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In this paper a meshless component is presented, which internally uses the common meshless interpolation technique >Moving Least Squares<. In contrast to usual meshless integration schemes like the cell quadrature and the nodal integration in this study integration zones with triangular geometry spanned by three nodes are used for 2D analysis. The boundary of the structure is defined by boundary nodes, which are similar to finite element nodes. By using the neighborhood relations of the integration zones an efficient search algorithm to detected the nodes in the influence of the integration points was developed. The components are directly coupled with finite elements by using a penalty method. An widely accepted model to describe the fracture behavior of concrete is the >Fictitious Crack Model< which is applied in this study, which differentiates between micro cracks and macro cracks, with and without force transmission over the crack surface, respectively. In this study the crack surface is discretized by node pairs in form of a polygon, which is part of the boundary. To apply the >Fictitious Crack Model< finite interface elements are included between the crack surface nodes. The determination of the maximum principal strain at the crack tip is done by introducing an influence area around the singularity. On a practical example it is shown that the included elements improve the model by the transmission of the surface forces during monotonic loading and by the representation of the contact forces of closed cracks during reverse loading.
The development of the qualitative methods of investigation of dynamic systems, suggested by the authors, is the effective means for identification of dynamic systems. The results of the extensive investigations of the behaviour of linear dynamic systems and symmetrical system with double well potential under polyharmonic excitation are given in the paper. Phase space of dynamic systems is multi-dimensional. Each point of this space is characterized by not less than four co-ordinates. In particular: displacement, velocity, acceleration and time. Real space has three dimensions. It is more convenient for the analysis. We consider the phase space as limited to three dimensions, namely displacement, velocity and acceleration. Another choice of parameters of phase planes is also possible [1, 2]. Phase trajectory on a plane is of the greatest interest. It is known that accelerations of points are more sensitive to deviations of oscillations from harmonic ones. It is connected with the fact that power criteria on it are interpreted most evidently. Besides, dependence is back symmetric relative to axis of the diagram of elastic characteristic. Only the phase trajectories allow establishing a type and a level of non-linearity of a system. The results of the extensive investigations of the dynamic systems behaviour under polyharmonic excitation are given in the paper. The use of the given phase trajectories enables us to determine with a high degree of reliability the following peculiarities: - presence or absence of non-linear character of behaviour of a dynamic system; - type of non-linearity; - type of dynamic process (oscillations of the basic tone, combinative oscillations, chaotic oscillations.). Unlike existing asymptotic and stochastic methods of identification of dynamic systems, the use of the suggested technique is not connected with the use of a significant amount of computing procedures, and also it has a number of advantages at the investigation of complicated oscillations.
In den zurückliegenden Jahren wurden an der Professur Massivbau I umfangreiche Untersuchungen zur Modellbildung und rechnerischen Erfassung des Tragverhaltens von Tragwerken und Tragwerkselementen aus Stahlbeton und Spannbeton unter Berücksichtigung von Rißbildungen und Plastizierungen durchgeführt. Diesen Untersuchungen liegt als einheitliches methodisches Konzept der mathematischen Problembeschreibung und Problemlösung die mathematische Optimierung zugrunde. Bereits anläßlich des IKM 1994 [1] hatte der Verfasser Gelegenheit, zusammenfassend über Ergebnisse bei der Anwendung der mathematischen Optimierung im Bereich der nichtlinearen Tragwerksanalyse zu berichten. Der vorliegende Beitrag, soll einen Überblick über seitdem untersuchte Problemkreise und dabei gewonnene Ergebnisse und Erfahrungen vermitteln. Bei der Anwendung der linearen und quadratischen Optimierung sind wegen der geforderten Linearität der Nebenbedingungen Vereinfachungen bei der Modellbildung des stahlbetonspezifischen Tragverhaltens unumgänglich. Besonders betroffen sind die Ansätze zur Beschreibungen des Materialverhaltens. Durch den Einsatz allgemeiner nichtlinearer mathematischer Optimierungsmethoden lässt sich eine methodisch bedingte Linearisierung des Berechnungsmodells umgehen....
Die heutige Situation in der Tragwerksplanung ist durch das kooperative Zusammenwirken einer größeren Anzahl von Fachleuten verschiedener Disziplinen (Architektur, Tragwerksplanung, etc.) in zeitlich befristeten Projektgemeinschaften gekennzeichnet. Bei der Abstimmung der hierdurch bedingten komplexen, dynamischen und vernetzten Planungsprozesse kommt es dabei häufig zu Planungsmängeln und Qualitätseinbußen. Dieser Artikel zeigt auf, wie mit Hilfe der Agententechnologie Lösungsansätze zur Verbesserung der Planungssituation erreicht werden können. Hierzu wird ein Agentenmodell für die vernetzt-kooperative Tragwerksplanung vorgestellt und anhand der Planung einer Fußgängerbogenbrücke anschaulich demonstriert. Das Agentenmodell erfasst (1) die beteiligten Fachplaner und Organisationen, (2) die tragwerksspezifischen Planungsprozesse, (3) die zugehörigen (Teil-)Produktmodelle und (4) die genutzte (Ingenieur-)Software. Hieraus leiten sich die drei Teilmodelle (1) agentenbasiertes Kooperationsmodell, (2) agentenbasierte Produktmodellintegration und (3) Modell zur agentenbasierten Software-Integration ab. Der Fokus des Artikels liegt auf der Darstellung des agentenbasierten Kooperationsmodells.
Seit die Datenverarbeitung in ihrer Komplexität sich der Thematik des Computer Integrated Manufacturing widmet gehört die Produktionsplanung und Steuerung zu jenen Bereichen, in denen eine Computerunterstützung am vordringlichsten erschien. Später sind betriebswirtschaftliche Gesamtlösungen entstanden, die (bis heute recht unpräzise) als Enterprise Resource Planning (ERP)-Systeme bezeichnet werden und in ihren Logistik-Modulen auch Funktionen der Produktionsplanung abdecken. Alle bekannten MRP-, PPS- und auch ERP-Systeme beruhen auf einer Sukzessivplanung. Advanced Planning and Scheduling (APS) Systems finden seit etwa 1995 zunehmend Interesse. Neben Demand Planning, Production Planning and Scheduling, Distribution Planning, Transportation Planning und Supply Chain Planning werden Lösungen für Anzahl und Standorte von Produktionsstätten und Auslieferungslagern, Zuordnung zu Produktionsstätten, Kapazitätsbestimmung für Arbeitskräfte und Betriebsmittel je Standort, Lagerhaltung je Teil und Lager, Bestimmung benötigter Transportmittel und Häufigkeit ihres Einsatzes, Zuordnung von Lagern zu Produktionsstätten von Märkten zu Lagern u.a.m. von APS-Systemen erwartet. D.h. APS-Systeme ergänzen ERP-Lösungen, nutzen die bereits durch das ERP-System vorhandenen Daten und benötigen neuartige Algorithmen und (Meta-) Heuristiken. Im Rahmen des Vortrages werden Modelle und Echtzeitalgorithmen zur Optimierung der Logistik für Prozesse mit kurzfristigen Anforderungen, geographisch verteilter Produktion, Lagerhaltung der Ausgangs-, Zwischen- und Endprodukte und wechselnden Transport-Bedingungen aus der Sicht der praktischen Umsetzung und Anwendung in Form einer ASP-Lösung aufgezeigt und diskutiert.
Der Beitrag basiert auf den Ansätzen und Ergebnissen des Forschungsprojekts >Prozessorientierte Vernetzung von Ingenieurplanungen am Beispiel der Geotechnik<, das im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1103 >Vernetzt-kooperative Planungsprozesse im Konstruktiven Ingenieurbau< von der DFG gefördert wird. Ziel des gemeinsam mit dem Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen an der TU Darmstadt durchgeführten Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer netzwerkbasierten Kooperationsplattform zur Unterstützung von geotechnischen Ingenieurplanungen. Daher konzentriert sich das Forschungsprojekt auf die Abbildung und Koordination der Planungsprozesse für Projekte des Konstruktiven Ingenieurbaus vor dem Hintergrund der stark arbeitsteiligen Projektbearbeitung in einer verteilten Rechnerumgebung. Der Beitrag stellt die Abstraktion von Prozessmustern im Bauplanungsprozess als Basis für die dynamische Prozessmodellierung in einem Kooperationsmodell dar. Ziel ist es, durch die Identifikation der mit dem Entwurf und der Dimensionierung eines Bauteils verbundenen Planungs- und Abstimmungsprozesse einen bauteilbezogenen Katalog von Prozessmustern zu abstrahieren. Die einzelnen Prozessmuster werden in jedem Bauplanungsprozess dynamisch über geeignete Kopplungsmechanismen in das aktuelle Prozessmodell integriert, so dass die für den Bauplanungsprozess typischen Veränderungen der Konstruktion und der Zusammensetzung des Planungsteams im Prozessmodell berücksichtigt werden können. Dazu werden im Beitrag die bisherigen Ergebnisse der Analyse des Planungsprozesses eines großen innerstädtischen Bauvorhabens, das als Referenzobjekt dient, sowie typischer Planungsszenarien in der Geotechnik vorgestellt. Anschließend werden Grundlagen und methodische Ansätze zur Modellierung von Prozessen mit der Methode der farbigen Petri-Netze mit individuellen Marken vorgestellt. Anhand von Beispielen für bauteilorientierte Prozessmuster wird die Funktionalität der Prozessmuster in sich und im gegenseitigen Zusammenspiel erläutert
Objektorientierte Anwendungen aus dem Ingenieurwesen bestehen aus strukturierten Mengen, deren Elemente Objekte sind. Zwischen den Objekten bestehen vielfältige Abhängigkeiten. Die Beziehungen sind zur Zeit der Entwicklung einer Anwendung nur teilweise bekannt. Beziehungen zwischen Objekten müssen deshalb auch zur Laufzeit der Anwendung erzeugt und gelöscht werden können. Aufgrund des hohen Rechenaufwandes wird die Objektbasis einer Anwendung verzögert aktualisiert. Eine objektorientierte Anwendung wird auf Grundlage der Systemtheorie als System formal beschrieben. Als Elemente des Systems werden Attribute, Objekte und Objektmengen eingeführt. Die in den Methoden der Objekte implementierten Algorithmen bestimmen die Bindungsrelation des Systems. Auf Grundlage der Graphentheorie wird die Reihenfolge der Aktualisierung der Objektbasis berechnet. ...
Anlass zum Abriss der Brücke; Das abzubrechende Bauwerk; Vorgaben für den Abbruch (gemäß der Ausschreibung, aus statischer Sicht, aus Arbeitsschutzgründen); Abbruch der Aufbauten und der Fahrbahnplatte (Abbruch der Aufbauten, Problem Festpunkt Bogenscheitel – Fahrbahn, Abbruch Plattenbalken und Pfeilerscheiben); Abbruch der Bögen (Abbruchgerüst, Scheitelöffnung, Bogenrückbau, Kontrollsystem). Noch nie zuvor war in Deutschland eine Bogenbrücke auf diese Art und Weise abgebrochen worden. Maßgeblich für das Gelingen des schwierigen Rückbaus der Teufelstalbrücke war das Verantwortungsbewusstsein der Beteiligten im Zusammenhang mit der notwendigen Risikobereitschaft, aber auch mit der Vermeidung unnötiger Restrisiken schon von vornherein. Zur Risikominimierung trugen die gute Organisation des Vorhabens, regelmäßige gemeinsame Baustellenbegehungen mit Vertretern der für Sicherheit zuständigen Institutionen (Amt für Arbeitsschutz Gera, Bau-Berufsgenossenschaft, Sicher-heits- und Gesundheitsschutzkoordinator) sowie die technische Ausstattung bei. All dies führte letztendlich zum Erfolg einer Maßnahme, bei der man den bisherigen Erfahrungsbereich verlassen musste.
This paper is concerned with the numerical treatment of quasilinear elliptic partial differential equations. In order to solve the given equation we propose to use a Galerkin approach, but, in contrast to conventional finite element discretizations, we work with trial spaces that, not only exhibit the usual approximation and good localization properties, but, in addition, lead to expansions of any element in the underlying Hilbert spaces in terms in multiscale or wavelet bases with certain stability properties. Specifically, we select as trial spaces a nested sequence of spaces from an appropriate biorthogonal multiscale analysis. This gives rise to a nonlinear discretized system. To overcome the problems of nonlinearity, we make use of the machinery of interpolating wavelets to obtain knot oriented quadrature rules. Finally, Newton's method is applied to approximate the solution in the given ansatz space. The results of some numerical experiments with different biorthogonal systems, confirming the applicability of our scheme, are presented.
The paper is about model based parameter identification and damage localization of elastomechanical systems using input and output measurements in the frequency domain. An adaptation of the Projective Input Residual Method to subsystem damage identification is presented. For this purpose the projected residuals were adapted with respect to a given subsystem to be analysed. Based on the gradients of these projected subsystem residuals a damage indicator was introduced which is sensitive to parameter changes and structural damages in this subsystem. Since the computations are done w.r.t. the smaller dimension of a subsystem this indicator shows a computational performance gain compared to the non-subsystem approach. This gain in efficiency makes the indicator applicable in online-monitoring and online-damage-diagnosis where continuous and fast data processing is required. The presented application of the indicator to a gantry robot could illustrate the ability of the indicator to indicate and locate real damage of a complex structure. Since in civil engineering applications the system input is often unknown, further investigations will focus on the output-only case since the generalization of the presented methods to this case will broaden its application spectrum.
A geometrical inclusion-matrix model for the finite element analysis of concrete at multiple scales
(2003)
This paper introduces a method to generate adequate inclusion-matrix geometries of concrete in two and three dimensions, which are independent of any specific numerical discretization. The article starts with an analysis on shapes of natural aggregates and discusses corresponding mathematical realizations. As a first prototype a two-dimensional generation of a mesoscale model is introduced. Particle size distribution functions are analysed and prepared for simulating an adequate three-dimensional representation of the aggregates within a concrete structure. A sample geometry of a three-dimensional test cube is generated and the finite element analysis of its heterogeneous geometry by a uniform mesh is presented. Concluding, aspects of a multiscale analysis are discussed and possible enhancements are proposed.
Iso-parametric finite elements with linear shape functions show in general a too stiff element behavior, called locking. By the investigation of structural parts under bending loading the so-called shear locking appears, because these elements can not reproduce pure bending modes. Many studies dealt with the locking problem and a number of methods to avoid the undesirable effects have been developed. Two well known methods are the >Assumed Natural Strain< (ANS) method and the >Enhanced Assumed Strain< (EAS) method. In this study the EAS method is applied to a four-node plane element with four EAS-parameters. The paper will describe the well-known linear formulation, its extension to nonlinear materials and the modeling of material uncertainties with random fields. For nonlinear material behavior the EAS parameters can not be determined directly. Here the problem is solved by using an internal iteration at the element level, which is much more efficient and stable than the determination via a global iteration. To verify the deterministic element behavior the results of common test examples are presented for linear and nonlinear materials. The modeling of material uncertainties is done by point-discretized random fields. To show the applicability of the element for stochastic finite element calculations Latin Hypercube Sampling was applied to investigate the stochastic hardening behavior of a cantilever beam with nonlinear material. The enhanced linear element can be applied as an alternative to higher-order finite elements where more nodes are necessary. The presented element formulation can be used in a similar manner to improve stochastic linear solid elements.
The research of the best building design requires a concerted design approach of both structure and foundation. Our work is an application of this approach. Our objective is also to create an interactive tool, which will be able to define, at the early design stages, the orientations of structure and foundation systems that satisfy as well as possible the client and the architect. If the concerns of these two actors are primarily technical and economical, they also wish to apprehend the environmental and social dimensions of their projects. Thus, this approach bases on alternative studies and on a multi-criterion analysis. In this paper, we present the context of our work, the problem formulation, which allows a concerted design of Structure and Foundation systems and the feasible solutions identifying process.
Die Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit im Bereich des Bauwesens, insbesondere kleinerer und mittelständischer Betriebe erfordert ein aktives Handeln als Antwort auf die sich ändernde Wettbewerbssituation. Einen wesentlichen Wettbewerbsvorteil können kleine unternehmerische Einheiten durch höhere Flexibilität, schnelle Reaktion auf Kundenwünsche oder aktuelle Situationen auf der Baustelle und Marktnähe erreichen. Dazu ist es nötig, die Informations- und Kommunikationsströme durch Einsatz standardisierter und kostengünstiger Hard- und Software wie z.B. Handhelds zu unterstützen und insbesondere die existierenden Hindernisse im Informationsfluss zwischen Baustelle und Büro zu beseitigen. Am Beispiel der Projekte >IuK - SystemBau< und >eSharing< wird eine Einführungsstrategie für >Mobile Computing< in kleinen unternehmerischen Einheiten des Bauwesens (KMU) basierend auf einer umfangreichen Anforderungsanalyse vorgestellt. Folgende Aspekte sollen beschrieben werden: durchgängiger Einsatz der Technik unter Beachtung der verschiedenen Qualifikationsniveaus, Einführungsunterstützung durch Schulungen, Prozessanalyse und mögliche Integration in bestehende Software-Umgebungen sowie Feldtests.