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Die Komplexität des Schweißprozesses und das Verhalten der Werkstoffe infolge des Energieeintrages erfordern eine umfassende Betrachtungsweise. Die Entwicklung von numerischen Modellen und Methoden in den letzten 50 Jahren ermöglicht die Simulation, Analyse und Optimierung von Schweißverbindungen hinsichtlich Temperatur, Gefügestruktur und Eigenspannungen. Eine Differenzierung der Schweißsimulation in Prozess-, Werkstoff- und Struktursimulation gestattet eine gezielte Untersuchung von einzelnen Aspekten. Diese Unterteilung erfordert zum Teil eine starke Abstraktion und Idealisierung der Realität durch geeignete Annahmen und Randbedingungen, die von der zu untersuchenden Fragestellung abhängen. Dadurch wird eine Kalibrierung und Verifikation der Modelle mit Versuchsergebnissen notwendig. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen beschäftigen sich mit wichtigen Fragestellungen hinsichtlich der numerischen Simulation und experimentellen Untersuchung des Temperaturfeldes sowie des Gefüge- und Eigenspannungszustandes von MAG-Schweißverfahren an den Werkstoffen Feinkornbaustahl und Duplex-Stahl, CO2-Laserstrahlschweißverfahren am Werkstoff Quarzglas, Trennprozessen von Proben, WIG-Nachbehandlungsverfahren. Hinsichtlich der Naht- und Stoßarten orientierte sich die Arbeit an baupraktisch relevanten Schweißverbindungen sowie Besonderheiten, die sich aus Schweißprozessen und unterschiedlichen Werkstoffen ergeben. Eine Interpretation der numerisch und experimentell ermittelten Ergebnisse ermöglicht die Ableitung von allgemeingültigen Erkenntnissen zur Ausbildung des Temperaturfeldes, Entstehung von Gefügestrukturen und Eigenspannungen. Voraussetzungen für eine realitätsnahe Schweißsimulation zur Bestimmung von Temperatur, Gefügeanteil und Eigenspannung sind neben den Geometriemodellen geeignete numerische Modelle für die Einkopplung der Energie aus dem Schweißprozess und für die Abgabe der Energie durch Konvektion und Strahlung an die Umgebung, zur Beschreibung des thermischen und mechanischen Werkstoffverhaltens im Bereich von Raumtemperatur bis zur Schmelztemperatur.
Die Simulation ist vor allem in der Forschung und Wissenschaft ein bekanntes Ver-fahren zur Untersuchung von dynamischen Prozessen. Fachgebiete wie u.a. die Medizin und Biologie, das Verkehrswesen, die Automobilindustrie, die Meteorologie und die Fertigungstechnik gewinnen neue Erkenntnisse aus dem Einsatz derartiger Analyseverfahren. Gründe für die Anwendung von Computersimulationen erstrecken sich von finanziellen und zeitlichen Aspekten über eine Risikoverringerung bis hin zu einer vereinfachten Vorgehensweise. Nicht in allen Bereichen aber werden die viel-seitigen Vorteile von Simulationsmethoden genutzt. In der Baubranche wird Simulation derzeit nur ansatzweise eingesetzt. Doch vor al-lem Baustellen bieten durch den zunehmenden Kosten- und Termindruck sowie viel-seitige andere Einflüsse eine gute Basis für die Anwendung von Simulationsmetho-den. Der Bauablauf kann dadurch besser kontrolliert und gesteuert werden. In der Planungsphase von Bauprojekten wird Simulation bereits in Grundzügen für die Op-timierung von Bauablauf- und Logistikprozessen genutzt. Allerdings ist besonders die Ausführungsphase durch Störungen und Änderungen geprägt, sodass hier Simu-lationsmethoden noch effektiver eingesetzt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Einsatzmöglichkeiten von Simulationsmethoden für die Optimierung des Termincontrollings untersucht werden. Durch das Aufzeigen verschiedener Methoden sowie einem Vergleich über ihre Vor- und Nachteile wird herausgefiltert, welches Simulationswerkzeug am effektivsten im Termincontrolling eingesetzt werden kann. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die Modellierung eines Beispielprozesses anhand eines ausgewählten Simulationsverfahrens. Die Herstellung einer Brückenkappe wird in diesem Zusammenhang umfangreich dargestellt und analysiert. Eventuelle Zwangspunkte bei der Umsetzung und verschiedene Lösungsmöglichkeiten werden aufgezeigt.
In der vorliegenden Arbeit werden die experimentellen Ergebnisse eigener Untersuchungen an unbewehrtem und bewehrtem polymermodifiziertem Beton unter mehrfach wiederholter Druck- und Zugbeanspruchung vorgestellt und mit den Ergebnissen ähnlicher Versuche an Normalbeton und hochfestem Beton verglichen. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei dem Formänderungsverhalten, der Steifigkeitsdegradation und der Energiedissipation sowie dem Kriechverhalten und der Mitwirkung des Betons zwischen den Rissen gewidmet. Die beobachtete signifikante Steifigkeitsdegradation sowie der ausgeprägt nichtlineare Zusammenhang zwischen der viskosen Verformung und der elastischen Stauchung zeigen, dass bei der Analyse der Kriech¬aus¬wirkungen des polymermodifizierten Betons auf das Tragverhalten entsprechender Kon¬struktionen neben den Gebrauchslasten auch die während der Lastgeschichte aufgetretenen maximalen Beanspruchungssituationen sowie die damit verbundenen Strukturveränderungen zu berücksichtigen sind. Auf der Basis der Versuchsergebnisse und der visko-elastisch-plastischen Kontinuumsschädigungstheorie werden rheologische Modelle zur Beschreibung des zeit- und beanspruchungsabhängigen Tragverhaltens von Betonbauteile vorgeschlagen. Die numerische Umsetzung der vorgeschlagenen Modelle erfolgt unter Berücksichtigung des zeitabhängigen Materialverhaltens des Betons auf der Basis des HAMILTON-Prinzips unter Vernachlässigung der Trägheitskräfte. Durch eine zeitliche Diskretisierung kann die Problembeschreibung auf das Prinzip von LAGRANGE vom Minimum des Gesamtpotentials zurückgeführt und als nichtlineare Optimierungsaufgabe formuliert werden. Die Simulation des beanspruchungsabhängigen Tragverhaltens von Stahlbetonverbundquerschnitten verdeutlicht die Qualität und Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen Modellbildung.
In der Arbeit wird ein räumliches Materialmodell für den anisotropen Werkstoff Holz vorgestellt. Dessen Leistungsfähigkeit wird durch Verifikationsrechnungen und die Simulation eigener Versuche aufgezeigt. In diesen Versuchen wurde das Tragverhalten spezieller Schubverbindungselemente der Brettstapel-Beton-Verbundbauweise untersucht. Die Kombination eines Brettstapels mit einer schubfest angeschlossenen Betonplatte ist eine vorteilhafte Möglichkeit, Schnittholz mit geringem Querschnitt effektiv in biegebeanspruchten Bauteilen einzusetzen. Es werden die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen zu den Schubverbindungselementen Flachstahlschloss und Nutverbindung vorgestellt. Diese zeichnen sich durch eine über die gesamte Plattenbreite kontinuierliche Übertragung der Schubkraft per Kontaktpressung aus. Vor allem in Brettstapel-Beton-Verbunddecken werden somit ein sehr hoher Verschiebungsmodul sowie eine eminente Tragfähigkeit erreicht. Um mit numerischen Strukturanalysen die in den Versuchen beobachteten Versagensmechanismen adäquat abbilden und realistische Prognosen für das Tragverhalten von Bauteilen oder Verbindungen treffen zu können, muss das physikalisch nichtlineare Verhalten aller beteiligter Baustoffe in die Berechnungen einbezogen werden. Im Rahmen der Dissertation wurde ein auf der Plastizitätstheorie basierendes Materialmodell für Nadelholz hergeleitet und in das FE-Programm ANSYS implementiert, welches die Mikrostruktur des Holzes als verschmierendes Ersatzkontinuum erfasst. Anhand des anatomischen Aufbaus des inhomogenen, anisotropen und porigen Werkstoffs werden die holzspezifischen Versagensmechanismen und die daraus abgeleiteten konstitutiven Beziehungen erläutert. Das ausgeprägt anisotrope Tragverhalten von Holz ist vor allem durch erstaunliche Duktilität bei Stauchung, sprödes Versagen bei Zug- und Schubbeanspruchung und enorme Festigkeitsunterschiede in den Wuchsrichtungen gekennzeichnet. Die Auswirkungen der größtenteils unabhängig voneinander auftretenden, mikromechanischen Versagensmechanismen auf die Spannungs-Verformungsbeziehungen wurden durch die Formulierung adäquater Ver- resp. Entfestigungsfunktionen in Abhängigkeit der Beanspruchungsmodi erfasst. Das dem Materialmodell zu Grunde liegende mehrflächige Fließkriterium berücksichtigt die Interaktion aller sechs Komponenten des räumlichen Spannungszustandes. Die durchgeführten Verifikations- und Simulationsberechnungen belegen, dass der erarbeitete Ansatz sowohl zur Bewertung des Tragvermögens als auch zur Beurteilung von Riss- bzw. Schädigungsursachen von Holzbauteilen eingesetzt werden kann. Die numerische Simulation eröffnet neue, bisher wenig beachtete Möglichkeiten zur Untersuchung komplexer Holzstrukturen sowie Anschlussdetails und wird sich auf Grund der Aussagekraft und Flexibilität auch im Ingenieurholzbau mehr und mehr gegenüber ausschließlich experimenteller Untersuchung durchsetzen.
Bestimmungen und Anforderungen an den Entwurf von Baustelleneinrichtungen (BE), Kraneinsatzplan als Bestandteil der BE, planungstechnische Aspekte, Untersuchung von CAD-Anwendungen für die Planung von Baustelleneinrichtungen, Entwicklung eines Kraneinsatzplaners, Sicherheitsaspekte bei der Planung von Baukraneinsätzen. Es zeigte sich, dass gerade die Forderung der Betrachtung kausaler und räumlicher Abhängigkeiten mit den in der Praxis angewandten Planungswerkzeugen nicht oder nur eingeschränkt realisierbar ist. Mit dem Programm >EasyCrane TK< wird eine Möglichkeit aufgezeigt, die Erstellung von Kraneinsatzplänen effizienter und für die Umsetzung auf der Baustelle sicherer zu gestalten.
Der architektonische Raum wird als ein Medium der Kommunikation im Kontext der >neuen< Medien begriffen, aus der Erkenntnis, dass er schon immer ein Medium war und aus einer komplexen Medienstruktur in Abhängigkeit von anderen Medien besteht. Im Prozess von Handlung und Kommunikation ist der architektonische Raum das Medium, das räumliche Nähe von Individuen über alle Sinne und das Bewusstsein gleichzeitig intensiv ermöglicht. Der architektonische Raum als immersives Kommunikationsmedium erreicht im Zeitalter der >neuen< Medien eine neue Dimension, indem mehr und andere Wirklichkeitsalternativen der Kommunikation zur Verfügung stehen. N. Luhmann folgend, wird die Architektur aus der Sicht der Form/Medium-Differenz systemtheoretisch als strukturierter Möglichkeitsraum betrachtet. Der Raum ist das Medium für Formen des architektonischen Raumes, in dem Architektur überhaupt erst wirksam wird. Umgekehrt sind die Formen des architektonischen Raumes Medien für die Wahrnehmung einer Vielzahl von räumlichen Wirklichkeiten. Eine Fassade aus Stein oder Glas ist gebaute Form und kann als Medium Information kommunizieren. Medien werden ihrer Bestimmung um so besser gerecht, je mehr sie sich der Aufmerksamkeit entziehen und wie transparente Fenster hinter der Oberfläche der sinnlichen Wahrnehmung zurücktreten. Als >unwahrnehmbares< Medium ist der architektonische Raum damit eine hintergründige >Wirkungsmacht<, eine Bühne für die Entfaltung von Wirkung, Atmosphäre und Bewegung. Seine physische Wirklichkeit war schon immer durch virtuelle Wirklichkeiten oder Realitäten entgrenzt, die durch Techniken und Technologien der Simulation als künstliche Welten wahrnehmbar und kommunizierbar werden. Dies kann an tradierten Beispielen der gotischen Kathedrale, dem Panorama, den panoptischen Räumen, dem Theater, Kino oder den kontinuierlichen Räumen von der Moderne bis heute aufgezeigt weren. Virtuelle Räume gotischer Glasbilder oder barocker Decken- und Wandbilder im Medium des architektonischen Raumes sind uns geläufig. Die Immersion, das Eintauchen in diese virtuellen Wirklichkeitsspären löst die Wahrnehmung der eigenen körperlichen Präsenz in ihnen aus. Das Potential des virtuellen Raumes der Architektur besteht im Vergleich zu anderen virtuellen Realitäten von Text, Bild oder digitalen Medien in seiner Gebundenheit an die physische, räumliche Reizstruktur, der er die Eindringlichkeit und Komplexität seiner Wirkung verdankt. Es werden unterschiedliche Wechselwirkungen und gemeinsame Entwicklungen von zeitgenössischen Beispielen der Architektur mit den >neuen< Medien aufgezeigt. In der »sensitiven Wand« wird die physische Raumgrenze durch die Integration neuer Techniken und Technologien digitaler, elektronischer Medien etwas extrem Flexibles und Formbares in Interaktion mit dem Benutzer. Der H2O Pavillon (Oosterhuis und NOX, 1997) ist ein Beispiel dafür. Der ausgeprägt polysensorische Immersionsraum steht für die Einheit von digitaler und architektonischer Simulation. Die metaphorische Welt von Höhle und Quelle des Thermalbades Vals (P.Zumthor, 1996) ist die räumliche Reflexion auf die metaphorische Struktur virtueller Räume der >neuen< Medien. Die simulierte Wirklichkeit in den Medien Wasser, Stein und architektonischer Raum produziert schöpferisch den polysensorischen immersiven Zugang in die virtuellen Welten >authentischer< physischer Umgebung. Das >Sichtbare< im Medium Raum der Architektur ist ohne das >Unsichtbare< nicht zu begreifen bzw. das sinnlich Wahrnehmbare nicht ohne das Unwahrnehmbare. Das Erkennen dieser Relation von Form und Medium ermöglicht die Formulierung des neuen Begriffes des medialen Raumes der Architektur, der zur Basis für eine Medientheorie der Architektur wird, als Sichtweise der Entgrenzung des physischen Raumes durch den virtuellen Raum für die subjektive Wahrnehmung, Handlung und Kommunikation.
Individual views on a building product of people involved in the design process imply different models for planning and calculation. In order to interpret these geometrical, topological and semantical data of a building model we identify a structural component graph, a graph of room faces, a room graph and a relational object graph as aids and we explain algorithms to derive these relations. The application of the technique presented is demonstrated by the analysis and discretization of a sample model in the scope of building energy simulation.
Physically Based Modeling and Multi-Physical Simulation System for Wood Structure Fire Performance
(2004)
This research is devoted to promoting the performance-based engineering in wood structure fire. It looks into the characteristic of the material, structural composing and collapse detecting to find out the main factors in the wood structure collapse in fire. The aim of the research is to provide an automatic simulation platform for the complicated circulation. A physically based model for slim member for beams and columns and a frame of multi-physical simulation are provided to implement the system. The physically based model contains material model, structural mechanics model, material mechanics model, as well as geometry model for the compositive simulation. The multi-physical simulation is built on the model and has the capacity to carry out a simulation combining structural, fire (thermal, CFD) and material degradation simulation. The structural and fire simulation rely on two sophisticated software respectively, ANSYS (an FEA software) and FDS (with a core of CFD). Researchers of the paper develop system by themselves to combine the two existing ones. The system has the capability to calculate the wood char to find out the loss of cross-section and to detect the collapse caused in different ways. The paper gives a sample of Chinese traditional house to show how this simulation system works.
The goal of the research is the development of a computer system to plan, simulate and visualize erection processes in construction. In the research construction cranes are treated as robots with predefined degrees of freedom and crane-specific motion planning techniques are developed to generate time-optimized and collision-free paths for each piece to be erected in the project. Using inverse kinematics and structural dynamics simulation, the computer system then computes the crane motions and velocities necessary to achieve the previously calculated paths. The main benefits of the research are the accurate planning and scheduling of crane operations leading to optimization of crane usage and project schedules, as well as improving overall crane safety in the project. This research is aimed at the development of systems that will allow computer-assisted erection of civil infrastructure and ultimately to achieve fully-automated erection processes using robotic cranes...
Buildings require both for construction and, due to their comparatively long life cycle for maintenance, significant raw material and energy resources. So far available knowledge about resource consumption during an entire life cycle of a building is still quite rare, because various criteria affect each other and/or overlay mutually. In this contribution a model based software concept is presented using an integrated approach for life cycle simulation and assessment of buildings. The essential point of the development consists of connecting an IFC compliant product model of a building via the Internet with data bases for the resource and energy requirement of building materials. Furthermore, numerical simulations allow calculating and minimizing the energy consumption, the resource requirement, the waste streams and also the noxious emissions. In the context of this paper we present the first release of software programs for architects and engineers, which help them to evaluate their design decisions objectively in early planning steps. Additionally the usage of the software is demonstrated by a test case study for a real world building. By applying this software in practice a substantial contribution for saving energy and natural resources can be provided in the sense of sustainable and ecological building design.