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We propose a new approach to the numerical solution of quasi-static elastic-plastic problems based on the Moreau-Yosida theorem. After the time discretization, the problem is expressed as an energy minimization problem for unknown displacement and plastic strain fields. The dependency of the minimization functional on the displacement is smooth whereas the dependency on the plastic strain is non-smooth. Besides, there exists an explicit formula, how to calculate the plastic strain from a given displacement field. This allows us to reformulate the original problem as a minimization problem in the displacement only. Using the Moreau-Yosida theorem from the convex analysis, the minimization functional in the displacements turns out to be Frechet-differentiable, although the hidden dependency on the plastic strain is non-differentiable. The seconds derivative exists everywhere apart from the elastic-plastic interface dividing elastic and plastic zones of the continuum. This motivates to implement a Newton-like method, which converges super-linearly as can be observed in our numerical experiments.
Die meisten Insolvenzen in Deutschland kommen aus der Bauindustrie. Die Gründe hierfür sind vielschichtig, jedoch kann mittels eines modern ausgerichteten M-I-S und Baustellen-Controllings frühzeitig erkannt werden, wie sich die Baustellenergebnisse entwickeln. Hierzu ist es notwendig, dass die Arbeitskalkulation ständig auf dem Laufenden gehalten wird. Nur wenn dies geschieht, sind monatliche Soll-/ Ist-Vergleiche und eine Betrachtung der cost-to-complete möglich und sinnvoll. Eine monatlich rollierende Prognose des Baustellenergebnisses zum Bauende ermöglicht, dass gravierende Veränderungen des Ergebnisses umgehend aufgedeckt werden. Nur in Kenntnis dieser Entwicklungen kann das Management frühzeitig (im Sinne eines Frühwarnsystems) agieren und Steuerungsmaßnahmen ergreifen. Die Ergebnisprognose zum Bauende ist allein als Steuerungsinstrument nicht ausreichend. Die Finanzsituation der Baustelle muß auch regelmäßig geprüft werden, d.h. der Leistungsstand mit der Rechnungsstellung an den Bauherren abgeglichen sowie die unbezahlten Rechnungen des Bauherren überprüft werden. Das beste Prognoseergebnis ist wertlos, wenn der Bauherr seine bezogenen Leistungen nicht vergütet. Die wirtschaftlichen Daten stehen den Verantwortlichen online im Baustellen-Informations-System (B-I-S) zur Verfügung. Ein Ampelsystem verdeutlicht die wirtschaftliche Lage der Baustelle.
This research focuses on the Case-based Reasoning paradigm in architectural design (CBD) and education. Initial point for further exploring this only seemingly comprehensive investigated field of research constitutes the finding that promising looking concepts exist but that they do not play a role in daily routine of designing architects or in university education. In search of reasons for this limited success a critical review of the CBR approach to architectural education and design was performed. The aim was to identify gaps in the CBD research and to discover potential fields of research within CBR research in architectural education and design to improve acceptance and practical suitability. Two major shortcomings could be identified. In the first place the way retrieval mechanisms of systems under investigation relate to the needs of architectural designers and students. At second: Successful CBD systems rely on the work of third-parties in sharing their experiences with others and filling the databases with relevant cases. Therefore two questions remain unanswered: The question of which projects become part of the database and how get existing projects not only described but evaluated. This is an essential task and prerequisite to meet the requirements of the underlying theory of CBR.
In civil engineering practice, values of column forces are often required before any detailed analysis of the structure has been performed. One of the reasons for this arises from the fast-tracked nature of the majority of construction projects: foundations are laid and base columns constructed whilst analysis and design are still in progress. A need for quick results when feasibility studies are performed or when evaluating the effect of design changes on supporting columns form other situations in which column forces are required, but where a detailed analysis to get these forces seems superfluous. Thus it was concluded that the development of an efficient tool for column force calculations, in which the extensive input required in a finite element analysis is to be avoided, would be highly beneficial. The automation of the process is achieved by making use of a Voronoi diagram. The Voronoi diagram is used a) for subdividing the floor into influence areas and b) as a basis for automatic load assignment. The implemented procedure is integrated into a CAD system in which the relevant geometric information of the floor, i.e. its shape and column layout, can be defined or uploaded. A brief description of the implementation is included. Some comparative results and considerations regarding the continuation of the study are given.
Hinsichtlich der Integration einzelner Bauwerkslebensphasen und der verschiedenen Beteiligten, insbesondere innerhalb von Bauplanungs- und Revitalisierungsprozessen, bestehen aktuell entscheidende Defizite. Die generelle Zielstellung der in diesem Beitrag vorgestellten Forschungsarbeiten besteht in der Unterstützung und Verbesserung der Integration durch die disziplin- und lebensphasenübergreifende Bereitstellung sämtlicher bauwerksbezogener Informationen. Dies erfordert einerseits geeignete Ansätze zur Modellierung und Integration der vielfältigen disziplinspezifischen Daten, andererseits geeignete Lösungen, die einen globalen Zugriff, Navigation und Recherche im Gesamtdatenbestand ermöglichen. Die Modellierung und Verwaltung bauwerksbezogener Daten ist seit längerem Gegenstand diverser Forschungsarbeiten. Im Rahmen des SFB 524 wurde ein eigener Ansatz basierend auf einem laufzeitdynamischen Partialmodellverbund entwickelt. Dieser wird in den wesentlichen Grundzügen anderen Ansätzen gegenübergestellt. Den Schwerpunkt dieses Beitrags bildet jedoch die Entwicklung einer geeigneten flexiblen Navigations- und Rechercheschicht zu Realisierung projektglobaler Informationsrecherche. Aus der Sicht der Modellierung und Datenverwaltung wie auch aus der Sicht der Informationsrecherche und Informationspräsentation in Planungsprozessen ergeben sich verschiedene Anforderungen an derartige Recherchewerkzeuge, wobei der wesentlichste Grundsatz maximale Flexibilität hinsichtlich verfügbarer Darstellungstechniken und deren freie Kombination mit Techniken formaler Suchanfragen ist. Das entwickelte Systemkonzept basiert auf einem Framework, welches verschiedene Grundtypen von Recherchemodulen und deren Interaktionsprinzipien vorgibt. Einzelne Recherchemodule werden als Ausprägungen dieser Modultypen realisiert und können je nach Bedarf laufzeitdynamisch in die Navigationsschicht integriert werden. Die technische Realisierung des Systems erfolgt im Umfeld vorhandener Prototypen aus vorangegangenen Forschungsaktivitäten. Dieses technische Umfeld gibt verschiedene Rahmenbedingungen vor, welche im Vorfeld prototypischer Implementierungen verschiedene Adaptionen des generellen Systemkonzepts notwendig machen. Der vorliegende Beitrag stellt den aktuellen Entwicklungsstand der Systemlösung aus konzeptioneller und technischer Sicht sowie erste prototypische Realisierungen von Recherchemodulen vor.
Prozesse im Bauingenieurwesen sind komplex und beinhalten eine große Anzahl verschiedener Aufgaben mit vielen logischen Abhängigkeiten. Basierend auf diesen projektspezifischen Abhängigkeiten wird gewöhnlich ein Bauablaufplan manuell erstellt. In der Regel existieren mehrere Varianten und somit alternative Bauabläufe um ein Projekt zu realisieren. Welche dieser Ausführungsvarianten zur praktischen Anwendung kommt, wird durch den jeweiligen Projektmanager bestimmt. Falls Ä;nderungen oder Störungen während des Bauablaufs auftreten, müssen die davon betroffenen Aufgaben und Abläufe per Hand modifiziert und alternative Aufgaben sowie Abläufe stattdessen ausgeführt werden. Diese Vorgehensweise ist oft sehr aufwändig und teuer. Aktuelle Forschungsansätze beschäftigen sich mit der automatischen Generierung von Bauabläufen. Grundlage sind dabei Aufgaben mit ihren erforderlichen Voraussetzungen und erzeugten Ergebnissen. Im Rahmen dieses Beitrags wird eine Methodik vorgestellt, um Bauabläufe mit Ausführungsvarianten in Form von Workflow-Netzen zu jeder Zeit berechnen zu können. Die vorgestellte Methode wird anhand eines Beispiels aus dem Straßenbau schematisch dargestellt.
In this paper we study the structure of the solutions to higher dimensional Dirac type equations generalizing the known λ-hyperholomorphic functions, where λ is a complex parameter. The structure of the solutions to the system of partial differential equations (D- λ) f=0 show a close connection with Bessel functions of first kind with complex argument. The more general system of partial differential equations that is considered in this paper combines Dirac and Euler operators and emphasizes the role of the Bessel functions. However, contrary to the simplest case, one gets now Bessel functions of any arbitrary complex order.
Car following models are used to describe the behavior of a number of cars on the road dependent on the distance to the car in front. We introduce a system of ordinary differential equations and perform a theoretical and numerical analysis in order to find solutions that reflect various traffic situations. We present three different variations of the model motivated by reality.
Image processing has been much inspired by the human vision, in particular with regard to early vision. The latter refers to the earliest stage of visual processing responsible for the measurement of local structures such as points, lines, edges and textures in order to facilitate subsequent interpretation of these structures in higher stages (known as high level vision) of the human visual system. This low level visual computation is carried out by cells of the primary visual cortex. The receptive field profiles of these cells can be interpreted as the impulse responses of the cells, which are then considered as filters. According to the Gaussian derivative theory, the receptive field profiles of the human visual system can be approximated quite well by derivatives of Gaussians. Two mathematical models suggested for these receptive field profiles are on the one hand the Gabor model and on the other hand the Hermite model which is based on analysis filters of the Hermite transform. The Hermite filters are derivatives of Gaussians, while Gabor filters, which are defined as harmonic modulations of Gaussians, provide a good approximation to these derivatives. It is important to note that, even if the Gabor model is more widely used than the Hermite model, the latter offers some advantages like being an orthogonal basis and having better match to experimental physiological data. In our earlier research both filter models, Gabor and Hermite, have been developed in the framework of Clifford analysis. Clifford analysis offers a direct, elegant and powerful generalization to higher dimension of the theory of holomorphic functions in the complex plane. In this paper we expose the construction of the Hermite and Gabor filters, both in the classical and in the Clifford analysis framework. We also generalize the concept of complex Gaussian derivative filters to the Clifford analysis setting. Moreover, we present further properties of the Clifford-Gabor filters, such as their relationship with other types of Gabor filters and their localization in the spatial and in the frequency domain formalized by the uncertainty principle.
Reasonably accurate cost estimation of the structural system is quite desirable at the early stages of the design process of a construction project. However, the numerous interactions among the many cost-variables make the prediction difficult. Artificial neural networks (ANN) and case-based reasoning (CBR) are reported to overcome this difficulty. This paper presents a comparison of CBR and ANN augmented by genetic algorithms (GA) conducted by using spreadsheet simulations. GA was used to determine the optimum weights for the ANN and CBR models. The cost data of twenty-nine actual cases of residential building projects were used as an example application. Two different sets of cases were randomly selected from the data set for training and testing purposes. Prediction rates of 84% in the GA/CBR study and 89% in the GA/ANN study were obtained. The advantages and disadvantages of the two approaches are discussed in the light of the experiments and the findings. It appears that GA/ANN is a more suitable model for this example of cost estimation where the prediction of numerical values is required and only a limited number of cases exist. The integration of GA into CBR and ANN in a spreadsheet format is likely to improve the prediction rates.