Rissöffnungsweite und Rissgleitungen) iterativ ermittelt. Dadurch ist es möglich, den Dilatanzeffekt sowie die verzahnte Kontaktfläche und die daraus resultierenden erhöhten Schubwiderstände abzubilden. Umsetzung mit Hilfe des sehr effizienten impliziten Closest Point Projection Iterationsverfahren auf Basis einer 3-D Kontaktformulierung (Kontakt-Elemente). 2-D Implementation in die Forschungssoftware SLang des Instituts für Strukturmechanik der Bauhaus-Universität Weimar. Verifikation der Modellcharakteristik mit signifikanten Belastungszuständen. Zwei Anwendungsbeispiele zur Rissfortschrittsberechnung sind unter Verwendung des umgesetzten Materialgesetzes zum Einsatz gekommen. Untersuchungen hinsichtlich der Materialparameter wurden vorgenommen. N2 - In this documentation a general model for combined normal/shear cracking will be presented. Basically it is defined of the normal and shear stresses of a cohesive crack with the corresponding displacements in normal and tangential direction. For the load state there can be considered three cases of loading: pure tension, shear-tension and shear-compression. In the softening state of quasi-brittle materials like concrete there are be mould physical effects like dilatancy by shearing deformations, nevertheless no dilatancy under very high compression can be performed. By this way it is additionally possible to simulate extended roughness at the contact surface besides the coulomb criteria as it exists in real cracking deformations of structures characterized by sensitive material behavior. To enable this goal in context of smeared crack analysis a special feature in combined activating Mode I and Mode II fracture energies (mixed mode cracking) is used. \\ After presenting this model a direct way for implementation as a constitutive law based for interface elements will be realized. Integrating this to the stochastic FE software SLang - The Structural Language some tests for verificating the interface model (by comparing the numerical results with existing experimental data) will be performed as well as discussing the cracking model with regard to practical aspects. KW - Dilatanz KW - Bruchzone KW - Rissbildung KW - plastische Formänderungsarbeit KW - nicht-assoziierte Fließfläche KW - Kontaktformulierung KW - Rissfortschrittsberechnung KW - dilatancy KW - mixed mode cracking KW - mode I KW - mode IIa KW - closest point projection Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-6195 ER - TY - THES A1 - Roos, Dirk T1 - Approximation und Interpolation von Grenzzustandsfunktionen zur Sicherheitsbewertung nichtlinearer Finite-Elemente-Strukturen T1 - Reliability analysis using approximation and interpolation of nonlinear finite element limit state functions N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Berechnung der Sicherheit von Strukturen mit sowohl geometrisch als auch physikalisch nichtlinearem Verhalten. Die Berechnung der Versagenswahrscheinlichkeit einer Struktur mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationsmethoden erfordert, dass die Funktion der Strukturantwort implizit berechnet wird, zum Beispiel durch nichtlineare Strukturanalysen für jede Realisation der Zufallsvariablen. Die Strukturanalysen bilden jedoch den Hauptanteil am Berechnungsaufwand der Zuverlässigkeitsanalyse, so dass die Analyse von realistischen Strukturen mit nichtlinearem Verhalten durch die begrenzten Computer-Ressourcen stark eingeschränkt ist. Die klassischen Antwortflächenverfahren approximieren die Funktion der Strukturantwort oder aber die Grenzzustandsfunktion durch Polynome niedriger Ordnung. Dadurch ist für die Auswertung des Versagens-Kriteriums nur noch von Interesse, ob eine Realisation der Basisvariablen innerhalb oder außerhalb des von der Antwortflächenfunktion gebildeten Raumes liegt - die Strukturanalyse kann dann entfallen. Bei stark nichtlinearen Grenzzustandsfunktionen versagt die polynomiale Approximation. Das directional sampling neigt bei Problemen mit vielen Zufallsvariablen zu einem systematischen Fehler. Das adaptive importance directional sampling dagegen beseitigt diesen Fehler, verschenkt jedoch Informationen über den Verlauf der Grenzzustandsfunktion, da die aufgefundenen Stützstellen aus den vorangegangenen Simulationsläufen nicht berücksichtigt werden können. Aus diesem Grund erscheint eine Kombination beider Simulationsverfahren und eine Interpolation mittels einer Antwortfläche geeignet, diese Probleme zu lösen. Dies war die Motivation für die Entwicklung eines Verfahren der adaptiven Simulation der Einheitsvektoren und anschließender Interpolation der Grenzzustandsfunktion durch eine Antwortflächenfunktion. Dieses Vorgehen stellt besondere Anforderungen an die Antwortflächenfunktion. Diese muss flexibel genug sein, um stark nichtlineare Grenzzustandsfunktionen beliebig genau annähern zu können. Außerdem sollte die Anzahl der verarbeitbaren Stützstellen nicht begrenzt sein. Auch ist zu berücksichtigen, dass die Ermittlung der Stützstellen auf der Grenzzustandsfunktion nicht regelmäßig erfolgt. Die in dieser Arbeit entwickelten Methoden der lokalen Interpolation der Grenzzustandsfunktion durch Normalen-Hyperebenen bzw. sekantialen Hyperebenen und der sowohl lokalen als auch globalen Interpolation durch gewichtete Radien erfüllen diese Anforderungen. ungen. dieser Arbeit entwickelten Methoden der lokalen Interpolation der Grenzzustandsfunktion durch Normalen-Hyperebenen bzw. sekantialen Hyperebenen und der sowohl lokalen als auch globalen Interpolation durch gewichtete Radien erfüllen diese Anforderungen. N2 - The objective is the analysis of the structural reliability of nonlinear finite element systems. Normally, the limit state of a structural system is described implicitly, e.g. through an algorithmic procedure within finite element analysis. Alternatively, the original limit state function can be approximated by a response surface function. One of the major advantages of the response surface method lies in its potential to selectively determine the number of structural analyses of the support points. By such means the computational effort can be substantially reduced. On the other hand, the global approximation schemes widely used in the application of the response surface method can be quite misleading due to the lack of information in certain regions of the random variable space. It is therefore required to avoid such undesirable interpolation errors at reasonable computational effort. The polynomial approximations are not quite flexible. They always need a predefined number of limit state check points in unimportant directions in order to avoid any approximation problems. On this account the maximum number of limit state check points is limited, too. The study presents an approach to polyhedral and weighted modeling of convex and concave failure surfaces intended to provide reasonably accurate estimates of failure probabilities while maintaining computational efficiency. In particular, these response surfaces can be adaptively refined to consistently increase the accuracy of the estimated failure probability. This is achieved by a combination of random search strategies (based on the adaptive directional sampling approach) as well as deterministic search refinement together with local and global interpolation schemes. The main advantage of these methods is their flexibility for the approximation of highly nonlinear limit state functions. In this sense, the proposed methods are very robust and efficient. KW - Tragwerk KW - Nichtlineares System KW - Tragfähigkeit KW - Mechanisches Versagen KW - Zuverlässigkeitstheorie KW - Finite-Elemente-Methode KW - Sicherheit KW - Antwortflächenverfahren KW - structural reliability KW - response surface method KW - finite elements Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040311-745 ER - TY - THES A1 - Ebert, Matthias T1 - Experimentelle und numerische Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Stahlbetontragwerken unter Berücksichtigung stochastischer Eigenschaften N2 - Der Zusammenhang zwischen Schädigung und der Veränderung dynamischer und statischer Eigenschaften von Stahlbetonstrukturen wird untersucht. Auf der einen Seite stehen die statischen Lastversuche in Verbindung mit dynamischen Experimenten an Stahlbetonstrukturen (Platten und Balken). Auf der anderen Seite wird für die Balkenstrukturen ein nichtlineares Stochastisches Finite Elemente Modell entwickelt. Dies berücksichtigt zufällige Material- und Festigkeitseigenschaften durch räumlich korrelierte Zufallsfelder. So werden stochastische Rissentwicklungen für den Stahlbeton simuliert. Für die Berechnungen vieler Realisationen und damit verschiedenartige "Lebensgeschichten" einer Struktur wird als Monte Carlo Methode Latin Hypercube Sampling verwendet. Die Auswertung der Strukturantworten für die Lastgeschichte zeigt den Einfluss der zufälligen Eigenschaften auf die Schädigungsentwicklung. Die Arbeit leistet einen Beitrag zur Bewertung und zum zukünftigen Einsatz dynamischer Untersuchungsmethoden im Bauwesen. N2 - The relation between damage and the changing of dynamic and static properties of R/C structures is investigated. On the one side static experiments in relation with dynamic experiments of R/C structures (plates and beams) are performed. On the other side a nonlinear Stochastic Finite Element Model is developed. The model considers stochastic material and strength properties by spatial correlated random fields. So a random crack evolution for the R/C beams are simulated. As Monte Carlo Method Latin Hypercube Sampling is used to calculate a lot of samples and so various "live histories" of the structure. The evaluation of structure response for the load history indicates the influence of stochastic properties on the damage evolution. The work gives a contribution to the assessment and the use of dynamic investigation methods in the future in civil engineering. KW - Stahlbetonkonstruktion KW - Tragverhalten KW - Stochastische Analysis KW - Dynamische Belastung KW - Nichtlineare Finite-Elemente-Methode KW - Monte-Carlo-Methode KW - reinforced concrete KW - dynamic behavior KW - stochastics KW - nonlinear finite elements KW - Monte Carlo method Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040302-531 ER - TY - THES A1 - Schorling, York T1 - Beitrag zur Stabilitätsuntersuchung von Strukturen mit räumlich korrelierten geometrischen Imperfektionen N2 - Für geometrisch imperfekte Strukturen wird die Versagenswahrscheinlichkeit bezüglich Stabilitätskriterien bestimmt. Eine probabilistische Beschreibung der geometrischen Imperfektionen erfolgt mit skalaren ortsdiskretisierten Zufallsfeldern. Die Stabilitätsberechnungen werden mit der Finite Elemente Methode durchgeführt. Ausgangspunkt der Berechnung ist eine systematische Formulierung probabilistisch gewichteter Imperfektionsformen durch eine Eigenwertzerlegung der Kovarianzmatrix. Wenn mit einer strukturmechanisch orientierten Sensitivitätsanalyse ein Unterraum zur näherungsweisen Beschreibung des probabilistischen Strukturverhaltens gefunden wird, kann die Versagenswahrscheinlichkeit numerisch sehr effizient durch ein Interaktionsmodell bestimmt werden. Es zeigte sich, daß dies genau dann möglich ist, wenn die Beulform merklich im Imperfektionsfeld enthalten ist. Die Imperfektionsform am Bemessungspunkt entspricht dann, unabhängig vom Lastniveau, gerade der Beulform. Wenn die Beulform im Imperfektionsfeld einen untergeordneten Beitrag liefert, erscheint eine Reduktion des stochastischen Problems auf wenige Zufallsvariablen dagegen nicht möglich. N2 - The thesis presents a concept for reliability analysis of geometrical imperfect structures with respect to static stability criteria. The geometrical imperfections are modeled as Gaussian random fields. The structural analysis is based on the Finite Element Method. A spectral decomposition of the covariance matrix, enables to formulate independent probabilistically weighted imperfections shapes, which may be analyzed by means of structural mechanics. Reliability calculations with procedures such as the response surface method require the reduction of the random variable space. Examples proved that a suitable definition of a subspace of the random variable space is possible, if the buckling shapes are sufficiently included in the random field. In this case the imperfection shape is-independent of the load level-identical to the buckling shape. In contrast if the buckling shapes are not included in the random field, the structure shows a wide banded behavior. Consequently a reduction of the variable space and the application of an interaction models is then not feasible for the determination of the failure probabilty. KW - Tragwerk KW - Formabweichung KW - Stabilität KW - Beulung KW - Zuverlässigkeit KW - Finite-Elemente-Methode KW - Imperfektion KW - Berechnung KW - Stochastik KW - Zufallsfeld Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040216-317 ER - TY - THES A1 - Bayer, Veit T1 - Zur Zuverlässigkeitsbeurteilung von Baukonstruktionen unter dynamischen Einwirkungen T1 - On the reliability assessment of building structures subjected to dynamic excitation N2 - Die Arbeit befaßt sich mit varianzmindernden Verfahren zur Monte Carlo Simulation von stochastischen Prozessen, zum Zweck der Zuverlässigkeitsbeurteilung von Baukonstruktionen mit nichtlinearem Systemverhalten. Kap. 2 ist eine Literaturstudie zu varianzmindernden Monte Carlo Methoden. In Kap. 3 wird die Spektrale Darstellung eines stationären, skalaren Gauß - Prozesses hergeleitet. Auf dieser Grundlage werden verschiedene Simulationsmodelle diskutiert. Das in Kap. 4 entwickelte varianzmindernde Simulationsverfahren basiert auf der Spektralen Darstellung. Nach einer ersten Pilotsimulation werden die Frequenzen für die Einführung zufälliger Amplituden bestimmt und deren Parameter angepaßt. Der zweite Lauf erfolgt mit diesen Parametern nach dem Prinzip des Importance Sampling. Das Verfahren wird in Kap. 5 für eine Brücke unter Erdbebenbelastung angewendet. Die Brücke ist mit sog. Hysteretic Devices zur Energiedissipation ausgerüstet. Es werden einerseits die Genauigkeit und Effizienz des Simulationsverfahrens, andererseits die Leistungsfähigkeit der Hysteretic Devices zur Erdbebenertüchtigung von Bauwerken demonstriert. N2 - Main topic is the development of variance–reducing Monte Carlo methods, for the purpose of reliability analyses of engineering structures with nonlinear behaviour. Ch. 2 is a literature survey on variance-reducing Monte Carlo methods. The Spectral Representation of a scalar, stationary Gaussian process is derived in ch. 3. On this basis, two popular simulation methods are discussed. The variance-reducing simulation concept developed in ch. 4 is based on the Spectral Representation. After a first pilot simulation, the frequencies are selected for introduction of amplitudes as random variables. In addition, the parameters of the amplitudes are adapted. This is the basis for the second simulation following the Importance Sampling principle. This simulation concept is utilized for reliability analysis of a bridge subjected to earthquake excitation in ch. 5. The bridge is equipped with Hysteretic Devices for dissipation of energy. The example demonstrates, on one hand, the accuracy and efficiency of the developed simulation method. On the other hand, the effectiveness of Hysteretic Devices for earthquake protection of building structures becomes evident. KW - Baukonstruktion KW - Dynamische Belastung KW - Zuverlässigkeit KW - Sicherheitstheorie KW - Erdbeben KW - Probabilistik KW - Brücke KW - Monte-Carlo Simulation KW - reliability assessment KW - earthquake KW - probabilistics KW - bridge KW - Monte Carlo simulation Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040205-215 ER - TY - THES A1 - Zabel, Volkmar T1 - Anwendungen der Wavelet-Transformation in der Systemidentifikation T1 - Applications of Wavelet Analysis in System Identification N2 - Die meisten traditionellen Methoden der Systemidentifikation beruhen auf der Abbildung der Meßwerte entweder im Zeit- oder im Frequenzbereich. In jüngerer Zeit wurden im Zusammenhang mit der Systemidentifikation Verfahren entwicklet, die auf der Anwendung der Wavelet-Transformation beruhen. Das Ziel dieser Arbeit war, einen Algorithmus zu entwickeln, der die Identifikation von Parametern eines Finite-Elemente-Modells, das ein experimentell untersuchtes mechanisches System beschreibt, ermöglicht. Es wurde eine Methode erarbeitet, mit deren Hilfe die gesuchten Parameter durch Lösen eines Systems von Bewegungsgleichungen im Zeit-Skalen-Bereich ermittelt werden. Durch die Anwendung dieser Darstellung können Probleme, die durch Rauschanteile in den Meßdaten entstehen, reduziert werden. Die Ergebnisse numerischer Simulation und einer experimentellen Studie bestätigen die Vorteile einer Anwendung der Wavelet-Transformation in der vorgeschlagenen Weise. ... N2 - Most traditional methods in system identification are based on the analysis of measured data in either the time or frequency domain. In recent years some procedures were developed that apply wavelet analysis in the context of system identification. The purpose of this study was to develop an algorithm that allows for identifying the parameters of a finite element model that describes a tested mechanical system. A method has been derived that determines the desired parameters by solving a system of equations of motion in the time-scale domain. ... KW - Wavelet KW - Systemidentifikation KW - Verbindungskoeffizienten KW - Schädigungsindikator KW - Dynamik KW - Strukturdynamik KW - wavelet KW - system identification KW - connection coefficients KW - damage indicator KW - dynamics Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040202-66 ER - TY - THES A1 - Huth, Olaf T1 - Ein adaptiertes Polyreferenz-Verfahren und seine Anwendung in der Systemidentifikation T1 - An adapted Polyreferenz procedure and its application in the system identification N2 - Die vorliegende Arbeit gliedert sich in das Gebiet der Systemidentifikation ein. Besonderes Augenmerk wird auf die Detektion, die Lokalisierung und die Quantifizierung von Systemveränderungen gerichtet. Für diese Ziele werden -basierend auf Schwingungsmessungen- modale Parameter sowie Ein- und Ausgangsgrößen im Frequenzbereich extrahiert. Die in dieser Arbeit entwickelte Adaption des Polyreferenz-Verfahrens beruht auf einer veränderten Bestimmung der Fundamentalmatrix mit Hilfe der verallgemeinerten Singulärwertzerlegung. Eine Vorfilterung, die eine Reduktion der Frequenzanteile im Signal bewirkt, ist dabei Voraussetzung. Diese basiert auf dem Einsatz rekursiver Filtertechiken und der einfachen Singulärwertzerlegung. Als Resultat können modale Parameter auch im Falle, wenn eng benachbarte und verrauschte Signalanteile vorliegen oder nur wenige Mess- und Anregungspunkte zur Verfügung stehen, präzise bestimmt und damit auch sehr geringe Syemveränderungen detektiert werden. Die mit dem adaptierten Polyreferenz-Verfahren extrahierten modalen Parameter werden in der Lokalisierung von Systemveränderungen eingesetzt. Zur Bestimmung modaler Parameter auch an realen Bauwerken wird die Konstruktion eines Impulshammers vorgestellt. Besonderes Gewicht wird dabei auf die Gestaltung des Erregerkraftspektrums gelegt. Die Arbeit enthält eine mögliche Vorgehensweise zum Abgleich von Finite-Elemente Modellen. In vielen praxisnahen Fällen sind weit weniger modale Parameter vorhanden, als freie, zum Abgleich bestimmte Parameter gesucht werden. Das Gleichungssystem ist schlechtgestellt und benötigt eine Regularisierung. Eine andere Möglichkeit zur Korrektur von Rechenmodellen bietet das Projektive Eingangsgrößenverfahren, das auf der Basis unvollständig gemessener Ein- und Ausgangsgrößen arbeitet. In einer Versagenswahrscheinlichkeitsstudie wird die Robustheit des Verfahrens gegenüber! Rauscheinflüssen untersucht N2 - This PhD thesis is related to the field of system identificaton focusing on detection of occurence, localisation and amount assessment of damage. This is done as well by extraction of modal parameters as input- and output residuals from vibration measurements. The presented work describes a developed adaption of the polyreference-procedure. It is based on a determination of the fundamental matrix by using the generalized singular value decomposition. A pre-filtering of the time series which kept the signals in a narrow frequenvy band higly supports this application. Two kinds of filter techniques can be combined: The classical way of recursive filter technique and the tool of the singular value decomposition. Therefore, modal parameters can be determined precisley in different cases if the data are strongly corrupted by noise, only few measuring- and excitation points are available, close-spa! ced frequency parts appear in the signal. This facts allow the detection of small structural changes in dynamic systems. The modal parameters extracted by the adapted polyreference-procedure are applied to localise the damage. For the extraction of modal parameters on real structures the construction of an impact hammer is presented with particular respect to the configuration of the excitation spectra. This work contains a possible way for a finite element model updating. In many relevant cases, if much more free parameters are searched than modal parameters are available, this problem is ill-posed and needs regularisation. The Projective Input Residual Method (PIRM) follows another way to correct computational models. It is operational on the extraction of input- and output residuals. Within a reliability study the robustness of the PIRM against noise influences is investigated. KW - Systemidentifikation KW - Bauwerk KW - Dynamische Belastung KW - Technische Überwachung KW - Langzeitverhalten KW - Modale Parameter KW - Schadensdiagnose KW - Schadensanalyse KW - Strukturdynamik KW - structural dynamics KW - system identification KW - modal parameters KW - fault diagnosis Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040202-34 ER -