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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.
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.
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.
In this paper we consider three different methods for generating monogenic functions. The first one is related to Fueter's well known approach to the generation of monogenic quaternion-valued functions by means of holomorphic functions, the second one is based on the solution of hypercomplex differential equations and finally the third one is a direct series approach, based on the use of special homogeneous polynomials. We illustrate the theory by generating three different exponential functions and discuss some of their properties. Formula que se usa em preprints e artigos da nossa UI&D (acho demasiado completo): Partially supported by the R\&D unit \emph{Matem\'atica a Aplica\c\~es} (UIMA) of the University of Aveiro, through the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT), co-financed by the European Community fund FEDER.
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.
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.
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.
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.
Die Arbeit befasst sich mit der Anwendung faserverstärkter Kunststoffe für Tragwerke des Hochbaus. Es wird ein geschichtlicher Überblick über die Jahre 1950 bis 1980 gegeben und dabei herausgestellt, wie es 1. zur Einführung des bis 1950 unbekannten Werkstoffes im Bauwesen kommen konnte 2. welche Personen und Institute maßgeblich an der Einführung und Entwicklung des Bauens mit FVK beteiligt waren 3. welche Tragwerke verwendet wurden 4. wie die Pioniere diese Tragwerke bemaßen 5. welche konstruktiven Besonderheiten sich mit der Verwendung von FVK in der Tragstruktur ergaben Nach einer Einführung werden im Kapitel 2 die wichtigsten Faktoren der Entwicklung von Tragwerken aus GFK erörtert. Im Kapitel 3 wird die Technik der Fertigung von GFK-Teilen und deren Fügung beschrieben. Im Kapitel 4 werden die Tragwerke beschrieben und einzelne Tragwerkstypen eingehend erörtert. Im Kapitel 5 werden die Bemessungskonzepte und deren Entwicklung erörtert. In der Bilanz werden die Faktoren aufgezählt, die zum Abklingen des Bauens mit FVK in der Tragstruktur geführt haben. Die Arbeit wird ergänzt durch eine ca. 40-seitige Tabelle in der die gebauten Tragwerke in Abhängigkeit von den technischen Parametern Spannweiten und Lasten dargestellt werden. Im Anhang werden 10 exemplarische Bauten detailliert erörtert.
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.
In today’s information society the vast technical progress and the sinking cost of information and communication technology provide new opportunities for information supply, and new technical support for communication and cooperation over distance. These trends also entail challenges such as supplying information that is adequate for a particular person in a specific situation as well as managing communication among geographically distributed parties efficiently. Context-aware systems that use sensors in order to analyse their environment and to adapt their behaviour. Yet, adequate tools for developing sensor-based infrastructures are missing. We have designed and developed Sens-ation, an open and generic service-oriented platform, which provides powerful, yet easy-to-use, tools to software developers who want to develop context-aware, sensor-based infrastructures. The service-oriented paradigm of Sens-ation enables standardised communication within individual infrastructures, between infrastructures and their sensors, but also among distributed infrastructures. On a whole, Sens-ation facilitates the development allowing developers to concentrate on the semantics of their infrastructures, and to develop innovative concepts and implementations of context-aware systems.
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.
For efficient distant cooperation the members of workgroups need information about each other. This need for information disclosure often conflicts with the users' wishes for privacy. In the literature often reciprocity is suggested as a solution to this trade-off. Yet, this conception of reciprocity and its enforcement by systems does not match reality. In this paper we present our study's major findings investigating the role of reciprocity among which we found that participants greatly disregarded the above conception. Additionally we discuss their significant implications for the design of systems seeking to disclose personal information.
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.
Recent radiometric compensation techniques make it possible to project images onto colored and textured surfaces. This is realized with projector-camera systems by scanning the projection surface on a per-pixel basis. With the captured information, a compensation image is calculated that neutralizes geometric distortions and color blending caused by the underlying surface. As a result, the brightness and the contrast of the input image is reduced compared to a conventional projection onto a white canvas. If the input image is not manipulated in its intensities, the compensation image can contain values that are outside the dynamic range of the projector. They will lead to clipping errors and to visible artifacts on the surface. In this article, we present a novel algorithm that dynamically adjusts the content of the input images before radiometric compensation is carried out. This reduces the perceived visual artifacts while simultaneously preserving a maximum of luminance and contrast. The algorithm is implemented entirely on the GPU and is the first of its kind to run in real-time.
RESEARCH OF DEFORMATION OF MULTILAYERED PLATES ON UNDEFORMABLE BASIS BY UNFLEXURAL SPECIFIED MODEL
(2006)
Stress-strain state (SSS) of multilayered plates on undeformable foundation is investigated. The settlement circuit of transverse loaded plate is formed by symmetrical attaching of a plate concerning a surface of contact to the foundation. The plate of the double thickness becomes bilateral symmetrically loaded concerning its median surface. It allows to model only unflexural deformation that reduces amount of unknown and the general order of differentiation of resolving system of the equations. The developed refined continual model takes into account deformations of transverse shear and transverse compression in high iterative approximation. Rigid contact between the foundation and a plate, and also shear without friction on a surface of contact of a plate with the foundation is considered. Calculations confirm efficiency of such approach, allowing to receive decisions which is qualitative and quantitatively close to three-dimensional solutions.
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.
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.
Adopting the European laws concerning environmental protection will require sustained efforts of the authorities and communities from Romania; implementing modern solutions will become a fast and effective option for the improvement of the functioning systems, in order to prevent disasters. As a part of the urban infrastructure, the drainage networks of pluvial and residual waters are included in the plan of promoting the systems which protect the environmental quality, with the purpose of integrated and adaptive management. The paper presents a distributed control system for sewer network of Iasi town. Unsatisfactory technical state of the actual sewer system is exposed, focusing on objectives related to implementation of the control system. The proposed distributed control system of Iasi drainage network is based on the implementation of the hierarchic control theory for diagnose, sewer planning and management. There are proposed two control levels: coordinating and local execution. Configuration of the distributed control system, including data acquisition and conversion equipment, interface characteristics, local data bus, data communication network, station configuration are widely described. The project wish to be an useful instrument for the local authorities in the preventing and reducing the impact of future natural disasters over the urban areas by means of modern technologies.