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Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden die diffusen Phosphoreinträge am Beispiel des Einzugsgebietes der oberen Rur bilanziert . Im theoretischen Teil dieser Diplomarbeit werden die Grundlagen für die Darstellung des Nährstofftransportes erarbeitet. Dabei erfolgt die Beschreibung der Eintragswege von Phosphor in die Gewässer, die Herkunft und Art von Phosphoreinträgen sowie die wichtigen Eintragspfade der diffusen Phosphoreinträge. Mit diesen gewonnenen Erkenntnissen ist es möglich, den Stofftransport einschließlich der ablaufenden Prozesse mittels mathematischer Gleichungen über die Eintragspfade zu simulieren. Somit gelingt es, die Funktionsweise und die Anwendbarkeit, der zum Einsatz kommenden aktuellen Wasser- und Stofftransportmodelle zur Quantifizierung diffuser Phosphoreinträgen zu verstehen. Im praktischen Teil dieser Diplomarbeit werden die diffusen Phosphoreinträge im Einzugsgebiet der oberen Rur unter Hilfenahme der zuvor ermittelten Grundlagen bilanziert. Dabei ist es nötig, das Einzugsgebiet zu beschreiben, abzugrenzen und die enthaltenen Gewässer zu beleuchten. Weiterhin erfolgte eine Recherche der im Einzugsgebiet vorhandenen Flächennutzungen, um die Bilanzierung mit den aus der Literatur ermittelten Gleichungen und Werten durchführen zu können. Das Ergebnis ist eine Phosphorjahresfracht mit der das Einzugsgebiet bewertet werden kann.
Projector-based displays have been evolving tremendously in the last decade. Reduced costs and increasing capabilities have let to a widespread use for home entertainment and scientific visualization. The rapid development is continuing - techniques that allow seamless projection onto complex everyday environments such as textured walls, window curtains or bookshelfs have recently been proposed. Although cameras enable a completely automatic calibration of the systems, all previously described techniques rely on a precise mapping between projector and camera pixels. Global illumination effects such as reflections, refractions, scattering, dispersion etc. are completely ignored since only direct illumination is taken into account. We propose a novel method that applies the light transport matrix for performing an image-based radiometric compensation which accounts for all possible lighting effects. For practical application the matrix is decomposed into clusters of mutually influencing projector and camera pixels. The compensation is modeled as a linear equation system that can be solved separately for each cluster. For interactive compensation rates this model is adapted to enable an efficient implementation on programmable graphics hardware. Applying the light transport matrix's pseudo-inverse allows to separate the compensation into a computational expensive preprocessing step (computing the pseudo-inverse) and an on-line matrix-vector multiplication. The generalized mathematical foundation for radiometric compensation with projector-camera systems is validated with several experiments. We show that it is possible to project corrected imagery onto complex surfaces such as an inter-reflecting statuette and glass. The overall sharpness of defocused projections is increased as well. Using the proposed optimization for GPUs, real-time framerates are achieved.
In dieser Arbeit wird eine umfassende Untersuchung der raumakustischen Qualität der Schlosskapelle des Weimarer Residenzschlosses für den Zustand, wie sie zwischen 1658 und 1774 existierte, durchgeführt. Die Schlosskapelle als sakraler Raum innerhalb der Schlossanlage diente der Ausübung religiöser Handlungen und war fester Bestandteil des kulturellen Lebens am Weimarer Hof. Eine wesentliche Bedeutung erlangte sie in diesem Zusammenhang als musikalische Wirkungsstätte Johann Sebastian Bachs. Mit ihrer akustischen Qualität hatte sie einen erheblichen Einfluss auf sein musikalisches Schaffen. Die Untersuchung der raumakustischen Situation stellt damit eine notwendige Grundlage für eine musikwissenschaftliche Einordnung der Schlosskapelle als Aufführungsstätte geistlicher Kompositionen dar. Der raumakustische Zustand der Weimarer Schlosskapelle ist eng mit der baulichen Entwicklung der gesamten Schlossanlage verbunden, die infolge äußerer Einflüsse einem steten Wandel unterlag. Die Umgestaltung der Schlosskapelle zu Beginn des 17. Jahrhunderts erfolgte nach barocken Raumvorstellungen. Einen wesentlichen Einfluss auf die Gestaltung des Innenraumes übte zudem die reformierte Kirche mit ihren liturgischen Anforderungen aus. Die historische Entwicklung der architektonischen Stilepoche sowie der protestantischen Kirche wird in Bezug zu dem akustischen Erscheinungsbild der Schlosskapelle näher untersucht. Ausgehend von der architektonischen Rekonstruktion wird die Raumstruktur der historischen Schlosskapelle in ein Computermodell übertragen, mit dem die Berechnung akustischer Bewertungskriterien möglich ist. Eine ausgiebige Recherche nach verwendeten Materialien und der Ausbildung baulicher Konstruktionen ist dabei die Grundvoraussetzung für aussagekräftige Simulationsergebnisse. Die Wahl der Materialparameter sowie der Einfluss der geometrischen Besonderheiten der Weimarer Schlosskapelle auf die simulierten Schallfeldparameter werden durch die Untersuchung eines Referenzobjektes verifiziert. Dafür werden die akustischen Bewertungskriterien mit einer raumakustischen Messung ermittelt und mit Simulationsergebnissen verglichen. Ein besonderes Interesse bei der Simulation der Schlosskapelle gilt der Nachhallzeit als Charakteristikum der Halligkeit, die in sakralen Gebäuden die auffälligste akustische Raumeigenschaft darstellt. Mit der rekonstruierten Nachhallzeit wird die Schlosskapelle mit barocken Kirchen verglichen und bezüglich ihrer Lage im baustiltypischen Bereich beurteilt. Der Direktschall und die im zeitig folgenden Reflexionen sind bei der raumakustischen Simulation maßgeblicher Gegenstand der Betrachtung. Während der Nachhall das Verschmelzen einzelner Töne zu einem Gesamtklang fördert, ist der Direktschall für die Deutlichkeit von Sprache und der klanglichen Durchsichtigkeit von musikalischen Strukturen verantwortlich. Der Einfluss des Direktschalls wird mit speziellen Energiekriterien beurteilt, mit denen gezielte Aussagen über die akustische Qualität einzelner Platzbereiche möglich sind. Die unterschiedlichen akustischen Anforderungen an die Schlosskapelle bei der jeweiligen Nutzung des Raumes werden mit den Energiekriterien differenziert untersucht und bewertet.
Bei Produktionsprozessen, die auf den Prinzipien „Just-In-Time“ oder „Just-In-Sequence“ beruhen, ist es wichtig, dass die notwendigen Lieferteile pünktlich am Verarbeitungsort vorliegen. Wie groß die Auswirkungen des heutigen und des zukünftigen Verkehrsgeschehens, insbesondere der Verkehrsstörungen, auf die Transportdauern und die somit einzuplanenden Lieferzeiten sind, soll mit dieser Arbeit untersucht werden. Neben der Ermittlung der DTV-Werte für die Jahre 2007 und 2015 mittels einer „linearen Einfachregression“ und der Abschätzung der zukünftigen Baustellensituation wurden dazu Verkehrsmeldungen der Autobahnen 9, 14 und 93 von rund 100 Tagen derart aufbereitet und ausgewertet, dass es am Ende möglich wird, in Abhängigkeit einer bestimmten Tageszeit, Aussagen über die momentane Reisezeitverteilung zu treffen. Somit kann abgeschätzt werden, zu welcher Startzeit die Wahrscheinlichkeit einer störungsfreien Fahrt sehr hoch ist und welche Zeit vermieden werden sollte, da dann auf jeden Fall eine zusätzliche Reisezeit eingeplant werden müsste. Wie hoch diese Reisezeitzuschläge sind, hängt von der Länge der Wegintervalle, den Arten der Verkehrsstörungen und ihren Eintretenswahrscheinlichkeiten ab. Ein weiteres Ergebnis dieser Diplomarbeit liegt darin, Autobahnabschnitte aufzuzeigen, die derzeit besonders häufig von Stau oder stockendem Verkehr betroffen sind und somit oft längere Reisezeiten zur Folge haben. Aufbauend auf den heutigen Ergebnisse wird auch abgeschätzt, wie sich diese Reisezeitverteilung in den nächsten Jahren ändert, wenn die zukünftigen Verkehrsstärken und Querschnitte der Autobahnen zugrunde gelegt werden.
Scalarization methods are a category of multiobjective optimization (MOO) methods. These methods allow the usage of conventional single objective optimization algorithms, as scalarization methods reformulate the MOO problem into a single objective optimization problem. The scalarization methods analysed within this thesis are the Weighted Sum (WS), the Epsilon-Constraint (EC), and the MinMax (MM) method. After explaining the approach of each method, the WS, EC and MM are applied, a-posteriori, to three different examples: to the Kursawe function; to the ten bar truss, a common benchmark problem in structural optimization; and to the metamodel of an aero engine exit module.
The aim is to evaluate and compare the performance of each scalarization method that is examined within this thesis. The evaluation is conducted using performance metrics, such as the hypervolume and the generational distance, as well as using visual comparison.
The application to the three examples gives insight into the advantages and disadvantages of each method, and provides further understanding of an adequate application of the methods concerning high dimensional optimization problems.
Die Wiedernutzung von durch verkippten Abraum geprägten Flächen ehemaliger Braunkohletagebaue als Bauland hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Aufgrund der durch die Verkipptechnologie entstandenen Inhomogenität es Baugrundes, ist mit starken Schwankungen der bodenmechanischen Eigenschaften zu rechnen. Dies macht den Umgang mit solchen Kippenböden schwierig. Dennoch hat es bis zum jetzigen Zeitpunkt einige Projekte gegeben, die die Bebauung von Tagebaukippen beinhaltet haben. Das in dieser Arbeit behandelte Projekt umfasst den Neubau einer Erschließungsstraße, die teilweise über eine Braunkohletagebaukippe führt. Für den Verkehrsdamm, gegründet auf Kippenboden, ist in dieser Arbeit eine Setzungsprognose zu erstellen. Dazu müssen zunächst vorhandene Daten der Baugrunderkundung und Bauplanung erfasst und ausgewertet werden. Für die Setzungsberechnung relevante Baugrund- und Materialparameter und Maße werden zunächst zusammengefasst. Neben seiner Inhomogenität ist besonders die makroporige Struktur des Baugrundes durch Klumpenbildung entscheidend. In einem weiteren Schritt werden die Messdaten aus dem Setzungsmonitoring ausgewertet. Die Ergebnisse dieser Messungen dienen zum einen dem Vergleich mit den durch Berechnung oder Abschätzung ermittelten Setzungen und zum anderen der Kalibrierung oer Rückrechnung der Steifemodule im analytischen Berechnungsteil. Das Setzungsverhalten von Verkehrsdämmen auf Tagebaukippen ist grundsätzlich durch die große Verformbarkeit des Kippenbaugrundes unter Belastung geprägt. Aber auch die Setzungsanteile aus Eigensetzung der Kippe und des Dammes müssen in die Betrachtungen einbezogen werden. Dazu gibt es Abschätzungen und einfache Formeln auf Basis von Erfahrungswerten. Eine Besonderheit stellen eventuelle Sättigungssackungen des Kippenbodens resultierend aus dem Wiederanstieg des Grundwassers dar. Für diesen Verformungsanteil existiert lediglich ein Abschätzungsansatz aus Erfahrungswerten. Die Addition der einzeln ermittelten Verformungsanteile führt dann zur Setzungsprognose mithilfe konventioneller Verfahren. Mit dem Programm PLAXIS wird im nächsten Schritt eine numerische Berechnung der Dammsituation in den betrachteten Berechnungsschnitten durchgeführt. Relevante Materialmodelle und die Wahl der Parameter werden beschrieben und begründet. Im Zuge der Bearbeitung kommen das Mohr-Coulomb-Modell, das Hardening-Soil-Modell und das Soft-Soil-Modell zur Anwendung. Die berechneten Setzungen werden miteinander und mit den gemessenen Setzungen verglichen, um ihre Tauglichkeit für den Sonderfall der Tagebaukippen zu bewerten. Im Sinne einer Baugrundverbesserung existiert eine Vielzahl an Maßnahmen, die reduzierend oder beschleunigend bezogen auf die Verformungen des Baugrundes wirken. Auf diese Verfahren wird in einem abschließenden Abschnitt näher eingegangen. In einer kritischen Bewertung wird projektspezifisch ihre Tauglichkeit bzw. Anwendbarkeit geprüft.
Shrinkage tests and unconfined compression tests were carried out in this research. Four soil with different percentages of fines were used. Three possibilities to measure the matric suction of a soil are shown in this tesis – Tempe pressure cell test – pressure plate test and null-type-axis-translation test.
Die Simulation ist vor allem in der Forschung und Wissenschaft ein bekanntes Ver-fahren zur Untersuchung von dynamischen Prozessen. Fachgebiete wie u.a. die Medizin und Biologie, das Verkehrswesen, die Automobilindustrie, die Meteorologie und die Fertigungstechnik gewinnen neue Erkenntnisse aus dem Einsatz derartiger Analyseverfahren. Gründe für die Anwendung von Computersimulationen erstrecken sich von finanziellen und zeitlichen Aspekten über eine Risikoverringerung bis hin zu einer vereinfachten Vorgehensweise. Nicht in allen Bereichen aber werden die viel-seitigen Vorteile von Simulationsmethoden genutzt. In der Baubranche wird Simulation derzeit nur ansatzweise eingesetzt. Doch vor al-lem Baustellen bieten durch den zunehmenden Kosten- und Termindruck sowie viel-seitige andere Einflüsse eine gute Basis für die Anwendung von Simulationsmetho-den. Der Bauablauf kann dadurch besser kontrolliert und gesteuert werden. In der Planungsphase von Bauprojekten wird Simulation bereits in Grundzügen für die Op-timierung von Bauablauf- und Logistikprozessen genutzt. Allerdings ist besonders die Ausführungsphase durch Störungen und Änderungen geprägt, sodass hier Simu-lationsmethoden noch effektiver eingesetzt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Einsatzmöglichkeiten von Simulationsmethoden für die Optimierung des Termincontrollings untersucht werden. Durch das Aufzeigen verschiedener Methoden sowie einem Vergleich über ihre Vor- und Nachteile wird herausgefiltert, welches Simulationswerkzeug am effektivsten im Termincontrolling eingesetzt werden kann. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die Modellierung eines Beispielprozesses anhand eines ausgewählten Simulationsverfahrens. Die Herstellung einer Brückenkappe wird in diesem Zusammenhang umfangreich dargestellt und analysiert. Eventuelle Zwangspunkte bei der Umsetzung und verschiedene Lösungsmöglichkeiten werden aufgezeigt.
Die Arbeit befasst sich mit der österreichischen Bogenstaumauer Kölnbrein, die während des Ersteinstaus geschädigt wurde. Diese Schäden, sowie mögliche Ursachen sind anhand von Literaturquellen dokumentiert. Nach Erstellung eines Rechenmodells wurden, durch ein Randelementeprogramm, Rissfortschrittsberechnungen durchgeführt und mit dem realen Bauwerk verglichen. Zum Einsatz kamen die Anwendungen „OSM“, „FRANC3D“ und „BES“ der Cornell-University.
Aufgabe war es, eine Schweißnaht numerisch zu simulieren und die dabei entstehenden Eigenspannungen mit dem Programm SYSWELD zu simulieren. Dazu war es notwendig, eine entsprechende Wärmequelle für das MIG-Schweißen abzubilden, um die eingetragene Wärme in Form eines Temperaturfeldes darzustellen. Die Berechnung erfolgte unter Verwendung der temperaturabhängigen Materialkennwerte der verschweißten Werkstoffe, die in einer Literaturrecherche zusammengestellt wurden. Untersucht wurde außerdem der Einfluss der Modelliergenauigkeit auf die entstehenden Eigenspannungen. Dabei konnte festgestellt werden, dass eine realitätsnahe Darstellung der Naht von großer Bedeutung ist, um die Kerbwirkung der Schweißnaht zu erkennen.
In this thesis, a generic model for the post-failure behavior of concrete in tension is proposed. A mesoscale model of concrete representing the heterogeneous nature of concrete is formulated. The mesoscale model is composed of three phases: aggregate, mortar matrix, and the Interfacial Transition Zone between them. Both local and non-local formulations of the damage are implemented and the results are compared. Three homogenization schemes from the literature are employed to obtain the homogenized constitutive relationship for the macroscale model. Three groups of numerical examples are provided.
In dieser Arbeit wird der Vortriebsprozess einer Erddruckschildmaschine in einem Simulationsmodell mit Hilfe der System Dynamics modelliert. Nach einer Einführung in den maschinellen Tunnelbau werden die Besonderheiten der Erddruckschildmaschine herausgestellt. Anschließend wird das betrachtete System mit dem Simulationskonzept der System Dynamics modelliert und in einem geeigneten Simulationstool implementiert.
Smart Cities and Mobility Stations: Lessons learned from the Smarter Together in Vienna and Munich
(2020)
With an increasing urban population and urban problems arising from this unplanned growth, several projects aimed at promoting sustainable urban development have emerged. Smart mobility strategies, such as shared mobility and mobility stations, represent some of the solutions to promote changes in travel behavior. Despite its beneficial impacts, however, the implementation of such infrastructure is criticized for not contributing to current urban issues, as well as often disregarding knowledge about urban space and its functioning.
In this context, the Smarter Together, a joint research and innovation project funded through the European Union program H2020, was implemented. The project selected three lighthouse cities to test and upscale innovative solutions: Vienna, Munich, and Lyon.
This master thesis presents the main characteristics of the mobility stations systems implemented in Vienna and Munich in the scope of the project Smarter Together. Its main goal is to share what can be learned from their experiences while approaching critically the concept of smart cities. This master thesis identifies important aspects to take into account when planning, implementing, and operating mobility stations, and provides an understanding of smart cities and smart mobility that goes beyond the adoption of technology. Several methods were combined for the development of this master thesis, such as quantitative secondary data, observational studies, application of survey forms, explorative expert interviews, and literature review.
This work has demonstrated that the Smarter Together has a cutting-edge scope and contributed greatly to research and innovation, by creating living laboratories to test the application of technology in the urban environment. However, from the perspective of the mobility stations assessment, many caveats were made. In short, many lessons could be learned and are presented throughout this work aiming at contributing to the improvement of the mobility stations implemented in the project areas in Munich and Vienna, as well as for inspiring other cities in Europe and worldwide.
Für das städtische Leben hat die Existenz sich verändernder Personenströme eine grundlegende Bedeutung.
Ein Werkzeug, das solche kollektiven Bewegungsmuster sichtbar machen kann, wäre dabei ein bedeutendes Hilfsmittel für die Stadtplanung. Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die Auseinandersetzung mit der Space Syntax Methode.
Diese untersucht den Zusammenhang räumlicher Strukturen mit deren Nutzung. Eine wichtige Erkenntnis ist, dass das kollektive menschliche Verhalten im öffentlichen Raum berechenbar ist. Die Tatsache, dass Passanten bestimmte Wege bevorzugen und andere meiden, führt Space Syntax dabei auf stadträumliche Ursachen zurück. Der Begriff des Natural Movement beschreibt den Anteil dieser räumlich bedingten Nutzung.
Die vorliegende Arbeit gliedert sich in einen theoretischen und einen praktischen Teil. Zunächst werden die für das Verständnis der Space Syntax Methode wichtigen Begriffe und Maßgrößen beschrieben. Der methodische Teil wird ergänzt durch eine Gegenüberstellung nutzer-basierter wissenschaftlicher Ansätze mit der räumlich-orientierten Space Syntax Methode.
Im zweiten Teil der Arbeit wird die praktische Anwendung der Space Syntax Methode am Beispiel des Leipziger City-Tunnels vorgenommen. Das Fallbeispiel ist prädestiniert für die Untersuchung, wie die regionale Vernetzung des Schienenverkehrs aktuell betrieben wird. Von Interesse ist dabei sowohl die Konzeption des zukünftigen Liniennetzes als auch dessen stadträumliche Einbindung.
STIFTERS ROSENHAUS
(2007)
Es mag verwegen klingen, den Ursprung der modernen Architektur ausgerechnet in der österreichischen Provinz verankern zu wollen. Doch tatsächlich finden wir hier – mit Adalbert Stifters "Nachsommer" von 1857 – die wohl früheste Formulierung einer Urhütte der Moderne. Stifter (1805-1867), der Nationalheilige der österreichischen Literatur, beschreibt in seiner Erzählung auf das ausführlichste und umfänglichste das sogenannte Rosenhaus. Vor allem die Architekten der traditionellen Richtung waren immer wieder fasziniert von diesen Beschreibungen und ließen sich von Stifter auf die vielfältigsten Weisen anregen. Die Ausführungen des Hausherren des Rosenhofes über die Produkte seiner Werkstätten und die Schilderungen des einfachen Lebens in den Räumen des Rosenhauses fanden einen immensen Widerhall bei den Baumeistern der frühen Werkbundbewegung, ebenso wie bei den Architekten aus dem Umfeld der Stuttgarter Schule. So lassen sich nachsommerliche Impulse in Leben, Werk und Lehre der traditionellen Architekten Paul Schultze-Naumburg, Theodor Fischer und Paul Schmitthenner entdecken, aber auch bei Vertretern einer dezidierten Moderne wie Erich Mendelsohn, Bruno Taut oder Walter Gropius. So kann gezeigt werden, dass Schultze-Naumburgs privates Anwesen im sachsen-anhaltinischen Saaleck eine vollständige Realisierung des Rosenhauses und der damit verbundenen Lehrwerkstättenidee darstellt. Und am Beispiel von Paul Schmitthenner und Theodor Fischer kann auf eindrucksvolle Weise nachvollzogen werden, wie Stifters "Gesetzbuch des schönen Lebens" Werk, Lehre und Alltag eines Architekten bestimmen konnte. Für Friedrich Nietzsche, der den "Nachsommer" unter die wenigen Werke deutscher Literatur nach Goethe einordnete, die es verdienten, "wieder und wieder gelesen zu werden", stellte der "Roman der heilen Welt" die Vorwegnahme seines Diktums dar, dass das Dasein nur als ein Ästhetisches zu rechtfertigen sei. Das Rosenhaus, und dessen ethisches sowie ästhetisches Ideal, bildete die dazu entsprechende räumliche Form. Der "Nachsommer" ist, mit Roland Barthes gesprochen, eine Utopie – genauer: eine häusliche Utopie – "die gestaltende Suche nach dem höchsten Gut, was das Wohnen angeht." Dabei sind die selbstgewählten, ästhetischen Verhaltensweisen, die Stifter damals – am Beginn der Moderne – begründete, bis heute Merkmal der Formen des Bürgerlichen und sein Rosenhaus das Modell einer modernen, bürgerlich-traditionellen Architektur. Für beides, für die Ästhetik des Lebens wie auch für die entsprechende Architektur, diente Goethe oder besser die Beschreibung Goethes durch seinen Sekretär Eckermann als Vorbild.
The polymeric clay nanocomposites are a new class of materials of which recently have become the centre of attention due to their superior mechanical and physical properties. Several studies have been performed on the mechanical characterisation of these nanocomposites; however most of those studies have neglected the effect of the interfacial region between the clays and the matrix despite of its significant influence on the mechanical performance of the nanocomposites.
There are different analytical methods to calculate the overall elastic material properties of the composites. In this study we use the Mori-Tanaka method to determine the overall stiffness of the composites for simple inclusion geometries of cylinder and sphere. Furthermore, the effect of interphase layer on the overall properties of composites is calculated. Here, we intend to get ounds for the effective mechanical properties to compare with the analytical results. Hence, we use linear displacement boundary conditions (LD) and uniform traction boundary conditions (UT) accordingly. Finally, the analytical results are compared with numerical results and they are in a good agreement.
The next focus of this dissertation is a computational approach with a hierarchical multiscale method on the mesoscopic level. In other words, in this study we use the stochastic analysis and computational homogenization method to analyse the effect of thickness and stiffness of the interfacial region on the overall elastic properties of the clay/epoxy nanocomposites. The results show that the increase in interphase thickness, reduces the stiffness of the clay/epoxy naocomposites and this decrease becomes significant in higher clay contents. The results of the sensitivity analysis prove that the stiffness of the interphase layer has more significant effect on the final stiffness of nanocomposites. We also validate the results with the available experimental results from the literature which show good agreement.
Structural optimization has gained considerable attention in the design of structural engineering structures, especially in the preliminary phase.
This study introduces an unconventional approach for structural optimization by utilizing the Energy method with Integral Material Behavior (EIM), based on the Lagrange’s principle of minimum potential energy. An automated two-level optimization search process is proposed, which integrates the EIM, as an alternative method for nonlinear
structural analysis, and the bilevel optimization. The proposed procedure secures the equilibrium through minimizing the potential energy on one level, and on a higher level, a design objective function. For this, the most robust strategy of bilevel optimization, the nested method is used. The function of the potential energy is investigated along with its instabilities for physical nonlinear analysis through principle examples, by which the advantages and limitations using this method are reviewed. Furthermore, optimization algorithms are discussed.
A numerical fully functional code is developed for nonlinear cross section,
element and 2D frame analysis, utilizing different finite elements and is verified
against existing EIM programs. As a proof of concept, the method is applied on selected
examples using this code on cross section and element level. For the former one a
comparison is made with standard procedure, by employing the equilibrium equations
within the constrains. The validation of the element level was proven by a theoretical
solution of an arch bridge and finally, a truss bridge is optimized. Most of the
principle examples are chosen to be adequate for the everyday engineering practice, to
demonstrate the effectiveness of the proposed method.
This study implies that with further development, this method could become just as
competitive as the conventional structural optimization techniques using the Finite
Element Method.
Diese Arbeit umfasst eine Zusammenfassung der aktuellen Fertigteil- und Montagetechnik sowie Grundkenntnisse von automatisierten Systemen im Bauwesen. Dabei wird ein Überblick über den Stand der Technik gegeben und die daraus entstehenden Voraussetzungen für eine automatisierte Fertigteilmontage, beginnend bei den TUL-Prozessen bis hin zur Montage, definiert. Folgend werden Grundüberlegungen hinsichtlich weiterer Forschungsansätze bzw. Weiterführungen dieser modernen Technologien aufgezeigt sowie Schnittstellen zwischen Maschinen und Vermessungstechniken und Systemlücken bei der Anwendung analysiert. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der mechanischen und automatisierten Fertigteilmontage soll die Zeit- und Lohnkosteneinsparungen aufzeigen. Weiterhin wurde eine Systematisierung von besonderen Verbindungs- und Anschlaghilfsmittel durchgeführt. Dabei bezog sich die Auswertung auf die Produktpaletten der vier größten deutschen Firmen. Grundsätzlich versteht sich die Arbeit als zukunftsorientiert und basiert auf einer sachlichen Untersuchung der Zusammenhänge.
In Deutschland hat sich das vollautomatische Bauen bisher vergleichsweise bescheiden entwickelt. Ein hoher Automatisierungsgrad ist dagegen seit Jahren bei den stationären Mischanlagen von Baustoffen, wie Beton und Asphalt sowie in der Serienfertigung standardisierter Betonwaren zu finden. Jedoch fehlen in Deutschland die Voraussetzungen, um grundlegend neu konzipierte, flexibel automatisierte oder roboterisierte Maschinen und Systeme zu entwickeln und einzusetzen. Zur Schaffung dieser Voraussetzungen soll die vorliegende Arbeit einen Beitrag leisten. Sie betrachtet ausschließlich die Skelettbauweise. Diese stellt ein Teilgebiet des Betonfertigteilbaus dar. Da eine Automatisierungslösung grundsätzlich erst bei großen Objekten mit einer hohen Wiederholungsrate der Prozesse und Elemente wirtschaftlich ist, wird die Montage eines Mehrzweckkomplexes untersucht. Die Tragstruktur dieses Gebäudes setzt sich, charakteristisch für die Skelettbauweise, aus Stützen und Bindern zusammen. Dabei werden im Hinblick auf die Aufgabenstellung dem herkömmlichen Montageablauf die Besonderheiten und bautechnischen Voraussetzungen einer automatisierten Montage hinzugefügt. Es wird eingrenzend speziell die Montage einer Fertigteilstütze und eines Unterzuges aufgezeigt. Nach einem einleitenden Kapitel sind in Kapitel 2 die Grundlagen der Automatisierung dargestellt. Darin werden die Gründe für eine Automatisierung und deren theoretischen Vorraussetzungen beleuchtet. Vornehmlich umfasst dies die Erläuterung der Anforderungen an Automatisierungsgeräte und automatisierungsgerechte Fertigteile. Im sich anschließenden Kapitel 3 werden die Vorraussetzungen der Planung, der Vermessung und der Herstellung umfassend dargelegt. Die Planungs-voraussetzungen beschreiben den ganzheitlichen Lösungsansatz von Entwurf, Planung, Herstellung, Ausführung (Montage) und Betrieb der Gebäude. Die verschiedenen Technologien zur Positionsbestimmung, Identifikation und Objektverfolgung werden in den vermessungstechnischen Grundlagen erläutern. Um alle Bereiche, die vor dem Beginn der eigentlichen Montage notwendig sind zu beleuchten wird schließlich in den herstellerseitigen Vorraussetzungen insbesondere beschrieben, welche optischen Markierungen, Sensoren und andere Hilfsmittel in die Fertigteile zu integrieren sind. Das Kapitel 4 beschreibt detailliert die beispielhafte Montage der Fertigteilstütze und des -unterzuges. Ergänzend sind in die einzelnen Schritten der Montage selbst entwickelte Varianten integriert. Als Grundlage werden zu jedem Prozess Gemeinsamkeiten aller Varianten aufgeführt. Daran schließen sich nach Bedarf individuelle Erläuterungen an. Die Varianten sind aus Überlegungen des Autors und aus den Konsultationen mit dem betreuenden Lehrstuhl entwickelt worden. Sie werden in diesem Teil der Arbeit detailliert beschrieben und ihre Eigenarten und Verwendungszwecke erläutert. Im Ganzen gesehen ergibt dieses Kapitel eine komplette Montage mit verschiedenen Möglichkeiten die einzelnen Schritte auszuführen. Im Kapitel 5 werden zu den jeweiligen Varianten die Vor- und Nachteile knapp und übersichtlich dargestellt. Aus welchen Gründen eine Variante weiterverfolgt werden sollte oder sie nicht umsetzbar ist, ist in einem sich jeweils anschließenden kurzen Fazit begründet. Anschließend wird unter teilweiser Verwendung der Varianten eine Vorzugsvariante zur automatisierten Montage entwickelt. Auf detailliertere Ausführungen wurde hier verzichtet um sich nicht zu wiederholen und Redundanzen zu vermeiden. Ausführlich wurden die einzelnen verwendeten Varianten bereits im Kapitel 4 beschrieben. Das Kapitel 6 untersucht die wirtschaftlichen Potentiale einer automatisierten Fertigteilmontage und stellt die Kosten einer automatisierten Montage, denen einer herkömmlichen Montage gegenüber. Dabei wurden verschiedene Annahmen getroffen, die aus den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit, den Ergebnissen der Diplomarbeit von Frau Lauterbach und weiteren Literaturrecherchen abgeleitet wurden. Kapital 7 fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und gibt Hinweise auf notwendige weiterführende Forschungen und Untersuchungen.
Im Rahmen der Forschung an Bauteil- und Fügestellendämpfung wurden die Schwingungen der Bauteile bisher mit 1D-Laser-Vibrometern gemessen. Nun steht ein 3D-Laser-Scanner zur Verfügung. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, ob mit dem 3D-Laser-Scanner bessere und weitere relevante Daten bei der Schwingungsmessung gewonnen werden können.