Refine
Document Type
- Conference Proceeding (132)
- Doctoral Thesis (15)
- Article (7)
- Master's Thesis (7)
- Report (4)
- Diploma Thesis (3)
- Preprint (3)
- Book (1)
- Part of a Book (1)
Institute
- In Zusammenarbeit mit der Bauhaus-Universität Weimar (93)
- Institut für Strukturmechanik (ISM) (16)
- Professur Baubetrieb und Bauverfahren (10)
- Professur Angewandte Mathematik (6)
- Institut für Europäische Urbanistik (5)
- Junior-Professur Augmented Reality (5)
- Professur Stahlbau (5)
- Institut für Konstruktiven Ingenieurbau (IKI) (4)
- Professur Informatik in der Architektur (4)
- Professur Computergestütztes kooperatives Arbeiten (3)
Keywords
Year of publication
- 2006 (173) (remove)
The paper proposes a new method for general 3D measurement and 3D point reconstruction. Looking at its features, the method explicitly aims at practical applications. These features especially cover low technical expenses and minimal user interaction, a clear problem separation into steps that are solved by simple mathematical methods (direct, stable and optimal with respect to least error squares), and scalability. The method expects the internal and radial distortion parameters of the used camera(s) as inputs, and a plane quadrangle with known geometry within the scene. At first, for each single picture the 3D position of the reference quadrangle (with respect to each camera coordinate frame) is calculated. These 3D reconstructions of the reference quadrangle are then used to yield the relative external parameters of each camera regarding the first one. With known external parameters, triangulation is finally possible. The differences from other known procedures are outlined, paying attention to the stable mathematical methods (no usage of nonlinear optimization) and the low user interaction with good results at the same time.
Die Bauaufgaben der Zukunft liegen in der Auseinandersetzung mit bestehender Architektur. Die planerische Herausforderung besteht im Verzicht auf den Neubau durch die Umnutzung und den Umbau existenter Gebäude. Umnutzung und Umbau sind Werterhaltungsstrategien, die den Lebenszyklus eines Gebäudes als integralen Bestandteil der Planung betrachten und deren Ziel es ist, ungenutzte Bestandsgebäude durch keine oder wenige bauliche Eingriffe so zu verändern, dass sie einer Weiternutzung zugeführt werden können. Die Umnutzung unterliegt der Prämisse, dass an den Gebäuden keine baulichen Veränderungen vorgenommen werden, wohingegen der Umbau bauliche Eingriffe gestattet. Als Alternative zum Neubau ist der Erfolg beider Strategien entscheidend davon abhängig, dass der Architekt schon zu Beginn der Planung zu der Entscheidung gelangt, ob sich ein Gebäude unter Anwendung einer der beiden Strategien weiternutzen lässt. Diese Entscheidung wird vom Architekten in der Praxis durch einen Vergleich des Soll-Zustands (Raumprogramm) mit dem Ist-Zustand (Bestandsgrundriss) des Gebäudes getroffen. Die Analyse und Bewertung des Bestandes erfolgt in dieser frühen Phase der Planung in Form von Vorentwurfsskizzen, welche die organisatorischen oder baulichen Veränderungen der Gebäudegrundrisse im Falle einer Weiternutzung darstellen. In dieser Arbeit wird die Hypothese aufgestellt, dass der Vergleich des Raumprogramms mit dem Gebäudegrundriss im Wesentlichen eine kombinatorische Problemstellung darstellt. Unter dieser Annahme wird untersucht, ob durch den Einsatz von Optimierungsverfahren in der Grundrissplanung Lösungen für Umbau- und Umnutzungsaufgaben automatisiert erzeugt werden können. Ziel ist es, durch den computergestützten Einsatz dieser Verfahren zu plausiblen Planungslösungen, die dem Architekten als Grundlage für die weitere Bearbeitung der Planung dienen, zu gelangen.
Summer overheating in buildings is a common problem, especially in office buildings with large glazed facades, high internal loads and low thermal mass. Phase change materials (PCM) that undergo a phase transition in the temperature range of thermal comfort can add thermal mass without increasing the structural load of the building. The investigated PCM were micro-encapsulated and mixed into gypsum plaster. The experiments showed a reduction of indoor-temperature of up to 4 K when using a 3 cm layer of PCM-plaster with micro-encapsulated paraffin. The measurement results could validate a numerical model that is based on a temperature dependent function for heat capacity. Thermal building simulation showed that a 3 cm layer of PCM-plaster can help to fulfil German regulations concerning heat protection of buildings in summer for most office rooms.
Traffic simulation is a valuable tool for the design and evaluation of road networks. Over the years, the level of detail to which urban and freeway traffic can be simulated has increased steadily, shifting from a merely qualitative macroscopic perspective to a very detailed microscopic view, where the behavior of individual vehicles is emulated realistically. With the improvement of behavioral models, however, the computational complexity has also steadily increased, as more and more aspects of real-life traffic have to be considered by the simulation environment. Despite the constant increase in computing power of modern personal computers, microscopic simulation stays computationally expensive, limiting the maximum network size than can be simulated on a single-processor computer in reasonable time. Parallelization can distribute the computing load from a single computer system to a cluster of several computing nodes. To this end, the exisiting simulation framework had to be adapted to allow for a distributed approach. As the simulation is ultimately targeted to be executed in real-time, incorporating real traffic data, only a spatial partition of the simulation was considered, meaning the road network has to be partitioned into subnets of comparable complexity, to ensure a homogenous load balancing. The partition process must also ensure, that the division between subnets does only occur in regions, where no strong interaction between the separated road segments occurs (i.e. not in the direct vicinity of junctions). In this paper, we describe a new microscopic reasoning voting strategy, and discuss in how far the increasing computational costs of these more complex behaviors lend themselves to a parallelized approach. We show the parallel architecture employed, the communication between computing units using MPIJava, and the benefits and pitfalls of adapting a single computer application to be used on a multi-node computing cluster.
In civil engineering it is very difficult and often expensive to excite constructions such as bridges and buildings with an impulse hammer or shaker. This problem can be avoided with the output-only method as special feature of stochastic system identification. The permanently existing ambient noise (e.g. wind, traffic, waves) is sufficient to excite the structures in their operational conditions. The output-only method is able to estimate the observable part of a state-space-model which contains the dynamic characteristics of the measured mechanical system. Because of the assumption that the ambient excitation is white there is no requirement to measure the input. Another advantage of the output-only method is the possibility to get high detailed models by a special method, called polyreference setup. To pretend the availability of a much larger set of sensors the data from varying sensor locations will be collected. Several successive data sets are recorded with sensors at different locations (moving sensors) and fixed locations (reference sensors). The covariance functions of the reference sensors are bases to normalize the moving sensors. The result of the following subspace-based system identification is a high detailed black-box-model that contains the weighting function including the well-known dynamic parameters eigenfrequencies and mode shapes of the mechanical system. Emphasis of this lecture is the presentation of an extensive damage detection experiment. A 53-year old prestressed concrete tied-arch-bridge in Hünxe (Germany) was deconstructed in 2005. Preliminary numerous vibration measurements were accomplished. The first experiment for system modification was an additional support near the bridge bearing of one main girder. During a further experiment one hanger from one tied arch was cut through as an induced damage. Some first outcomes of the described experiments will be presented.
This paper deals with the development of a new multi-objective evolution strategy in combination with an integrated pollution-load and water-quality model. The optimization algorithm combines the advantages of the Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm and Self-Adaptive Evolution Strategies. The identification of a good spread of solutions on the pareto-optimum front and the optimization of a large number of decision variables equally demands numerous simulation runs. In addition, statements with regard to the frequency of critical concentrations and peak discharges require continuous long-term simulations. Therefore, a fast operating integrated simulation model is needed providing the required precision of the results. For this purpose, a hydrological deterministic pollution-load model has been coupled with a river water-quality and a rainfall-runoff model. Wastewater treatment plants are simulated in a simplified way. The functionality of the optimization and simulation tool has been validated by analyzing a real catchment area including sewer system, WWTP, water body and natural river basin. For the optimization/rehabilitation of the urban drainage system, both innovative and approved measures have been examined and used as decision variables. As objective functions, investment costs and river water quality criteria have been used.
In many branches companies often lose the visibility of their human and technical resources of their field service. On the one hand the people in the fieldservice are often free like kings on the other hand they do not take part of the daily communication in the central office and suffer under the lacking involvement in the decisions inside the central office. The result is inefficiency. Reproaches in both directions follow. With the radio systems and then mobile phones the ditch began to dry up. But the solutions are far from being productive.
ON THE NAVIER-STOKES EQUATION WITH FREE CONVECTION IN STRIP DOMAINS AND 3D TRIANGULAR CHANNELS
(2006)
The Navier-Stokes equations and related ones can be treated very elegantly with the quaternionic operator calculus developed in a series of works by K. Guerlebeck, W. Sproeossig and others. This study will be extended in this paper. In order to apply the quaternionic operator calculus to solve these types of boundary value problems fully explicitly, one basically needs to evaluate two types of integral operators: the Teodorescu operator and the quaternionic Bergman projector. While the integral kernel of the Teodorescu transform is universal for all domains, the kernel function of the Bergman projector, called the Bergman kernel, depends on the geometry of the domain. With special variants of quaternionic holomorphic multiperiodic functions we obtain explicit formulas for three dimensional parallel plate channels, rectangular block domains and regular triangular channels. The explicit knowledge of the integral kernels makes it then possible to evaluate the operator equations in order to determine the solutions of the boundary value problem explicitly.
Ausgehend von den fundierten Erfahrungen, die für das Schweißen von verschiedensten Metallen vorliegen, wird an der Professur Stahlbau der Bauhaus-Universität Weimar ein neuartiges Verfahren zum CO2-Laserstrahlschweißen von Quarzglas numerisch untersucht. Dabei kommt die kommerzielle FE-Software SYSWELD® zum Einsatz. Die erforderlichen Versuche werden in Zusammenarbeit mit dem Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH aus Jena realisiert. Die numerische Analyse wird eingesetzt, um geeignete Prozessparameter zu bestimmen und deren Auswirkungen auf die transienten thermischen und mechanischen Vorgänge, die während des Schweißvorgangs ablaufen abzubilden. Um die aus der Simulation erhaltenen Aussagen zu überprüfen, ist es erforderlich, das Berechnungsmodell mittels Daten aus Versuchsschweißungen zu kalibrieren. Dabei sind die verwendeten Materialmodelle sowie die der Simulation zugrunde gelegten Materialkennwerte zu validieren. Es stehen verschiedene rheologische Berechnungsmodelle zur Auswahl, die die viskosen Materialeigenschaften des Glases abbilden. Dabei werden die drei mechanischen Grundelemente, die HOOKEsche Feder, der NEWTONsche Dämpfungszylinder und das ST.-VENANT-Element miteinander kombiniert. Die Möglichkeit, thermische und mechanische Vorgänge innerhalb des Glases während des Schweißvorgangs und nach vollständiger Abkühlung, vorhersagen zu können, gestattet es den Schweißvorgang über eine Optimierung der Verfahrensparameter gezielt dahingehend zu beeinflussen, die Wirtschaftlichkeit des Schweißverfahrens zu verbessern, und ein zuverlässiges Schweißergebnis zu erhalten. Dabei können auch nur unter hohem experimentellen Aufwand durchführbare Versuche simuliert werden, um eine Vorhersage zu treffen, ob es zweckmäßig ist, den Versuch auch in der Praxis zu fahren. Dies führt zu einer Reduzierung des experimentellen Aufwandes und damit zu einer Verkürzung des Entwicklungszeitraumes für das angestrebte Verfahren.
Die Diplomarbeit leistet einen Betrag zur numerischen Untersuchung des Verzuges eines Feinkornbaustahles beim MAG-Schweißen. Ziel dabei war es, Informationen zu dem schweißbedingten Verzug beeinflussenden Größen zusammenzustellen, Angaben zu möglichen Berechnungsformeln des an einer T-Stoßverbindung durch das Schweißen entstehenden Winkelverzuges des Gurtes zu recherchieren und die Grundlagen für eine Verzugsberechnung mit Hilfe der Finite-Element-Methode darzustellen. Das Hauptinteresse lag dabei jedoch auf den durch das Schweißen von Kehlnähten entstehenden Winkelverzuges des Gurtes an T-Stoßverbindungen. Dieser wurde mit Hilfe numerischer Berechnungen untersucht. Dabei wurden die Einflüsse, welche geometrischen, werkstofflichen oder verfahrensbedingten Ursprungs seien können, betrachtet.
Auf der Basis der Literaturrecherche wird in dieser Arbeit eine 5-lagige MAG-geschweißte Stumpfnaht an austenitisch-ferritischen Stahl X2CrNiMoN22-5-3 (Duplex-Stahl 1.4462) mit dem FE-Programm „SYSWELD®“ simuliert. Die Berech-nungen der Temperaturfelder werden unter der Berücksichtigung sowohl von tempe-raturunabhängigen als auch temperaturabhängigen thermophysikalischen Material-eigenschaften am drei-dimensionalen und zwei-dimensionalen Modell durchgeführt. Die berechneten Temperatur-Zeit-Verläufe und Gefügeumwandlungen beim MAG-Schweißen der Stumpfnaht werden hinsichtlich der Einflüsse und Veränderun-gen analysiert und die ermittelten Abkühlzeiten t12/8 werden für jede Schweißlage bewertet. Anschließend werden die Berechnungen des Eigenspannungszustandes für einzelne Schweißlagen untersucht.
Moderne Büroarchitektur mit Räumen in Leichtbauweise und großen transparenten Fassa-denanteilen verschärft im Zusammenwirken mit hohen internen Lasten die Problematik der sommerlichen Überhitzung in Gebäuden. Phasenübergangsmaterialien (PCM: phase change materials) stellen eine interessante Möglichkeit dar, sommerliche Überhitzung in Gebäuden ohne aufwändige Anlagentechnik wie beispielsweise Klimaanlagen zu reduzieren. Der thermische Komfort in Räumen, die mit einem PCM-Putz ausgestattet sind, kann signifikant erhöht werden. Die Arbeit untersucht Anwendungsmöglichkeiten und Optimierungspotential eines PCM-Putzes auf experimentelle und numerische Weise. Zur Untersuchung des PCM-Putzes wurden materialtechnische und experimentelle sowie numerische und numerisch-analytische Methoden eingesetzt. Die Kenntnis der thermischen Parameter des PCM-Putzes ist unablässig für die Berechnung der möglichen Temperaturreduktionen. Zur Bestimmung der Latentwärme, des qualitativen Schmelz- und Erstarrungsprozesses sowie des Temperaturintervalls, in dem der Phasenübergang stattfindet, wurden Messungen mit einem Differential Scanning Calorimeter (DSC) durchgeführt. Für die experimentelle Untersuchung des PCM-Putzes wurden zwei identische Testräume in Leichtbauweise erstellt. Die Räume wurden im Verifikationsobjekt „Eiermannbau“ des Sonderforschungsbereiches SFB 524 der Bauhaus-Universität Weimar gemessen. Nach der Überprüfung, dass sich beide Räume thermisch gleich verhalten, wurde ein Raum mit dem PCM-Putz und der zweite Raum mit einem vergleichbaren Innenputz ohne PCM verputzt. Thermoelemente zur Temperaturmessung im Bauteil, an der Oberfläche und zur Raumlufttemperaturbestimmung wurden angebracht und mit einer Messwerterfassungsanlage verbunden. Der Verlauf der Außenlufttemperatur und die Globalstrahlung am Standort der Versuchsräume wurden aufgezeichnet, um einen Klimadatensatz zu erstellen. Für die Berechnung der Temperaturverteilung in einem PCM-Bauteil mit kontinuierlichem Phasenübergang existiert keine geschlossene analytische Lösung. Daher wurde ein numerischer Ansatz gewählt, bei dem der Phasenübergang im Temperaturbereich T1 bis T2 mit Hilfe einer temperaturabhängigen Wärmekapazität c(T) innerhalb der erweiterten Fou-rier’schen Wärmeleitungsgleichung dargestellt wird. Die Funktion c(T) wird auf Basis der DSC-Messungen bestimmt. Die Modellierung erfolgte mit einem Finite-Differenzen-Verfahren auf Grundlage der Fourier’schen Wärmeleitungsgleichung. Im Rahmen der Arbeit wurde ein PCM-Modul entwickelt, das in ein Gebäudesimulationsprogramm implementiert wurde. Mit dem neuen Modul lassen sich sowohl die Temperaturverläufe in einem PCM-Bauteil wie auch seine Wechselwirkung mit dem Raumklima darstellen. Eine Validierung des entwickelten PCM-Moduls anhand von zahlreichen experimentellen Daten der Versuchsräume wurde für das PCM-Modul erfolgreich durchgeführt. Sommerliche Überhitzungsstunden können durch PCM in Wand- und Deckenelementen deutlich reduziert werden. Der PCM-Putz eignet sich vor allem für Anwendungen in Leichtbauten wie z.B. moderne Büroräume. In Räumen, in denen bereits eine ausreichende thermische Masse vorhanden ist, ist die Temperaturreduktion durch PCM nur gering. Kann das PCM während der Nachtstunden nicht erstarren, erschöpft sich seine Fähigkeit zur Latentwärmespeicherung. Erhöhte Nachtlüftung führt bei entsprechend niedrigen Außentemperaturen zu höherem Wärmeübergang und kann damit zur besseren Entladung des PCM beitragen. Im Rahmen der Dissertation konnten Aussagen zur idealen Phasenübergangstemperatur in Abhängigkeit des verwendeten Materials und der Schichtdicke getroffen werden. Die Reduktion der Oberflächentemperaturen, die sich bei Einsatz eines PCM-Putzes unter geeigneten Randbedingungen ergibt, beträgt 2.0 - 3.5 K für eine Putzschicht von 1 cm und 3.0 - 5.0 K für eine Putzschicht von 3 cm. Diese Werte wurden sowohl numerisch als auch durch experimentelle Untersuchungen ermittelt. Die Reduktion der Lufttemperaturen aufgrund einer Konditionierung des Raumes mit PCM-Putz beträgt bei geeigneten thermischen Verhältnissen ca. 1.0 - 2.5 K für eine Putzschicht von 1 cm und 2.0 - 3.0 K für eine Putzschicht von 3 cm. Die operative Temperatur als wichtiger Komfortparameter kann durch den Einsatz des PCM-Putzes um bis zu 4 K gesenkt werden. Damit lässt sich mit Hilfe eines PCM-Putzes die thermische Behaglichkeit in einem Raum deutlich erhöhen.
The presented method for an physically non-linear analysis of stresses and deformations of composite cross-sections and members based on energy principles and their transformation to non-linear optimisation problems. From the LAGRANGE principle of minimum of total potential energy a kinematic formulation of the mechanical problem can be developed, which has the general advantage that pre-deformations excited by shrinkage, temperature, residual deformations after unloading et al., can be considered directly. Thus the non-linear analysis of composite cross-sections with layers of different mechanical properties and different preloading becomes possible and cracks in concrete, stiffness degradation and other specifics of the material behaviour can be taken into account without cardinal modification of the mathematical model. The impact of local defects on the bearing capacity of an entire element can also be analysed in this principle way. Standard computational systems for mathematical optimisation or general programs for spreadsheet analysis enable an uncomplicated implementation of the developed models and an effective non-linear analysis for composite cross-sections and elements.
A new approach to the non-linear analysis of cross-sections loaded by normal forces and bending moments is presented in the paper. The mechanical model is based on the LAGRANGE principle of minimum of total potential energy. Deformations, stresses and limit load parameters are obtained by solving a non-linear optimisation problem. The mathematical model is independent of the specifics of material. In addition to the stress strain relation and the specific strain energy W(ε) two further functions F(ε) and Φ(ε) are introduced to describe the material behaviour. Thus cracks in concrete, non-linearity of material etc. can be taken into account without basic modification of the numerical algorithm. For polygonal cross-sections the GAUSS' integral theorem is used. Numerical solutions of the non-linear optimisation problems can be found by application of standard software. Thus the analysis of reinforced concrete cross-sections or more general composite cross-sections with non-linear behaviour of material is as simple as in the case of linear elasticity. The application of the method is demonstrated for polygonal cross-sections. Pre-stresses or pre-strains can easily be included in the mathematical model.
We show a close relation between the Schrödinger equation and the conductivity equation to a Vekua equation of a special form. Under quite general conditions we propose an algorithm for explicit construction of pseudoanalytic positive formal powers for the Vekua equation that as a consequence gives us a complete system of solutions for the Schrödinger and the conductivity equations. Besides the construction of complete systems of exact solutions for the above mentioned second order equations and the Dirac equation, we discuss some other applications of pseudoanalytic function theory.
Durch die Betrachtung des Produktions-Prozesses als zentrales Transformationselement wird die Struktur der Bauproduktion realitätsnah gefasst. Die Integration der prozessorientierten Kostendefinition setzt relevante Kostenparameter und Produktionsfaktoren so in Beziehung, dass sie im Einklang mit der realen Kostenstruktur und Kostendynamik einer Baustelle stehen. Die Beziehung zwischen Bauzeit und Kosten wird direkt erfasst und ausgewertet. Der hohen Dynamik der Bauproduktion zwischen kapazitätsbeschränkten Einsatzmitteln und Produktionsprozessen wurde durch das Poolmodell und der Simulation als Berechnungsmethode Rechnung getragen. Eine einfache Modellierung von sich zyklusartig wiederholenden Arbeitsvorgängen (Taktplanung) ist möglich. Die Taktbildung vollzieht sich bei der Simulation durch Kapazitätsbeschränkungen ohne Zutun des Benutzers. Durch eine Optimierungsmethode kann automatisiert nach der kostengünstigsten oder zeitlich schnellsten Produktionsvariante gesucht werden
In the final decades many scientists were occupied intensively with the change of materials during a process and their mathematical descriptions. The extensive and extensive analyses were supported by the advanced computer science. A mathematical description of the phase transformation is a condition for a realistic FE simulation of the state of microstructure. It is possible to simulate the temperature and stress field also in complex construction based on the state of microstructure. In the last years a great number of mathematical models were expanded to describe the transformation between different phases. For the development of the models for transformation kinetics it is practical to subdivide into isothermal and non-isothermal processes according to the thermal conditions. Some models for the description of the transformation with non-isothermal processes represent extensions for isothermal of processes. A part of parameters for the describing equations can be derived from the time-temperature-transformation diagrams in the literature. Furthermore the two possibilities of transformation are considered by different models - diffusion controlled and not diffusion controlled. The material-specific characteristics can be simulated during the transformation for each individual phase in a realistic FE analyses. Also new materials can be simulated after a modification of the parameters in the describing equations for the phase transformation. The effects in the temperature and stress field are a substantial reason for the investigation of the phase transformation during the welding and TIG-dressing processes.
Advanced finite elements are proposed for the mechanical analysis of heterogeneous materials. The approximation quality of these finite elements can be controlled by a variable order of B-spline shape functions. An element-based formulation is developed such that the finite element problem can iteratively be solved without storing a global stiffness matrix. This memory saving allows for an essential increase of problem size. The heterogeneous material is modelled by projection onto a uniform, orthogonal grid of elements. Conventional, strictly grid-based finite element models show severe oscillating defects in the stress solutions at material interfaces. This problem is cured by the extension to multiphase finite elements. This concept enables to define a heterogeneous material distribution within the finite element. This is possible by a variable number of integration points to each of which individual material properties can be assigned. Based on an interpolation of material properties at nodes and further smooth interpolation within the finite elements, a continuous material function is established. With both, continuous B-spline shape function and continuous material function, also the stress solution will be continuous in the domain. The inaccuracy implied by the continuous material field is by far less defective than the prior oscillating behaviour of stresses. One- and two-dimensional numerical examples are presented.
Requires for reliability and durability of structures and their elements with simultaneous material economy have stimulated improvement of constitutive equations for description of elasto-plastic deformation processes. This has led to the development of phenomenological modelling of complex phenomena of irreversible deformation including history-dependent and rate-dependent effects. During the last several decades many works have been devoted to the development of elasto-plastic models, in order to better predict the material behavior under combined variable thermo-mechanical loading. The increase of accuracy of stress analysis and safety factors for complex structures with the help of modern finite-element packages (ABAQUS, ANSYS, COSMOS, LS-DYNA, MSC.MARC, MSC.NASTRAN, PERMAS and other) can be provided only by use of complex and special variants of plasticity theories, which are adequate for the considered loading conditions and based on authentic information about properties of materials. The areas of application of the various theories (models) are as a rule unknown to the users of finite-element packages at the existing variety loading condition sin machine-building designs. At the moment a universal theory of inelasticity is absent and even the most accomplished theories can not guarantee adequate description of deformation processes for arbitrary structure under wide range of loading programs. The classifier of materials, loading conditions, effects (phenomena) and list of basic experiments are developed by the authors. Use of these classifiers for an establishment of hierarchy of models is a first step for introduction of the multimodel analysis into computational practice. The set of the classic and modern inelasticity theories is considered, so that they are applicable for stress analysis of structures under complex loading programs. Among them there are plastic flow theories with linear and nonlinear isotropic and kinematic hardening, multisurface theories, endochronic theory, holonomic theory, rheologic models, theory of elasto-plastic processes, slip theory, physical theories (single crystal and polycrystalline models) and others. The classification of materials provides rearranging by a degree of homogeneous, chemical composition, level of strength and plasticity, behavior under cyclic loading, anisotropy of properties at initial condition, anisotropy of properties during deformation process, structural stability. The classification of loading conditions takes into consideration proportional and non-proportional loading, temperature range, combination of cyclic and monotonous loading, one-axial, two-axial and complex stress state, curvature of strain path, presence of stress concentrators and level of strain gradient. A unified general form of constitutive equations is presented for all used material models based upon the concept of internal state variables. The wide range of mentioned above inelastic material models has been implemented into finite element program PANTOCRATOR developed by authors (see for details www.pantocrator.narod.ru). Application possibility of different material models is considered both for material element and for complex structures subjected to complex non-proportional loading.
A fast solver method called the multigrid preconditioned conjugate gradient method is proposed for the mechanical analysis of heterogeneous materials on the mesoscale. Even small samples of a heterogeneous material such as concrete show a complex geometry of different phases. These materials can be modelled by projection onto a uniform, orthogonal grid of elements. As one major problem the possible resolution of the concrete specimen is generally restricted due to (a) computation times and even more critical (b) memory demand. Iterative solvers can be based on a local element-based formulation while orthogonal grids consist of geometrical identical elements. The element-based formulation is short and transparent, and therefore efficient in implementation. A variation of the material properties in elements or integration points is possible. The multigrid method is a fast iterative solver method, where ideally the computational effort only increases linear with problem size. This is an optimal property which is almost reached in the implementation presented here. In fact no other method is known which scales better than linear. Therefore the multigrid method gains in importance the larger the problem becomes. But for heterogeneous models with very large ratios of Young's moduli the multigrid method considerably slows down by a constant factor. Such large ratios occur in certain heterogeneous solids, as well as in the damage analysis of solids. As solution to this problem the multigrid preconditioned conjugate gradient method is proposed. A benchmark highlights the multigrid preconditioned conjugate gradient method as the method of choice for very large ratio's of Young's modulus. A proposed modified multigrid cycle shows good results, in the application as stand-alone solver or as preconditioner.
Monitoring und Bewertung sind Hauptaufgaben im Management bzw. der Revitalisierung von Bauwerken. Unterschiedliche Verfahren können bei der Akquisition der erforderlichen geometrischen Information, wie z. B. Größe oder Verformung eines Gebäudes, eingesetzt werden. Da das Potenzial der digitalen Fotografie kontinuierlich wächst, stellt die Industriephotogrammetrie heute eine bedeutende Alternative zu den klassischen Verfahren wie Dehnmessstreifen oder anderen taktilen Sensoren dar. Moderne Industriephotogrammetrie erfasst die Bilder mittels digitaler Systeme. Dies bedeutet, dass die Information digitaler Bilder mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung untersucht werden muss, um die Bildkoordinaten der Messpunkte zu erhalten. Eine der Aufgaben der Bildverarbeitung für photogrammetrische Zwecke besteht somit darin, den Mittelpunkt von kreisförmigen Marken zu lokalisieren. Die modernen Operatoren liefern Subpixelgenauigkeit für die Koordinaten des Punktes. Das optische Messverfahren der Industriephotogrammetrie erfordert hinsichtlich der Hardware in erster Linie hochauflösende digitale Kameras. Dabei lassen sich die Kameras in Videokameras, HighSpeed-Kameras, intelligente Kameras sowie so genannte Consumer und Professionelle Kameras unterscheiden. Die geometrische Auflösung digitaler HighEnd-Kameras liegt heute bei über 10 Megapixel. In punkto Datentransfer zum Rechner sind verschiedene Standards am Markt verfügbar, z. B. USB2.0, GigE-Vision, CameraLink oder Firewire. Die Wahl des Standards hängt immer von der spezifischen Aufgabenstellung ab, da keine der Techniken eine führende Position einnimmt. Die moderne Photogrammetrie bietet viele neue Möglichkeiten für das Monitoring und die Bewertung von Bauwerken. Sie kann ein-, zwei-, drei- oder vierdimensionale Informationen liefern, falls erforderlich auch in Echtzeit. Als berührungsloses Messverfahren ist der Einsatz der Photogrammetrie noch möglich, wenn die taktilen Sensoren z. B. aufgrund ihres Platzbedarfes nicht mehr eingesetzt werden können. Hochauflösende Videokameras erlauben es, selbst dynamische Untersuchungen mit großer Präzision durchzuführen.
The mathematical and technical foundations of optimization have been developed to a large extent. In the design of buildings, however, optimization is rarely applied because of insufficient adaptation of this method to the needs of building design. The use of design optimization requires the consideration of all relevant objectives in an interactive and multidisciplinary process. Disciplines such as structural, light, and thermal engineering, architecture, and economics impose various objectives on the design. A good solution calls for a compromise between these often contradictory objectives. This presentation outlines a method for the application of Multidisciplinary Design Optimization (MDO) as a tool for the designing of buildings. An optimization model is established considering the fact that in building design the non-numerical aspects are of major importance than in other engineering disciplines. A component-based decomposition enables the designer to manage the non-numerical aspects in an interactive design optimization process. A façade example demonstrates a way how the different disciplines interact and how the components integrate the disciplines in one optimization model. In this grid-based façade example, the materials switch between a discrete number of materials and construction types. For light and thermal engineering, architecture, and economics, analysis functions calculate the performance; utility functions serve as an important means for the evaluation since not every increase or decrease of a physical value improves the design. For experimental purposes, a genetic algorithm applied to the exemplary model demonstrates the use of optimization in this design case. A component-based representation first serves to manage non-numerical characteristics such as aesthetics. Furthermore, it complies with usual fabrication methods in building design and with object-oriented data handling in CAD. Therefore, components provide an important basis for an interactive MDO process in building design.
Die Arbeit beinhaltet die Planungsgrundlage (Modellgesetze)und Herstellung (Modellbau) eines physikalischen Modells eines Flußabschnittes in den Grenzen seiner hydraulischen Wirkung. Ziel der Untersuchungen ist die Ertüchtigung derim Modell dargestellten Hochwasserschutzanlagen unter vorgegebenen Auflagen. Es werden Modelluntersuchungen durchgeführt, die zur Erfassung der Wasserstände bei verschiedenen Durchflüssen dienen. Die dafür eingesetzte Messtechnik wird dokumentiert. Die Messdaten werden hinsichtlich Messgenauigkeit und Messfehlerbehaftung untersucht, um die Ergebnisse im Vergleich mit einem numerischen Modell aufzubereiten.
MODELLING THE PLASTIC HINGE IN THE STATICALLY INDETERMINABLE REINFORCED CONCRETE BAR ELEMENTS
(2006)
The paper presents the example numerical model to calculate the reinforced concrete bar structures. Usually applied methods of structure dimensioning do not include the case of plastic hinges occurrence under the limit load of construction. The model represented by A. Borcz is based on the differential equation of deflection line of the beam and it includes the effects of rearrangement of the internal forces and reological effects. The experimental parameters obtained in earlier investigations describe effects resulting from the rise of plastic hinges in the proposed equation.
Subject of the paper is the realisation of a model based efficiency control system for PV generators using a simulation model. A standard 2-diodes model of PV generator is base of the ColSim model, which is implemented in ANSI C code for flexible code exporting. The algorithm is based on discretisized U-I characteristics, which allows the calculation of string topologies witch parallel and serial PV cells and modules. Shadowing effects can be modelled down to cell configuration using polar horizon definitions. The simulation model was ported to a real time environment, to calculate the efficiency of a PV system. Embedded System technology allows the networked operation and the integration of standard I/O devices. Futher work focus on the adaption of shadowing routine, which will be adapted to get the environment conditions from the real operation.
MODEL OF TRAM LINE OPERATION
(2006)
From passenger's perspective punctuality is one of the most important features of trams operations. Unfortunately in most cases this feature is only insufficiently fulfilled. In this paper we present a simulation model for trams operation with special focus on punctuality. The aim is to get a helpful tool for designing time-tables and for analyzing the effects by changing priorities for trams in traffic lights respectively the kind of track separation. A realization of trams operations is assumed to be a sequence of running times between successive stops and times spent by tram at the stops. In this paper the running time is modeled by the sum of its mean value and a zero-mean random variable. With the help of multiple regression we find out that the average running time is a function depending on the length of the sections and the number of intersections. The random component is modeled by a sum of two independent zero-mean random variables. One of these variables describes the disturbance caused by the process of waiting at an intersection and the other the disturbance caused by the process of driving. The time spent at a stop is assumed to be a random variable, too. Its distribution is estimated from given measurements of these stop times for different tram lines in Kraków. Finally a special case of the introduced model is considered and numerical results are presented. This paper is involved with CIVITAS-CARAVEL project: "Clean and better transport in cites". The project has received research funding from the Community's Sixth Framework Programme. The paper reflects only the author's views and the Community is not liable for any use that may be made of the information contained therein.
In diesem Beitrag wird eine mobile Software-Komponente zur Vor-Ort-Unterstützung von Bauwerksprüfungen gemäß DIN 1076 „Ingenieurbauwerke im Zuge von Strassen und Wegen, Überwachung und Prüfung“ vorgestellt, welche sich im praktischen Einsatz bei der Hochbahn AG Hamburg befindet. Mit Hilfe dieses Werkzeugs kann die Aktivität am Bauwerk in den gesamten softwaregestützten Geschäftsprozess der auwerksinstandhaltung integriert und somit die Bearbeitungszeit einer Bauwerksprüfung von der Vorbereitung bis zur Prüfbericht-Erstellung reduziert werden. Die Technologie des Mobile Computing wird unter Berücksichtigung spezieller fachlicher Randbedingungen, wie z.B. dem Einsatzort unter freiem Himmel, erläutert und es werden Methoden zur effizienten Datenerfassung mit Stift und Sprache vorgestellt und bewertet. Ferner wird die Einschränkung der Hardware durch die geringere Größe der Endgeräte, die sich durch die Bedingung der Mobilität ergibt, untersucht.
Due to economical, technical or political reasons all over the world about 100 nuclear power plants have been disconnected until today. All these power stations are still waiting for their complete dismantling which, considering one reactor, causes cost of up to one Bil. Euros and lasts up to 15 years. In our contribution we present a resource-constrained project scheduling approach minimizing the total discounted cost of dismantling a nuclear power plant. A project of dismantling a nuclear power plant can be subdivided into a number of disassembling activities. The execution of these activities requires time and scarce resources like manpower, special equipment or storage facilities for the contaminated material arising from the dismantling. Moreover, we have to regard several minimum and maximum time lags (temporal constraints) between the start times of the different activities. Finally, each disassembling activity can be processed in two alternative execution modes, which lead to different disbursements and determine the resource requirements of the considered activity. The optimization problem is to determine a start time and an execution mode for each activity, such that the discounted cost of the project is minimum, and neither the temporal constraints are violated nor the activities' resource requirements exceed the availability of any scarce resource at any point in time. In our contribution we introduce an appropriate multi-mode project scheduling model with minimum and maximum time lags as well as renewable and cumulative resources for the described optimization problem. Furthermore, we show that the considered optimization problem is NP-hard in the strong sense. For small problem instances, optimal solutions can be gained from a relaxation based enumeration approach which is incorporated into a branch and bound algorithm. In order to be able to solve large problem instances, we also propose a truncated version of the devised branch and bound algorithm.
The paper is a proposal of calculation of internal forces and dislocations in the reinforced concrete beams before and after cracking. For the ideally elastic bars transfer matrix proposed by Rakowski was applied. The effects associated with cracking were introduced by means of the Borcz's theory in the spectrally way. Numerical example was shown. The presented attitude also enables to calculate dynamic problems and those connected with the stability of the compressed and bending cracked beams and columns.
Für die Optimierung eines bereits bestehenden Prozesses, z.B. im Hinblick auf den maximal möglichen Durchsatz bei gleich bleibender Qualität der Pyrolyseprodukte oder für die Einstellung der Betriebsparameter bei einem unbekannten Einsatzstoff, kann ein mathematisches Modell eine erste Abschätzung für die Einstellung betrieblicher Parameter, wie z.B. Temperaturprofile im Gas und Feststoff, geben. Darüber hinaus kann man mit einem Modell für neu zu konzipierende Anlagen konstruktive Parameter ermitteln oder überprüfen. In dem hier dargestellten vereinfachten Modellansatz werden u. a. die Umsatzvorgänge für ein Partikelkollektiv mit Hilfe von Summenparametern aus Untersuchungen an einer Thermowaage und ergänzend im Drehrohr ermittelt. Das Prozessmodell basiert auf einem Reaktormodell, das das Verweilzeitverhalten des Einsatzstoffes im Reaktor beschreibt und einem Basismodell, bestehend aus Massen- und Energiebilanzen für Solid und Gas sowie Ansätzen zur Trocknung und zum Umsatz. Im Hinblick auf die Verfügbarkeit von stoffspezifischen Daten von Abfällen sind insbesondere zur Berechnung des Verweilzeitverhaltens und des Umsatzes im Heißbetrieb vereinfachende Ansätze durch die Bildung von Summenparametern hilfreich. Das Prozessmodell wurde schrittweise validiert: Zunächst wurde in Kaltversuchen ein Summenparameter, der u.a. die unbekannten Reibungsverhältnisse im Drehrohr berücksichtigt, durch Vergleich von Experiment und Rechnung für Sand ermittelt. Für heterogene Abfallgemische kann dieser Materialfaktor zwar für Kaltversuche bestimmt werden (soweit dies für Abfälle möglich ist), im Heißbetrieb ändern sich jedoch alle wesentlichen Stoffparameter wie Partikeldurchmesser, Schüttdichte und Schüttwinkel sowie die Reibungsverhältnisse. Für diesen Fall wird der Materialfaktor zu Eins gesetzt und die wesentlichen Stoffgrößen umsatzabhängig modelliert. Dazu ist die Kenntnis der Schüttdichten, statischen Schüttwinkel und mittleren Partikeldurchmesser vom Abfall und Koks aus dem Abfall notwendig. Die mit diesen Stoffdaten berechnete Verweilzeit wurde in einem Heißversuch bei der Pyrolyse von Brennstoff aus Müll- (BRAM) Pellets mit einem Fehler von ca. 20 % erreicht. Das Basismodell wurde zunächst ohne Umsatz an Messergebnisse mit Sand im Drehrohr unter Variation von Temperaturen und Massenstrom angepasst bevor mit diesem Modell die Pyrolyse von einem homogenen Einsatzstoff (Polyethylen mit Sand) im Drehrohr berechnet wurde. Hier konnte bereits gezeigt werden, dass mit diesem vereinfachten Modellansatz gute Ergebnisse beim Vergleich von Modell und Experiment erzielt werden können. Im nächsten Schritt wurde der Sand angefeuchtet, um die Teilmodelle der Trocknung unterhalb und bei Siedetemperatur zu validieren. Die Mess- und Modellierungsergebnisse stimmen gut miteinander überein. Für ein Abfallgemisch aus BRAM-Pellets konnte der Verlauf der Solidtemperaturen unter der Berücksichtigung variabler Stoffwerte des Solids und eines Verschmutzungsfaktors, der den Belag des Drehrohres mit anklebendem Pellets bis zur Verkokung berücksichtigt, gut wiedergegeben werden. Die Gastemperaturen können in erster Näherung ausreichend genau durch das mathematische Modell beschrieben werden. Mit diesem vereinfachten mathematischen Modellansatz steht nun ein Hilfsmittel zur Auslegung und Optimierung von indirekt beheizten Drehrohren zur Verfügung, um bei einem neuen Einsatzstoff mit Daten aus experimentellen Basisuntersuchungen, die Temperaturverläufe im Feststoff und Gas sowie die Gaszusammensetzung in Abhängigkeit der wesentlichen Einflussgrößen abzuschätzen.
The paper contains a description of dynamic effects in the silo wall during the outflow of a stored material. The work allows for determining the danger of construction damage due to resonant vibrations and is of practical importance by determining the influence of cyclic pressures and vibro–creeping during prolonged use of a silo. The paper was devised as a result of tests on silo walls in semi-technical scale. The model is generally applicable and allows for identification of parameters in real- size silos as well.
At the 16th IKM Bock, Falcão and Gürlebeck presented examples of the application of some specially developed Maple-Software in hypercomplex analysis. Other papers of those authors continued this work and showed the efficiency of such tools for concrete numerical calculations as well as for numerical experiments, supporting the detection of new relationships and even theorems in a highly technical theoretical work. The mentioned software has been developed mainly for the use on mapping problems in the Euclidean spaces of dimension 3 and 4 by means of Bergman kernel methods (BKM), which are related to monogenic functions as solutions of generalized Cauchy-Riemann equations with respect to the Euclidean metric (Riesz system). The developed procedures concerning generalized powers of totally regular variables and the corresponding homogeneous polynomials basically rely on results and conventions introduced in the paper "Power series representation for monogenic functions in Rm+1 based on a permutational product", Complex Variables, 15, No.3, 181-191 (1990) by H. Malonek. Since 1992 H. Leutwiler, S. L. Eriksson and others developed in a number of papers a modified Clifford analysis and, particularly, a modified quaternionic analysis. The modification mainly consists in considering generalized Cauchy-Riemann equations with respect to a hyperbolic metric in a half space. The aim of this contribution is to show how through a change of the basic combinatorial relations used in the modified quaternionic analysis the aforementioned Maple-software (that has been recently published on CD-Rom as integrated part of the text book "Funktionentheorie in der Ebene und im Raum" by K. Gürlebeck, K. Habetha, and W. Sprössig, in the series "Grundstudium Mathematik" of Birkhäuser Verlag, 2006) can directly be used for numerical calculations in the modified theory.
This paper presents results of applying Fuzzy Inference System for estimation of the number of potential Park and Ride users. Usually it is difficult to evaluate the number of users because it depends on human factor and data in the considered system are uncertain. In such situation the traditional mathematical approaches can not take into consideration rough data. Therefore a fuzzy approach can be applied in this case. A fuzzy methodology is treated as a proper way to describe choice of mode of transport, and especially that uncertainty accompanied of choosing process has rather fuzzy character. The proposed approach is based on the Mamdani Fuzzy Inference System and for calculation there is used Matlab software with Fuzzy Logic Toolbox. Mamdani model requires, as an input data, knowledge of the shape of membership function. These functions can be calibrated taking into consideration results of questionnaires conducted among users of Park and Ride system. Due to lack of representative sample of users, one has decided to use results of experts' questionnaires as a input data for calibration the shape of membership functions. Describing factor will be generalized cost of the trip for different modes of transport. Proposed approach consists of two main stages: modeling of share of public/private transport trips and Multimodal model estimating number of Park and Ride users. Verification of presented methodology is treated as an indirect proof. Proposed approach can be applied for estimation of bi-modal split. Then the results are compared with traditional approaches based on logit functions. Comparable results of proposed fuzzy approach with traditional logit models can be treated as a confirmation of chosen methodology.
Die Liquiditätsplanung von Bauunternehmen XE "Liquiditätsplanung" gilt als ein wesentliches Steuerungs-, Kontroll- sowie Informationsinstrument für interne und externe Adressaten und übt eine Entscheidungsunterstützungsfunktion aus. Da die einzelnen Bauprojekte einen wesentlichen Anteil an den Gesamtkosten des Unternehmens ausmachen, besitzen diese auch einen erheblichen Einfluß auf die Liquidität und die Zahlungsfähigkeit der Bauunternehmung. Dem folgend ist es in der Baupraxis eine übliche Verfahrensweise, die Liquiditätsplanung zuerst projektbezogen zu erstellen und anschließend auf Unternehmensebene zu verdichten. Ziel der Ausführungen ist es, die Zusammenhänge von Arbeitskalkulation XE "Arbeitskalkulation" , Ergebnisrechnung XE "Ergebnisrechnung" und Finanzrechnung XE "Finanzrechnung" in Form eines deterministischen XE "Erklärungsmodells" Planungsmodells auf Projektebene darzustellen. Hierbei soll das Verständnis und die Bedeutung der Verknüpfungen zwischen dem technisch-orientierten Bauablauf und dessen Darstellung im Rechnungs- und Finanzwesen herausgestellt werden. Die Vorgänge aus der Bauabwicklung, das heißt die Abarbeitung der Bauleistungsverzeichnispositionen und deren zeitliche Darstellung in einem Bauzeitenplan sind periodisiert in Größen der Betriebsbuchhaltung (Leistung, Kosten) zu transformieren und anschließend in der Finanzrechnung (Einzahlungen., Auszahlungen) nach Kreditoren und Debitoren aufzuschlüsseln.
LIFETIME-ORIENTED OPTIMIZATION OF BRIDGE TIE RODS EXPOSED TO VORTEX-INDUCED ACROSS-WIND VIBRATIONS
(2006)
In recent years, damages in welded connections plates of vertical tie rods of several arched steel bridges have been reported. These damages are due to fatigue caused by wind-induced vibrations. In the present study, such phenomena are examined, and the corresponding lifetime of a reference bridge in Münster-Hiltrup, Germany, is estimated, based on the actual shape of the connection plate. Also, the results obtained are compared to the expected lifetime of a connection plate, whose geometry has been optimized separately. The structural optimization, focussing on the shape of the cut at the hanger ends, has been carried out using evolution strategies. The oscillation amplitudes have been computed by means of the Newmark-Wilson time-step method, using an appropriate load model, which has been validated by on-site experiments on the selected reference bridge. Corresponding stress-amplitudes are evaluated by multiplying the oscillation amplitudes with a stress concentration factor. This factor has been computed on the basis of a finite element model of the system "hanger-welding-connection plate", applying solid elements, according to the notch stress approach. The damage estimation takes into account the stochastics of the exciting wind process, as well as the stochastics of the material parameters (fatigue strength) given in terms of Woehler-curves. The shape optimization results in a substantial increase of the estimated hanger lifetime. The comparison of the lifetimes of the bulk plate and of the welding revealed that, in the optimized structure, the welding, being the most sensitive part in the original structure, shows much more resistance against potential damages than the bulk material.
Optimum technological solutions must take into account the entire life cycle of structures including design procedures as well as quality assurance, inspection, maintenance, and repair strategies. Unfortunately, current design standards do not provide a satisfactory basis to ensure expected structural lifetimes. The latter may vary from only a few years for temporary structures to over a century for bridges, water dams or nuclear repositories. Consistent scientific concepts are urgently required to cover this wide spectrum of lifetimes in structural design and maintenance. This was a motivation for a group of scientists at the Ruhr-University Bochum (RUB) to start a special research program supported by the German Research Foundation (DFG) within the Cooperative Research Center SFB 398 since 1996. Institutes of the University Wuppertal and of the University Essen-Duisburg joined the research group. The goal of the Center is to study sources of damage and deterioration in materials and structures, to develop consistent models and simulation methods, to predict structural lifetimes and finally to integrate this predictions into new lifetime-oriented design strategies.
Research activities in our center are organised in three Project Groups as follows:
- Modelling of lifetime effects
- Methods for lifetime-oriented structural analyses
- Future lifespan-oriented design strategies.
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entstehung eines ökonomischen Kraftmaßes am Beispiel der Maschine von Marly im Zeitraum von ca. 1680 bis 1840. Die Leitthese der Dissertation besagt, dass vom 17. zum 19. Jahrhundert eine grundlegende Transformation des Maschinenbegriffs stattfand, die als Übergang vom Substanzbegriff zum Funktionsbegriff der Maschine bezeichnet werden kann. Im 17. Jahrhundert wurden mechanische Apparate als in sich geschlossene, selbstbezügliche Strukturen aufgefasst. Als anschaulich erfahrbare Objekte konnten sie als Bildgeber dienen, die mittels des Verfahrens der Strukturanalogie Erklärungsmuster für verschiedenste Phänomene (Körper, Staat, Welt) boten. Demzufolge galten sie als selbstevident: sie waren erklärend und mussten selbst nicht erklärt werden. Ihr etwaiger Zweck und ihre Einbettung in gesellschaftliche Zusammenhänge spielten dabei keine Rolle. Wie anhand der Beschreibungen und Darstellungen aus jener Zeit nachgewiesen werden kann, wurde die Maschine von Marly innerhalb dieser Episteme als architektonisches Objekt wahrgenommen, bei dem vor allem das Zusammenspiel der einzelnen Elemente Aufmerksamkeit erregte. Wie andere Maschinen auch stand sie unter dem Primat der Sichtbarkeit. Man war davon überzeugt, dass die Eigenschaften einer Maschine von der strukturellen Anordnung ihrer Bauteile abhingen und glaubte, ihre Qualität an ihrer Gestalt ablesen zu können. Ab der Mitte des 18. Jahrhunderts tauchte die Maschine von Marly in den Schriften physiokratischer Autoren auf. Zuerst diente sie dort als Beispiel für die Verschwendungssucht Louis’ XIV. und als Metapher für eine schlechte Einrichtung des Staates. Doch zunehmend begann man, sie auch in ihrer Faktizität als technisch-politisches Objekt zu begreifen. Man kritisierte ihre aktuelle Nutzung und schlug andere Möglichkeiten ihrer Verwendung vor, etwa die Bewässerung von Feldern oder die städtische Trinkwasserversorgung. Damit war die Maschine von Marly nicht länger ein Modell für die Einrichtung des Staates, das nur am Maßstab der immanenten Perfektion beurteilt werden konnte. Vielmehr war sie nun ein Instrument der Regierung, das sich als Teil eines staatlich verfassten Gemeinwesens verantworten musste. Als solches wurde sie auch zu einem bevorzugten Gegenstand aufklärerischer Reformprojekte. Das zeigt sich besonders deutlich am Wettbewerb, den die Pariser Akademie der Wissenschaften 1784-1786 organisiert hatte und der Vorschläge zur Verbesserung oder Ersetzung der Maschine von Marly zum Gegenstand hatte. Die Auswertung der mehr als 100 eingereichten Projekte und Memoranden ermöglicht einen einzigartigen Blick auf die Hoffnungen und Wünsche, die Ende des 18. Jahrhunderts an die Erfindung technischer Geräte gekoppelt waren. Um 1800 kann man die allmähliche Entstehung eines Funktionsbegriffs der Maschine bemerken. Lazare Carnots Essai sur les machines en général, der eine in der Sprache der Algebra artikulierte Definition der Maschine beinhaltete, trug maßgeblich dazu bei, die Anschaulichkeit zugunsten eines operativen Symbolismus zu delegitimieren. Erst dadurch war die Formulierung eines Effizienzkalküls möglich. Ergänzt wurde diese Formalisierung durch den Diskurs der Industrialisierung, in dem technische Apparate zunehmend als Produktionsmittel verstanden wurden. Die Maschine von Marly war ein wichtiger Schauplatz für die Entstehung eines ökonomischen Kraftmaßes. Nicht nur wurden dort Experimente mit verschiedenen Messinstrumenten (Dynamometern) durchgeführt, auch diente sie Joseph Montgolfier als Beispiel um zu beweisen, dass Kraft als Geldwert ausgedrückt werden könne. In den ersten Jahrzehnten des 19. Jahrhundert wurden Maschinen schließlich relational als Positionen innerhalb eines nationalen Produktionssystems definiert. Sie galten als Krafttransformatoren, bei denen ein bestimmter Input von ‚force motrice’ einen entsprechenden Output von ‚travail utile’ ergeben würde. Ihre vornehmlichste Aufgabe war die möglichst effiziente Ausnutzung der Kraftressourcen. Den vorläufigen Endpunkt erreichte die Entstehung des ökonomischen Kraftmaßes um 1830 mit der Formulierung des Begriffs der ‚mechanischen Arbeit’.
Die effektive Kooperation aller beteiligten Fachplaner im Bauplanungsprozess ist die Voraussetzung für wirtschaftliches und qualitativ hochwertiges Bauen. Bauprojektorganisationen bestehen in der Regel aus zahlreichen unabhängigen Planungspartnern, die örtlich verteilt spezifische Planungsaufgaben bearbeiten und die Ergebnisse in Teilproduktmodellen ablegen. Da Planungsprozesse im Bauwesen stark arbeitsteilig ablaufen, sind die Teilproduktmodelle der einzelnen Fachplanungen in hohem Maße voneinander abhängig. Ziel des hier vorgestellten Ansatzes ist die Integration der Teilproduktmodelle der Gebäudeplanung in einem netzwerkbasierten Modellverbund am Beispiel der Brandschutzplanung. Im Beitrag werden die Probleme der Verteiltheit und insbesondere der semantischen Heterogenität der involvierten Teilproduktmodelle betrachtet. Der verteilte Zugriff wird mithilfe mobiler Software-Agenten realisiert. Die Agenten können sich dabei frei im netzwerkbasierten Planungsverbund bewegen und agieren als Vertreter der Fachplaner. Das Problem der semantischen Heterogenität der Teilproduktmodelle wird auf der Basis von Ontologien gelöst. Dazu werden erstens Domänenontologien entwickelt, die Objekte der realen Welt einer abgeschlossenen Domäne, hier des Brandschutzes, abbilden. Zweitens werden Applikationsontologien entwickelt, die die einzelnen proprietären Datenhaltungen (im Sinne von Teilproduktmodellen) der jeweiligen Fachplanungen repräsentieren. Beide Ontologien werden mit einem regelbasierten Ansatz verknüpft. Im vorgestellten Anwendungsfall Brandschutz dient die Domänenontologie als einheitliche Schnittstelle für den Zugriff auf die verteilten Modelle und abstrahiert dabei von deren Datenbankspezifika und proprietären Schemata. Mithilfe von mobilen Agenten und semantischen Technologien kann so eine Plattform zur Verfügung gestellt werden, die erstens die dynamische Integration von Ressourcen in den Planungsverbund erlaubt und zweitens auf deren Basis unabhängig von der Verteiltheit und Heterogenität der eingebundenen Ressourcen ingenieurgerechte Verarbeitungsmethoden realisiert werden können.
Für eine beherrschbare Koordination und Durchführung von Planungsaufgaben in Bauprojekten wird der Planungsprozess zunehmend in formalisierten Modellen – Prozessmodellen – beschrieben. Die Produktmodellforschung ihrerseits widmet sich der Speicherung von Planungsdaten in Form von objektorientierten Modellen im Rechner. Hauptaugenmerk sind dabei die Wahrung der Konsistenz und die Modellierung von Abhängigkeiten innerhalb dieses Planungsmaterials. Der Bezug zu den Akteuren der Planung wird nicht direkt hergestellt. Ein formal beschriebener Planungsprozesses kann in der Praxis noch nicht derart realisiert werden, dass ein Zugriff auf Einzelobjekte des Planungsprozesses gewährleistet ist. Bestehende Planungsunterstützungs- und Workflowmanagement-Systeme abstrahieren und ordnen das Planungsmaterial nach wie vor auf Dateiebene. Der vorliegende Artikel beschreibt eine Methode für die geeignete Verbindung von formalisierten Prozessmodellen in der Bauplanung mit den Einzelobjekten, die in den modellorientierten Objektmengen kodiert sind. Dabei wird die Zugehörigkeit bestimmter Objekte zu Plänen und Dokumenten (zum Zwecke des Datenaustauschs) nicht länger durch die physische Zuordnung zu Dateien festgelegt. Es wird ein formales Beschreibungsmittel vorgestellt, welches die entsprechende Teilmengenbildung aus der Gesamtheit der Planungsobjekte ermöglicht. Für die bisherigen Formen des Datenaustausches werden aus den Objektmodellen der Planung Teilmengen herausgelöst und physikalisch zwischen den Planern transportiert. Das neue Beschreibungsmittel hingegen erlaubt es, die Bildungsvorschrift für Objektteilmengen statt der Mengen selbst zwischen den Planern auszutauschen. Der Zugriff auf die konkreten Objekte findet dann direkt modellbasiert statt.
In this study we introduce a concept of discrete Laplacian on the plane lattice and consider its iteration dynamical system. At first we discuss some basic properties on the dynamical system to be proved. Next making their computer simulations, we show that we can realize the following phenomena quite well:(1) The crystal of waters (2) The designs of carpets, embroideries (3) The time change of the numbers of families of extinct animals, and (4) The echo systems of life things. Hence we may expect that we can understand the evolutions and self organizations by use of the dynamical systems. Here we want to make a stress on the following fact: Although several well known chaotic dynamical systems can describe chaotic phenomena, they have difficulties in the descriptions of the evolutions and self organizations.
The present study was designed to investigate the underlying factors determining the visual impressions of design-patterns that have complex textures. Design-patterns produced by "the dynamical system defined by iterations of discrete Laplacians on the plane lattice" were adopted as stimuli because they were not only complex, but also defined mathematically. In the experiment, 21 graduate and undergraduate students sorted 102 design-patterns into several groups by visual impressions. Those 102 patterns were classified into 12 categories by the cluster analysis. The results showed that the regularity of pattern was a most efficient factor for determining visual impressions of design-pattern, and there were some correspondence between visual impressions and mathematical variables of design-pattern. Especially, the visual impressions were influenced greatly by the neighborhood, and less influenced by steps of iterations.
The design and application of high performance materials demands extensive knowledge of the materials damage behavior, which significantly depends on the meso- and microstructural complexity. Numerical simulations of crack growth on multiple length scales are promising tools to understand the damage phenomena in complex materials. In polycrystalline materials it has been observed that the grain boundary decohesion is one important mechanism that leads to micro crack initiation. Following this observation the paper presents a polycrystal mesoscale model consisting of grains with orthotropic material behavior and cohesive interfaces along grain boundaries, which is able to reproduce the crack initiation and propagation along grain boundaries in polycrystalline materials. With respect to the importance of modeling the geometry of the grain structure an advanced Voronoi algorithm is proposed to generate realistic polycrystalline material structures based on measured grain size distribution. The polycrystal model is applied to investigate the crack initiation and propagation in statically loaded representative volume elements of aluminum on the mesoscale without the necessity of initial damage definition. Future research work is planned to include the mesoscale model into a multiscale model for the damage analysis in polycrystalline materials.
In this paper we evaluate 2D models for soil-water characteristic curve (SWCC), that incorporate the hysteretic nature of the relationship between volumetric water content θ and suction ψ. The models are based on nonlinear least squares estimation of the experimental data for sand. To estimate the dependent variable θ the proposed models include two independent variables, suction and sensors reading position (depth d in the column test). The variable d represents not only the position where suction and water content are measured but also the initial suction distribution before each of the hydraulic loading test phases. Due to this the proposed 2D regression models acquire the advantage that they: (a) can be applied for prediction of θ for any position along the column and (b) give the functional form for the scanning curves.
Räume und Gebäude sind heute wegen der enormen Funktionalität der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) in Kombination mit der sonstigen Ausstattung und den diversen Anwendungsprozessen und Nutzergruppen ohne innovative Konzepte der integrierten Bedienung kaum noch beherrschbar bzw. optimal nutzbar. Dies gilt sowohl für Wohn- als auch für Zweckimmobilien. Die Gebäudeleittechnik (GLT) und die Gebäudeautomation (GA) können hier unter sinnvoller Integration der Möglichkeiten der Mikroelektronik, Multimedia-, Kommunikations- und Informationstechnik erheblich zu nutzbringenden Innovationen beitragen. Die Automobilindustrie hat in den letzten Jahren gezeigt, wie durch einen integralen Systemansatz und durch Einsatz von Elektronik, Kommunikations- und Informationstechnik eine sinnvolle technische Assistenz der Anwender machbar ist. Genannt sei hier das Konzept des Cockpits mit integrierter Funktionsbündelung und der Informationskonzentration am Armaturenbrett. Im Gegensatz zum Automobil ist der Bereich der technischen Gebäudeausstattung in Wohn- und Nutzimmobilien gekennzeichnet durch eine starke Fragmentierung in unterschiedlichste Gewerke unter Beteiligung vieler oft schlecht koordinierter Akteure. Durch das Duisburger inHaus-Innovationszentrum für Intelligente Raum- und Gebäudesysteme der Fraunhofer-Gesellschaft wurden in den letzten Jahren neuartige Konzepte der Systemintegration heterogener Technik auf der Basis von Middleware-Plattformen und Multimedia-Technologien und -Geräten entwickelt, getestet und in die Anwendung getragen. Einer der ersten Systemanwendungen dieses offenen Infrastrukturkonzepts ist die integrierte Systembedienung mit zum Teil völlig neuen Bedienkonzepten und einer starken Bedienungsvereinfachung auch komplexester Technikausrüstungen in Immobilien. Der Beitrag beschreibt nach einer Analyse der Ausgangslage die technologischen Grundzüge der integrierten Systembedienung. Es folgen einige Anwendungsbeispiele und eine zusammenfassende Bewertung mit einem Ausblick auf weiterführende Aktivitäten.
A concept for integrated modeling of urban and rural hydrology is introduced. The concept allows for simulations on the catchment scale as well as on the local scale. It is based on a 2-layer-approach which facilitates the parallel coupling of a catchment hydrology model with an urban hydrology model, considering the interactions between the two systems. The concept has been implemented in a computer model combining a grid based distributed hydrological catchment model and a hydrological urban stormwater model based on elementary units. The combined model provides a flexible solution for time and spatial scale integration and offers to calculate separate water balances for urban and rural hydrology. Furthermore, it is GIS-based which allows for easy and accurate geo-referencing of urban overflow structures, which are considered as points of interactions between the two hydrologic systems. Due to the two-layer-approach, programs of measures can be incorporated in each system separately. The capabilities of the combined model have been tested on a hypothetical test case and a real world application. It could be shown that the model is capable of accurately quantifying the effects of urbanization in a catchment. The affects of urbanization can be analyzed at the catchment outlet, but can also be traced back to its origins, due to the geo-referencing of urban overflow structures. This is a mayor advantage over conventional hydrological catchment models for the analysis of land use changes.
Water resources development and management is a complex problem. It includes the design and operation of single system components, often as part of larger interrelated systems and usually on the basis of river basins. While several decades ago the dominant objective was the maximization of economic benefit, other objectives have evolved as part of the sustainable development envisaged. Today, planning and operation of larger water resources systems is practically impossible without adequate computer tools, normally being one or several models, increasingly combined with data bank management systems and multi criteria assessment procedures in decision support systems. The use of models in civil engineering already has a long history when structural engineering is considered. These design support models, however, must rather be seen as expert systems made to support the engineer with his daily work. They often have no direct link to stakeholders and the decision makers community. The scale of investigation is often much larger in water resources engineering than in structural engineering which is related to different stakeholders and decision making procedures. Still, several similarities are obvious which can be summarized as the search for a compromise solution on a complex, i.e. multiobjective and interdisciplinary decision problem. While in structural engineering e.g. aestetics, stability and energy consumption might be important evaluation criteria in addition to construction and maintenance cost other or additional criteria have to be considered in water resources planning such as political, environmental and social criteria. In this respect civil engineers tend to overemphasize technical criteria. For the future the existing expert systems should be embedded into an improved decision support shell, keeping in mind that decision makers are hardly interested in numerical modelling results. The paper will introduce into the problem and demonstrate the state of the art by means of an example.
HYPERMONOGENIC POLYNOMIALS
(2006)
It is well know that the power function is not monogenic. There are basically two ways to include the power function into the set of solutions: The hypermonogenic functions or holomorphic Cliffordian functions. L. Pernas has found out the dimension of the space of homogenous holomorphic Cliffordian polynomials of degree m, but his approach did not include a basis. It is known that the hypermonogenic functions are included in the space of holomorphic Cliffordian functions. As our main result we show that we can construct a basis for the right module of homogeneous holomorphic Cliffordian polynomials of degree m using hypermonogenic polynomials and their derivatives. To that end we first recall the function spaces of monogenic, hypermonogenic and holomorphic Cliffordian functions and give the results needed in the proof of our main theorem. We list some basic polynomials and their properties for the various function spaces. In particular, we consider recursive formulas, rules of differentiation and properties of linear independency for the polynomials.
Eine zielführende Anwendung von Zusatzmitteln bei der Ausführung anspruchsvoller Betonbauten setzt einen hohen Kenntnisstand bezüglich der Wirkungsmechanismen und Interaktionen der einzelnen Betonkomponenten voraus. In der vorliegenden Arbeit wurden einige Aspekte der Zementhydratation in Abhängigkeit von der Fließmittelzugabe diskutiert. Im Ergebnis liefern die Teile eins und zwei der vorliegenden Arbeit einen Beitrag dazu, Veränderungen der Fließfähigkeit von Zementleim in Abhängigkeit der Zementhydratation und Fließmittelzugabe besser zu verstehen. Es konnte so z.B. gezeigt werden, dass Bildung langprismatischer Kristalle (z.B. Syngenit, Gips) die Fließfähigkeit von Zementleim und Beton vermindert. Infolge anhaltender Scherung von Zementleimen / Betonen mit langprismatischen Kristallen wird ein Zuwachs an Fließfähigkeit erzielt. Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Kristalle in eine Vorzugsorientierung relativ zur Scherbewegung rotieren. Weiterhin wurde der Mechanismus einer so genannten Zement-Fließmittel-Inkompatibilität aufgezeigt. Durch diese Erweiterung des Kenntnisstandes zum Einfluss von Fließmitteln auf die Zementhydratation ist es möglich der Zement-Fließmittel-Inkompatibilität durch gezielte Auswahl des Zementes vorzubeugen. Dabei ist besonders darauf zu achten, dass der Zement ein ausgewogenes Verhältnis an zur Reaktion zur Verfügung stehendem C3A und Menge / Löslichkeit des Abbindereglers besitzt. Fließmittel verändern nicht nur die Verarbeitungseigenschaften sondern auch die Festigkeit und Dauerhaftigkeit von Zementstein und Beton. Im dritten Teil der vorliegenden Arbeit wird daher der Einfluss der Fließmittel und deren verflüssigender Wirkung auf die Festigkeitsentwicklung von Zementstein und C3S untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass durch die dispergierende Wirkung der Fließmittel auch ohne Verminderung des Wasserzementwertes, eine Verdichtung des Zementsteingefüges erzielt werden kann. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass durch die Erhöhung der Partikelpackungsdichte am Anfang der Hydratation die Ausbildung der festigkeitsgebenden C-S-H Phasen verändert wird. Ein dichteres Verwachsen dieser nanostrukturierten C-S-H Phasen ermöglicht einen zusätzlichen Festigkeitszuwachs.
Solid behavior as well as liquid behavior characterizes the flow of granular material in silos. The presented model is based on an appropriate interaction of a displacement field and a velocity field. The constitutive equations and the applied algorithm are developed from the exact solution for a standard case. The standard case evolves from a very tall vertical plane strain silo containing material that flows at a constant speed. No horizontal displacements and velocities take place. No changes regarding the field values arise in the vertical direction and in time. Tension is not allowed at any point. Coulomb friction represents the effects of the vertical walls. The interaction between the flowing material and the walls is covered by a forced boundary condition resulting in an additional matrix for the solid component as well as for the liquid component. The resulting integral equations are designed to be solved directly. Three coefficients describe the properties of the granular material. They govern elastic solid behavior in combination with viscous liquid behavior.
In this paper we evaluate 2D models for soil-water characteristic curve (SWCC), that incorporate the hysteretic nature of the relationship between volumetric water content Θ and suction Ψ. The models are based on nonlinear least squares estimation of the experimental data for sand. To estimate the dependent variable Θ the proposed models include two independent variables, suction and sensors reading position (depth d in the column test). The variable d represents not only the position where suction and water content are measured but also the initial suction distribution before each of the hydraulic loading test phases. Due to this the proposed 2D regression models acquire the advantage that they: (a) can be applied for prediction of Θ for any position along the column and (b) give the functional form for the scanning curves.
Mit diesen Ausführungen wird ein Beitrag zum weiteren Erhalt der historischen Bausubstanz in Mecklenburg aus der Sicht der Tragwerksanalyse geleistet. Dabei bestätigt es sich immer mehr, dass mit dem Modell der Geometrie, der Belastung und des Materials gleichberechtigte Modelle für eine wirklichkeitsnahe Einschätzung des Tragverhaltens eines Tragwerks vorliegen müssen. Es zeigt sich, dass dabei die besten Berechnungsprogramme nur die Ergebnisse liefern können, die mit den Eingabedaten zu erzielen sind. So hat sich der Forschungsschwerpunkt im Lehrgebiet Tragwerkslehre des FB Architektur an der Hochschule Wismar in den letzten Jahren auf die realistische Abbildung der Wechselwirkung zwischen der Bauaufnahme und der geometrischen Modellierung konzentriert. In diesem Bereich zeigen sich als Schwerpunkte die Wechselwirkung zwischen Schäden und Tragwerksanalyse und die Wechselwirkung zwischen der aufgenommenen Geometrie und dem geometrischen Modell für die Tragwerksanalyse. Die Fülle der aufgenommenen Daten sind dabei in der Regel mehr hinderlich als ein Segen für die Tragwerksanalyse. Hier wurde gezeigt, welche und wie viele geometrische Daten für das geometrische Modell für die Tragwerksanalyse sinnvoll sind. Da die eigene Datenaufnahme relativ viel Zeit beansprucht, wurde eine "geistige" Bauaufnahme durchgeführt. Dazu wird der historische Planungsprozess in den einzelnen Formfindungsschritten nachvollzogen und in die virtuelle Realität überführt. Mit dieser Methode ergeben sich unterschiedliche Bauzustände und es lassen sich auch mögliche Bauphasen abbilden. Die Tragwerksanalyse dieser virtuellen Realität zeigt dann mögliche Schwächen der Tragwerke und/oder die Notwendigkeit konstruktiver Veränderungen. Ein Vergleich der Ergebnisse der Tragwerksanalyse mit der Realität anhand des vorliegenden Datenbestands liefert die Grundlage für den aktuellen Handlungsbedarf. Da der Bauzustand eines Bauwerkes unter einer zeitlichen Veränderung steht, werden Methoden überprüft, die es ermöglichen, einen einmal vorgelegten Datenbestand aufzubereiten und weiter zu verwalten.
The one-dimensional continuous wavelet transform is a successful tool for signal and image analysis, with applications in physics and engineering. Clifford analysis offers an appropriate framework for taking wavelets to higher dimension. In the usual orthogonal case Clifford analysis focusses on monogenic functions, i.e. null solutions of the rotation invariant vector valued Dirac operator ∂, defined in terms of an orthogonal basis for the quadratic space Rm underlying the construction of the Clifford algebra R0,m. An intrinsic feature of this function theory is that it encompasses all dimensions at once, as opposed to a tensorial approach with products of one-dimensional phenomena. This has allowed for a very specific construction of higher dimensional wavelets and the development of the corresponding theory, based on generalizations of classical orthogonal polynomials on the real line, such as the radial Clifford-Hermite polynomials introduced by Sommen. In this paper, we pass to the Hermitian Clifford setting, i.e. we let the same set of generators produce the complex Clifford algebra C2n (with even dimension), which we equip with a Hermitian conjugation and a Hermitian inner product. Hermitian Clifford analysis then focusses on the null solutions of two mutually conjugate Hermitian Dirac operators which are invariant under the action of the unitary group. In this setting we construct new Clifford-Hermite polynomials, starting in a natural way from a Rodrigues formula which now involves both Dirac operators mentioned. Due to the specific features of the Hermitian setting, four different types of polynomials are obtained, two types of even degree and two types of odd degree. These polynomials are used to introduce a new continuous wavelet transform, after thorough investigation of all necessary properties of the involved polynomials, the mother wavelet and the associated family of wavelet kernels.
The importance of modern simulation methods in the mechanical analysis of heterogeneous solids is presented in detail. Thereby the problem is noted that even for small bodies the required high-resolution analysis reaches the limits of today's computational power, in terms of memory demand as well as acceptable computational effort. A further problem is that frequently the accuracy of geometrical modelling of heterogeneous bodies is inadequate. The present work introduces a systematic combination and adaption of grid-based methods for achieving an essentially higher resolution in the numerical analysis of heterogeneous solids. Grid-based methods are as well primely suited for developing efficient and numerically stable algorithms for flexible geometrical modeling. A key aspect is the uniform data management for a grid, which can be utilized to reduce the effort and complexity of almost all concerned methods. A new finite element program, called Mulgrido, was just developed to realize this concept consistently and to test the proposed methods. Several disadvantages which generally result from grid discretizations are selectively corrected by modified methods. The present work is structured into a geometrical model, a mechanical model and a numerical model. The geometrical model includes digital image-based modeling and in particular several methods for the theory-based generation of inclusion-matrix models. Essential contributions refer to variable shape, size distribution, separation checks and placement procedures of inclusions. The mechanical model prepares the fundamentals of continuum mechanics, homogenization and damage modeling for the following numerical methods. The first topic of the numerical model introduces to a special version of B-spline finite elements. These finite elements are entirely variable in the order k of B-splines. For homogeneous bodies this means that the approximation quality can arbitrarily be scaled. In addition, the multiphase finite element concept in combination with transition zones along material interfaces yields a valuable solution for heterogeneous bodies. As the formulation is element-based, the storage of a global stiffness matrix is superseded such that the memory demand can essentially be reduced. This is possible in combination with iterative solver methods which represent the second topic of the numerical model. Here, the focus lies on multigrid methods where the number of required operations to solve a linear equation system only increases linearly with problem size. Moreover, for badly conditioned problems quite an essential improvement is achieved by preconditioning. The third part of the numerical model discusses certain aspects of damage simulation which are closely related to the proposed grid discretization. The strong efficiency of the linear analysis can be maintained for damage simulation. This is achieved by a damage-controlled sequentially linear iteration scheme. Finally a study on the effective material behavior of heterogeneous bodies is presented. Especially the influence of inclusion shapes is examined. By means of altogether more than one hundred thousand random geometrical arrangements, the effective material behavior is statistically analyzed and assessed.
Objects for civil engineering applications can be identified with their reference in memory, their alpha-numeric name or their geometric location. Particularly in graphic user interfaces, it is common to identify objects geometrically by selection with the mouse. As the number of geometric objects in a graphic user interface grows, it becomes increasingly more important to treat the basic operations add, search and remove for geometric objects with great efficiency. Guttmann has proposed the Region-Tree (R-tree) for geometric identification in an environment which uses pages on disc as data structure. Minimal bounding rectangles are used to structure the data in such a way that neighborhood relations can be described effectively. The literature shows that the parameters which influence the efficiency of the R-trees have been studied extensively, but without conclusive results. The goal of the research which is reported in this paper is to determine reliably the parameters which significantly influence the efficiency of R-trees for geometric identification in technical drawings. In order to make this investigation conclusive, it must be performed with the best available software technology. Therefore an object-oriented software for the method is developed. This implementation is tested with technical drawings containing many thousands of geometric objects. These drawings are created automatically by a stochastic generator which is incorporated into a test bed consisting of an editor and a visualisor. This test bed is used to obtain statistics for the main factors which affect the efficiency of R-trees. The investigation shows that the following main factors which affect the efficiency can be identified reliably : number of geometric objects on the drawing the minimum und maximum number of children of a node of the tree the maximum width and height of the minimal bounding rectangles of the geometric objects relative to the size of the drawing.
We establish the basis of a discrete function theory starting with a Fischer decomposition for difference Dirac operators. Discrete versions of homogeneous polynomials, Euler and Gamma operators are obtained. As a consequence we obtain a Fischer decomposition for the discrete Laplacian. For the sake of simplicity we consider in the first part only Dirac operators which contain only forward or backward finite differences. Of course, these Dirac operators do not factorize the classic discrete Laplacian. Therefore, we will consider a different definition of a difference Dirac operator in the quaternionic case which do factorizes the discrete Laplacian.
This is an implementation of the Fillmore–Springer–Cnops construction (FSCc) based on the Clifford algebra capacities of the GiNaC computer algebra system. FSCc linearises the linear-fraction action of the Mobius group. This turns to be very useful in several theoretical and applied fields including engineering. The core of this realisation of FSCc is done for an arbitrary dimension, while a subclass for two dimensional cycles add some 2D-specific routines including a visualisation to PostScript files through the MetaPost or Asymptote software. This library is a backbone of many result published in, which serve as illustrations of its usage. It can be ported (with various level of required changes) to other CAS with Clifford algebras capabilities.
Die heute erhältlichen Web-Content Management-Systeme (WCMS) verfügen über ein umfangreiches und breit gefächertes Angebot an Funktionen, die weit über die, zur Redaktion und zum Management von Internetpräsentationen, not-wendigen Grundanforderungen hinausgehen. Das macht diese Systeme in ih-ren Einsatz sehr flexibel und deckt vielfältige Anforderungen der Endanwender ab. Andererseits steigt durch die dadurch bedingte Komplexität der Arbeitsauf-wand erheblich und die Bedien- und Benutzerfreundlichkeit sinkt. Gerade für kleinere Internetpräsentationen, die ohne aufwendige Interaktionsmöglichkeiten aber auf häufig wechselndem Informationsangeboten aufwarten, wäre dies in seiner Grundfunktionalität reduziertes System vorteilhaft. Ein solches reduziertes Web-Content Management-System soll während der Diplomarbeit entworfen und beispielhaft implementiert werden. Als Ausgangs- und Orientierungspunkt soll hierzu die Internetpräsentation der Professur Informations- und Wissensverarbeitung dienen. Zur softwaretechnischen Umsetzung sind PHP und MySQL in Verbindung mit regulären HTML und CSS zu be-nutzen. Für das weitere Vorgehen müssen zunächst die Struktur und der Aufbau der Internetpräsentation der Professur analysiert, strukturiert und formalisiert werden. Anschließend sind die am häufigsten professionell genutzten Webcontent-Managementsysteme (TYPO3 und weitere siehe www.opensourcecms.com) hinsichtlich der durch sie angebotenen Grundfunktionalitäten und der verwen-deten Templates und Vorlagen zu untersuchen. Die aus dieser Analyse resultierenden Ergebnisse sind Ausgangspunkt für die Anforderungsdefinition des zu erstellenden Mini-WCMS. Anschließend ist eine prototypische Implementierung des theoretisch entstan-denen Systems, zugeschnitten auf die speziellen Bedürfnisse der Professur, vorzunehmen und hinsichtlich seiner Eignung zu diskutieren.
The use of process models in the analysis, optimization and simulation of processes has proven to be extremely beneficial in the instances where they could be applied appropriately. However, the Architecture/Engineering/Construction (AEC) industries present unique challenges that complicate the modeling of their processes. A simple Engineering process model, based on the specification of Tasks, Datasets, Persons and Tools, and certain relations between them, have been developed, and its advantages over conventional techniques have been illustrated. Graph theory is used as the mathematical foundation mapping Tasks, Datasets, Persons and Tools to vertices and the relations between them to edges forming a directed graph. The acceptance of process modeling in AEC industries not only depends on the results it can provide, but the ease at which these results can be attained. Specifying a complex AEC process model is a dynamic exercise that is characterized by many modifications over the process model's lifespan. This article looks at reducing specification complexity, reducing the probability for erroneous input and allowing consistent model modification. Furthermore, the problem of resource leveling is discussed. Engineering projects are often executed with limited resources and determining the impact of such restrictions on the sequence of Tasks is important. Resource Leveling concerns itself with these restrictions caused by limited resources. This article looks at using Task shifting strategies to find a near-optimal sequence of Tasks that guarantees consistent Dataset evolution while resolving resource restrictions.
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.
Designing a structure follows a pattern of creating a structural design concept, executing a finite element analysis and developing a design model. A project was undertaken to create computer support for executing these tasks within a collaborative environment. This study focuses on developing a software architecture that integrates the various structural design aspects into a seamless functional collaboratory that satisfies engineering practice requirements. The collaboratory is to support both homogeneous collaboration i.e. between users operating on the same model and heterogeneous collaboration i.e. between users operating on different model types. Collaboration can take place synchronously or asynchronously, and the information exchange is done either at the granularity of objects or at the granularity of models. The objective is to determine from practicing engineers which configurations they regard as best and what features are essential for working in a collaborative environment. Based on the suggestions of these engineers a specification of a collaboration configuration that satisfies engineering practice requirements will be developed.
The aim of this paper is to present so-called discrete-continual boundary element method (DCBEM) of structural analysis. Its field of application comprises buildings constructions, structures and also parts and components for the residential, commercial and un-inhabitant structures with invariability of physical and geometrical parameters in some dimensions. We should mention here in particular such objects as beams, thin-walled bars, strip foundations, plates, shells, deep beams, high-rise buildings, extensional buildings, pipelines, rails, dams and others. DCBEM comes under group of semianalytical methods. Semianalytical formulations are contemporary mathematical models which currently becoming available for realization due to substantial speed-up of computer productivity. DCBEM is based on the theory of the pseudodifferential boundary equations. Corresponding pseudodifferential operators are discretely approximated using Fourier analysis or wavelet analysis. The main DCBEM advantages against the other methods of the numerical analysis is a double reduction in dimension of the problem (discrete numerical division applied not to the full region of the interest but only to the boundary of the region cross section, as a matter of fact one is solving an one-dimensional problem with the finite step on the boundary area of the region), one has opportunities to carrying out very detailed analysis of the specific chosen zones, simplified initial data preparation, simplistic and adaptive algorithms. There are two methods to define and conduct DCBEM analysis developed – indirect (IDCBEM) and direct (DDCBEM), thus indirect like in boundary element method (BEM) applied and used little bit more than direct.
The extended finite element method (XFEM) offers an elegant tool to model material discontinuities and cracks within a regular mesh, so that the element edges do not necessarily coincide with the discontinuities. This allows the modeling of propagating cracks without the requirement to adapt the mesh incrementally. Using a regular mesh offers the advantage, that simple refinement strategies based on the quadtree data structure can be used to refine the mesh in regions, that require a high mesh density. An additional benefit of the XFEM is, that the transmission of cohesive forces through a crack can be modeled in a straightforward way without introducing additional interface elements. Finally different criteria for the determination of the crack propagation angle are investigated and applied to numerical tests of cracked concrete specimens, which are compared with experimental results.
DIGITAL SUPPORT OF MATERIAL- AND PRODUCT SELECTION IN THE ARCHITECTURAL DESIGN- AND PLANNING PROCESS
(2006)
Architecture is predominantly perceived over the surfaces limiting the space. The used surface materials thereby should support the design intention and have to fulfil various technical and economical requirements. If the architect wants to select the "right" or the "best" material he has to play with very different and sometimes contradicting criteria and must weight these individually for the special purpose. This selection process is supported only insufficiently by today's digital systems. If it would be possible to illustrate all the various parameters by numerical values, the method of multidimensional scaling will offer a solution for architects to find the material which is best fitting on basis of his individual weighting of criteria. By displaying the result of the architect's multidimensional query in a spatial arrangement multidimensional scaling can support an interactive selection process with additional feedback over the applied search strategy.
Virtual studio technology plays an important role for modern television productions. Blue-screen matting is a common technique for integrating real actors or moderators into computer generated sceneries. Augmented reality offers the possibility to mix real and virtual in a more general context. This article proposes a new technological approach for combining real studio content with computergenerated information. Digital light projection allows a controlled spatial, temporal, chrominance and luminance modulation of illumination – opening new possibilities for TV studios.
DECENTRALIZED APPROACHES TO ADAPTIVE TRAFFIC CONTROL AND AN EXTENDED LEVEL OF SERVICE CONCEPT
(2006)
Traffic systems are highly complex multi-component systems suffering from instabilities and non-linear dynamics, including chaos. This is caused by the non-linearity of interactions, delays, and fluctuations, which can trigger phenomena such as stop-and-go waves, noise-induced breakdowns, or slower-is-faster effects. The recently upcoming information and communication technologies (ICT) promise new solutions leading from the classical, centralized control to decentralized approaches in the sense of collective (swarm) intelligence and ad hoc networks. An interesting application field is adaptive, self-organized traffic control in urban road networks. We present control principles that allow one to reach a self-organized synchronization of traffic lights. Furthermore, vehicles will become automatic traffic state detection, data management, and communication centers when forming ad hoc networks through inter-vehicle communication (IVC). We discuss the mechanisms and the efficiency of message propagation on freeways by short-range communication. Our main focus is on future adaptive cruise control systems (ACC), which will not only increase the comfort and safety of car passengers, but also enhance the stability of traffic flows and the capacity of the road (“traffic assistance”). We present an automated driving strategy that adapts the operation mode of an ACC system to the autonomously detected, local traffic situation. The impact on the traffic dynamics is investigated by means of a multi-lane microscopic traffic simulation. The simulation scenarios illustrate the efficiency of the proposed driving strategy. Already an ACC equipment level of 10% improves the traffic flow quality and reduces the travel times for the drivers drastically due to delaying or preventing a breakdown of the traffic flow. For the evaluation of the resulting traffic quality, we have recently developed an extended level of service concept (ELOS). We demonstrate our concept on the basis of travel times as the most important variable for a user-oriented quality of service.
Datenmodelle zur Bearbeitung von Ingenieuraufgaben am Beispiel von Wohnhäusern in Stahlbauweise
(2006)
Modelle bilden die Grundlage der Planung. Sie repräsentieren die zur Bearbeitung erforderlichen Eigenschaften eines Bauwerks in einer an die spezifische Aufgabe angepassten Form. Zwischen den verschiedenen zur Abbildung des Bauwerks eingesetzten Modellen bestehen fachliche Zusammenhänge bezüglich der darin abgebildeten Aspekte. Diese Abhängigkeiten werden in der praktischen Planungsbearbeitung gegenwärtig auf Grundlage von Erfahrungswerten, normativen Vorgaben und vereinfachenden Annahmen berücksichtigt. Die detailliertere Modellierung von Bauwerkseigenschaften führt zu einer engeren Verzahnung der verschiedenen Modelle. Um eine fachliche Inselbildung zu vermeiden, ist eine entsprechend angepasste Abbildung der zwischen den einzelnen Modellen bestehenden Beziehungen erforderlich. Mit den steigenden Ansprüchen an eine Bearbeitung von Ingenieuraufgaben gewinnt eine über den Zweck der Bereitstellung ausgewählter Informationen zum Bauwerk und der Unterstützung eines Datenaustauschs zwischen verschiedenen Fachplanern hinausgehende datentechnische Abbildung an Bedeutung. Dies setzt eine Diskussion der Anforderungen an eine solche Beschreibung aus fachlicher Sicht voraus. Die Untersuchung der fachlichen Anforderungen wird am Beispiel von Wohnhäusern in Stahlbauweise geführt.
The present paper is part of a comprehensive approach of grid-based modelling. This approach includes geometrical modelling by pixel or voxel models, advanced multiphase B-spline finite elements of variable order and fast iterative solver methods based on the multigrid method. So far, we have only presented these grid-based methods in connection with linear elastic analysis of heterogeneous materials. Damage simulation demands further considerations. The direct stress solution of standard bilinear finite elements is severly defective, especially along material interfaces. Besides achieving objective constitutive modelling, various nonlocal formulations are applied to improve the stress solution. Such a corrective data processing can either refer to input data in terms of Young's modulus or to the attained finite element stress solution, as well as to a combination of both. A damage-controlled sequentially linear analysis is applied in connection with an isotropic damage law. Essentially by a high resolution of the heterogeneous solid, local isotropic damage on the material subscale allows to simulate complex damage topologies such as cracks. Therefore anisotropic degradation of a material sample can be simulated. Based on an effectively secantial global stiffness the analysis is numerically stable. The iteration step size is controlled for an adequate simulation of the damage path. This requires many steps, but in the iterative solution process each new step starts with the solution of the prior step. Therefore this method is quite effective. The present paper provides an introduction of the proposed concept for a stable simulation of damage in heterogeneous solids.
The design of challenging space structures frequently relies on the theory of folded plates. The models are composed of plane facets of which the bending and membrane stiffness are coupled along the folds. In conventional finite element analysis of faceted structures the continuity of the displacement field is enforced exclusively at the nodes. Since approximate solutions for transverse and for in-plane displacements are not members of the same function space, separation occurs in between the common nodes of adjacent elements. It is shown that the kinematic assumptions of Bernoulli are accounted for this incompatibility along the edges in facet models. A general answer to this problem involves substantial modification of plate and membrane theory, but a straight forward formulation can be derived for simply folded plates, structures, whose folds do not intersect. A broad class of faceted structures, including models of various curved shells, belong to this category and can be calculated consistently. The additional requirements to assure continuity concern the mapping of displacement derivatives on the edges. An appropriate finite facet element provides node and edge-oriented degrees of freedom, whose transformation to system degrees of freedom, depends on the geometric configuration at each node. The concept is implemented using conform triangular elements. To evaluate the new approach, the energy norm of representative structures for refined meshes is calculated. The focus is placed on the mathematical convergence towards reliable solutions obtained from finite volume models.
Practical examples show that the improvement in cost flow and total amount of money spend in construction and further use may be cut significantly. The calculation is based on spreadsheets calculation, very easy to develop on most PC´s now a days. Construction works, are a field where the evaluation of Cash Flow can be and should be applied. Decisions about cash flow in construction are decisions with long-term impact and long-term memory. Mistakes from the distant past have a massive impact on situations in the present and into the far economic future of economic activities. Two approaches exist. The Just-in-Time (JIT) approach and life cycle costs (LCC) approach. The calculation example shows the dynamic results for the production speed in opposition to stable flow of production in duration of activities. More sophisticated rescheduling in optimal solution might bring in return extra profit. In the technologies and organizational processes for industrial buildings, railways and road reconstruction, public utilities and housing developments there are assembly procedures that are very appropriate for the given purpose, complicated research-, development-, innovation-projects are all very good aspects of these kinds of applications. The investors of large investments and all public invested money may be spent more efficiently if an optimisation speed-strategy can be calculated.
Unconstrained models are very often found in the broad spectrum of different theories of traffic demand models. In these models there are none or only one-sided restrictions influencing the choice of the individual. However in the traffic demand different deciding dependencies of the traffic volume with regard to the specific conditions of the territory structure potentials exist. Kichhoff and Lohse introduced bi- and tri-linearly constrained models to show these dependencies. In principle, the dependencies are described as hard, elastic and open boundary sum criteria. In this article a model is formulated which gets away from these predefined boundary sum criteria and allows a free determination of minimal and maximal boundary sum criteria. The iterative solution algorithm is shown according to a FURNESS procedure at the same time. With the approach of freely selectable minimal and maximal boundary sum criteria the modeling transport planner gets the possibility to show the traffic event even better. Furthermore all common boundary sum criteria can be calculated with this model. Therewith the often necessary and sensible standard and special cases can also be modeled.
Die Kommunale Wohnungsgesellschaft mbH Erfurt(KoWo) ist mit ihren rund 20.000 Wohnungen in der Landeshauptstadt das größte Wohnungsunternehmen in Thüringen. Der Immobilienbestand ist heterogen in seinem technischen Zustand und im Bezug auf die unterschiedlichen Lagen der Objekte. Bedingt durch Leerstände und unterschiedliche Modernisierungsmaßnahmen und -stände unterscheidet sich die Wirtschaftlichkeit verschiedener Objekte deutlich. Ohne eine einheitliche Einwertung des Immobilienbestandes im Bezug auf die Objektattraktivität, die Standortqualität und die Objektwirtschaftlichkeit fällt eine langfristige strategische Entwicklung des Immobilienportfolios schwer. Über die Schritte der technischen Bestandserfassung, die Einwertung über ein Scorintmodell, die Abbildung in einem Portfoliomodell mit zugehöriger Normstrategie bis hin zur Weiterverarbeitung der Daten in der 20-jährigen Instandsetzungsplanung wird praxisnah aufgezeigt, wie die Vorgehensweise bei der Einwertung des Immobilienportfolios ist.
Für eine gesicherte Planung im Bestand, sind eine Fülle verschiedenster Informationen zu berücksichtigen, welche oft erst während des Planungs- oder Bauprozesses gewonnen werden. Voraussetzung hierfür bildet immer eine Bestandserfassung. Zwar existieren Computerprogramme zur Unterstützung der Bestandserfassung, allerdings handelt es sich hierbei ausschließlich um Insellösungen. Der Export der aufgenommenen Daten in ein Planungssystem bedingt Informationsverluste. Trotz der potentiellen Möglichkeit aktueller CAAD/BIM Systeme zur Verwaltung von Bestandsdaten, sind diese vorrangig für die Neubauplanung konzipiert. Die durchgängige Bearbeitung von Sanierungsprojekten von der Erfassung des Bestandes über die Entwurfs- und Genehmigungsplanung bis zur Ausführungsplanung innerhalb eines CAAD/BIM Systems wird derzeit nicht adäquat unterstützt. An der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) der Fakultät Architektur der Bauhaus-Universität Weimar entstanden im Rahmen des DFG Sonderforschungsbereich 524 "Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken" in den letzten Jahren Konzepte und Prototypen zur fachlich orientierten Unterstützung der Planung im Bestand. Der Fokus lag dabei in der Erfassung aller planungsrelevanter Bestandsdaten und der Abbildung dieser in einem dynamischen Bauwerksmodell. Aufbauend auf diesen Forschungsarbeiten befasst sich der Artikel mit der kontextbezogenen Weiterverwendung und gezielten Bereitstellung von Bestandsdaten im Prozess des Planens im Bestand und der Integration von Konzepten der planungsrelevanten Bestandserfassung in marktübliche CAAD/BIM Systeme.
The idea about a simulation program to support urban planning is explained: Four different, clearly defined developing paths can be calculated for the rebuilding of a shrinking town. Aided by self-organization principles, a complex system can be created. The dynamics based on the action patterns of single actors, whose behaviour is cyclically depends on the generated structure. Global influences, which control the development, can be divided at a spatial, socioeconomic, and organizational-juridical level. The simulation model should offer conclusions on new planning strategies, especially in the context of the creation process of rebuilding measures. An example of a transportation system is shown by means of prototypes for the visualisation of the dynamic development process.
In this paper proposed the application of two-parameters damage model, based on non-linear finite element approach, to the analysis of masonry panels. Masonry is treated as a homogenized material, for which the material characteristics can be defined by using homogenization technique. The masonry panels subjected to shear loading are studied by using the proposed procedure within the framework of three-dimensional analyses. The nonlinear behaviour of masonry can be modelled using concepts of damage theory. In this case an adequate damage function is defined for taking into account different response of masonry under tension and compression states. Cracking can, therefore, be interpreted as a local damage effect, defined by the evolution of known material parameters and by one or several functions which control the onset and evolution of damage. The model takes into account all the important aspects which should be considered in the nonlinear analysis of masonry structures such as the effect of stiffness degradation due to mechanical effects and the problem of objectivity of the results with respect to the finite element mesh. Finally the proposed damage model is validated with a comparison with experimental results available in the literature.
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.
Early sensor-based infrastructures were often developed by experts with a thorough knowledge of base technology for sensing information, for processing the captured data, and for adapting the system’s behaviour accordingly. In this paper we argue that also end-users should be able to configure Ubiquitous Computing environments. We introduce the CollaborationBus application: a graphical editor that provides abstractions from base technology and thereby allows multifarious users to configure Ubiquitous Computing environments. By composing pipelines users can easily specify the information flows from selected sensors via optional filters for processing the sensor data to actuators changing the system behaviour according to the users’ wishes. Users can compose pipelines for both home and work environments. An integrated sharing mechanism allows them to share their own compositions, and to reuse and build upon others’ compositions. Real-time visualisations help them understand how the information flows through their pipelines. In this paper we present the concept, implementation, and early user feedback of the CollaborationBus application.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Komplexität ist ein genuin architektonisches Problem. Der Begriff von Architektur als einer universellen Praxis bzw. ganzheitlichen Erkenntnisweise enthält bereits im Kern den Begriff 'Komplexität'. Beide Konzepte fallen weithin zusammen – Architektur kann damit als spezifische Denkform des Komplexen betrachtet werden. Das in der Arbeit aufgezeigte Dilemma besteht darin, dass der modernen Architektur ihr ursprünglicher Gestaltungsgegenstand – Komplexität – abhanden gekommen ist: 'Nönnig dekonstruiert zu Recht die hoch aggregierten Begriffe des Raumes und des Entwurfs. Die gesamte Arbeit zeigt, dass die modernen Beschreibungsformen von Komplexität gerade nicht in der Architektur entwickelt sind.' (Prof. Gerd Zimmermann, Weimar). Um dieses Defizit zu beheben und Architektur als eigenständige Wissenstechnik ('Technoepisteme') zu etablieren, wird ausgehend von spezifischen 'Praxis- und Diskursdefiziten' ein Theorieszenario entwickelt, mit dem und in dem Architektur sich als komplexe Wissensform verwirklicht (u.a. Komplexe Systeme, Design Sciences, Operationale Heuristik). 'Vorliegende Arbeit ist der Versuch […] die Architektur gewissermaßen wieder in den Stand zu setzen, der ihr im System des Denkens eigentlich zukommt […] Der Komplexitätsdiskurs in der Architektur ist zurück.' (Prof. Gerd Zimmermann, Weimar)
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.
The reduction of oscillation amplitudes of structural elements is necessary not only for maintenance of their durability and longevity but also for elimination of a harmful effect of oscillations on people and technology operations. The dampers are widely applied for this purpose. One of the most widespread models of structural friction forces having piecewise linear relation to displacement was analysed. T The author suggests the application of phase trajectories mapping in plane "acceleration – displacement". Unlike the trajectories mapping in a plane "velocity – displacement", they don't require large number of geometrical constructions for identification of the characteristics of dynamic systems. It promotes improving the accuracy. The analytical assumptions had been verified by numerical modeling. The results show good enough coincide between numerical and analytical estimation of dissipative characteristic.
The quaternionic operator calculus can be applied very elegantly to solve many important boundary value problems arising in fluid dynamics and electrodynamics in an analytic way. In order to set up fully explicit solutions. In order to apply the quaternionic operator calculus to solve these types of boundary value problems fully explicitly, one has to evaluate two types of integral operators: the Teodorescu operator and the quaternionic Bergman projector. While the integral kernel of the Teodorescu transform is universal for all domains, the kernel function of the Bergman projector, called the Bergman kernel, depends on the geometry of the domain. Recently the theory of quaternionic holomorphic multiperiodic functions and automorphic forms provided new impulses to set up explicit representation formulas for large classes of hyperbolic polyhedron type domains. These include block shaped domains, wedge shaped domains (with or without additional rectangular restrictions) and circular symmetric finite and infinite cylinders as particular subcases. In this talk we want to give an overview over the recent developments in this direction.
The paper is devoted to the investigation of dynamical behavior of a cable under influence of various types of excitations. Such element has a low rigidity and is sensitive to dynamic effect. The structural scheme is a cable which ends are located at different level. The analysis of dynamical behavior of the cable under effect of kinematical excitation which is represented by the oscillations of the upper part of tower is given. The scheme of cable is accepted such, that lower end of an inclined cable is motionless. The motion of the upper end is assumed only in horizontal direction. The fourth-order Runge-Kutta method was realized in software. The fast Fourier transform was used for spectral analysis. Standard graphical software was adopted for presenting results of investigations. The mathematical model of oscillations of a cable was developed by the account of the viscous damping. The analysis of dynamical characteristics of a cable for various parameters of damping and kinematical excitation was carried out. The time series, spectral characteristics and amplitude-frequencies characteristics was obtained. The resonance amplitude for different oscillating regimes was estimated. It is noted that increasing of the coefficient of the viscous damping and decreasing of the amplitude of tower's oscillations reduces the value of the critical frequency and the resonant amplitudes.
Für die Ausführung des Oberbaus von Verkehrsflächen existiert in Abhängigkeit von projektspezifischen Voraussetzungen eine Vielzahl von verschiedenen Varianten. Aufgrund von Erfahrungen der Projektplaner werden bei ähnlichen Voraussetzungen häufig gleichartige Ausführungsvarianten gewählt. Um eine mögliche Lösungsvariante für den Straßenoberbau zu erhalten, sollten daher nicht nur die gesetzlichen Richtlinien sondern auch bereits beendete Projekte berücksichtigt werden. Im Rahmen eines Wissenschaftlichen Kollegs an der Bauhaus-Universität Weimar wurde die Anwendung des Case-Based Reasoning für die Auswahl von Ausführungsvarianten für den Straßenoberbau untersucht. In diesem Beitrag werden die grundlegenden Konzepte des Case-Based Reasoning und die Bestimmung von ähnlichen Varianten anhand einfacher Beispiele aus dem Straßenoberbau dargestellt.