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We consider an industrial application consisting of the mass minimization of a frame in an injection moulding machine. This frame has to compensate the forces acting on the mould inside the machine and has to fulfill certain critical constraints. The deformation of that frame with constant thickness is described by the plain stress state equations for linear elasticity. If the thickness varies then we use a generalized plain stress state with constant thickness in the coarse grid elements. These direct problems are solved by an adaptive multigrid solver. The mass minimization problem leads to a constrained minimization problem for a non-linear functional which will be solved by some standard optimization algorithm which requires the gradients with respect to design parameters. For the shape optimization problem, we assume that the machine components consist of simple geometrical primitives determined by a few design parameters. Therefore, we calculate the gradient in the shape optimization by means of numerical differentiation which requires the solution of approximately 4 direct problems per design parameter. The adaptive solver guarantees the detection of critical regions automatically, and ensures a good approximation to the exact solution of the direct problem. This rather slow approach can be significantly accelerated by using the adjoint method to express the gradient. It will be combined with a direct implementation of several terms that appear after applying the chain rule to the gradient.
In this paper we revisit the so-called Bergman kernel method (BKM) for solving conformal mapping problems. This method is based on the reproducing property of the Bergman kernel function. The main drawback of this well known technique is that it involves an orthonormalization process and thus is numerically unstable. This difficulty can be, in some cases, overcome by using the Maple system, which makes no use of numeric quadrature. We illustrate this implementation by presenting a numerical example. The construction of reproducing kernel functions is not restricted to real dimension 2. Results concerning the construction of Bergman kernel functions in closed form for special domains in the framework of hypercomplex function theory suggest that BKM can also be extended to mapping problems in higher dimensions, particularly 3-dimensional cases. We describe such a generalized BKM-approach and present numerical examples obtained by the use of specially developed software packages for quaternions.
In ersten Teil des Vortrages wird eine Heuristik zur Approximation der Pareto Menge multikriterielle verallgemeinerter Job-Shop Scheduling-Probleme vorgestellt. Der Algorithmus basiert auf einer genetischen lokale Suche Heuristik. Die Mittelwertbildung der Startzeiten der Vorgänge wurde hierbei als Rekombinationsoperator verwendet. Als lokale Suche wurde ein Threshold Accepting Algorithmus implementiert. Der Algorithmus wurde auf einer großen Menge von Benchmark-Instanzen und den Zielfunktionen Makespan, Tardiness, Lateness und Summe der Fertigstellungszeiten getestet. Die Ergebnisse zu den verschiedenen Zielfunktionen werden vorgestellt. Die vom Algorithmus erzeugte Approximation der Pareto Menge kann eine große Anzahl von Lösungen enthalten. Aus dieser Menge muss der Entscheidungsträger eine Lösung auswählen. Da die Datenmenge schon bei moderaten Problemdimensionen sehr umfangreich wird, stellt dies ein Problem für den Entscheider dar. Deshalb muss die große Menge der Lösungen auf eine überschaubare Anzahl reduziert werden. Bei dieser Reduktion der Lösungen muss die Diversität der verbleibenden Lösungen beachtet werden. Diese Reduzierung wird als Short Listing bezeichnet und im zweiten Teil des Vortrages vorgestellt. Im ersten Schritt des Short Listings werden die Lösungen mittels Abstandsmaßen im Lösungsraum geclustert. Die dazu verwendeten Abstandsmaße werden auf den Permutationen der Vorgänge auf den Ressourcen definiert. Es wurden fünf Abstandsmaße und zwei Clusterverfahren, ein hierarchisches und ein nicht-hierarchisches, untersucht. Im zweiten Schritt wird aus jedem Cluster jeweils eine Lösung ausgewählt und dem Entscheidungsträger vorgelegt. Dabei wurden zwei Methoden untersucht. Im ersten Fall wurde die bezüglich einer Ranking-Funktion beste Lösung und im zweiten Fall die Medianlösung bezüglich des Abstandsmaßes ausgewählt. Die Abstandsmaße, Clusteralgorithmen und Auswahlmethoden wurden auf einer großen Menge von Benchmark-Instanzen verglichen. Die Ergebnisse werden im Vortrag vorgestellt.
Bei der Kopplung unterschiedlicher Bussysteme oder der Anbindung von Geräten an externe Netzwerke (z.B. an das Internet) stellt sich oft heraus, dass für diesen Anwendungszweck grundlegende Sicherheitsmechanismen fehlen. Durch intelligente Zusatzkomponenten, z.B. Residential Gateways, können bestehende Netzwerke erfolgreich miteinander gekoppelt werden, auch wenn sie sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die erforderlichen Anpassungen, Dienstekonversionen und Protokollumsetzungen können in die Gateways integriert werden, so dass gewohnte Betriebsarten, besonders bei der Konfiguration oder der Diagnose, beibehalten werden können. Bei der Nutzung vorhandener Hausbus-Infrastrukturen für sicherheitsrelevante Zusatzfunktionen wie Zugangskontrollen, Zeiterfassungen oder Alarmanlagen hingegen stellt dieser Ansatz keine Lösung dar, da hier die Sicherheit innerhalb des Systems erhöht werden muss. Daher wird für solche sicherheitsrelevanten Anwendungen oft eine separate Kommunikationsinfrastruktur verwendet, obwohl ein Gebäudebus, z.B. ein EIB-System, zur Verfügung steht. Eine praktikable Lösung stellt hierbei die Verwendung der Standard-Übertragungsmechanismen des EIB dar, bei denen jedoch die eigentlichen Nettodaten verschlüsselt werden. Auf diese Weise kann normaler Datenverkehr mit gesichertem Datenverkehr gemischt werden, wobei natürlich die sicherheitsrelevanten Teilnehmer erweiterte Funktionalitäten wie Ver- und Entschlüsselung aufweisen müssen. Dem Residential Gateway kommt in solchen Systemen neben der Kopplung der internen Netzwerke und deren Anbindung an das Internet auch das intelligente Management der Schlüssel zu. ...
Um die entsprechende Qualität der ÖPNV zu erreichen, sollte man das Verhältnis zwischen der Bedienungsqualität und dem Kostenaufwand analysieren. In den Bedingungen der anwachsenden Konkurenz aus der Seite der PKW und anderen Fuhrunternehmern soll man die Handlungen, die grösste Effektivität gewährleisten, aufnehmen. Es gibt viele Möglichkeiten die diese Qualität verbessern können, wie z.B. steigernde Frequenz der Fahrzeuge, Vergrößerung der Geschwindigkeit, Pünktlichkeit und Regelmäßigkeit, Einführung der Niederfußfahrzeuge und vieles mehr. Ich versuche in meinem Referat die Aspekte zu analysieren, die mit der Frequenz verbunden sind, d.h. die Erhöhung der Frequenz und das Erhalten der konstanten Häufigkeit der Linienbusse. Das Referat umfasst die Modelle und die Beispiele. In Verbindung mit den Untersuchungen, die die Bereitschaft der Bezahlung für die Verbesserung der Qualität betreffen, kann man schon Entscheidungen treffen, die unterschiedlichen Standard der Fahrt bestimmen.
Im Vortrag wird der Frage nachgegangen, inwieweit ein Zusammenhang zwischen der Zuverlässigkeit und gewissen strukturellen Parametern eines Verkehrsnetzes besteht. Das Verkehrsnetz wird hierzu als bewerteter Graph aufgefasst. Zur Analyse der Verkehrsnetzzuverlässigkeit werden die Kanten mit ihren Verfügbarkeiten (>Zuverlässigkeiten<) bewertet. Die Zuverlässigkeit des Verkehrsnetzes hat einen großen Einfluss auf die Beurteilung des Straßennetzes. Im Sinne einer Regressionsanalyse soll der Zusammenhang mit weiteren, speziell für die Betrachtung von Verkehrsnetzen entwickelten strukturellen Kenngrößen untersucht werden, das sind insbesondere die Dispersion des Verkehrsnetzes und die Unterentwicklung des Netzes. Aus der Vielzahl der theoretisch denkbaren Verkehrsnetzstrukturen spiegelt die Ring-Radius-Struktur die realen Straßennetze am besten wider. Solche Ring-Radius-Strukturen kommen in vielen Städten vor. Die Berechnung der Verkehrsnetzzuverlässigkeit erfolgt mittels eines Algorithmus, der auf dem Prinzip der vollständigen Enumeration aller möglichen Kombinationen der Verfügbarkeit bzw. Nichtverfügbarkeit der einzelnen Kanten basiert und die gewünschte Kenngröße exakt bestimmt. Obwohl der Algorithmus speziell auf eine möglichst geringe Rechenzeit ausgerichtet ist, bleibt das Verfahren doch numerisch recht aufwendig. An Hand von zehn verschiedenen Ring-Radius-Strukturen wird der Nachweis eines Zusammenhangs zwischen den strukturellen Kenngrößen und der Verkehrsnetzzuverlässigkeit geführt. Damit können mittels struktureller Bewertungen (die mit einem vergleichsweise geringen Aufwand an Input-Daten und Rechenzeit bestimmbar sind) Aussagen über die Zuverlässigkeit des Verkehrsnetzes getroffen werden.
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.
Poland is not situated in any seismic region of the earth, however there are still areas were underground mining is being conducted. In these areas, so-called 'paraseismic tremors', are very frequent phenomena. In the situation when a building examination is realized in order to define its safety, it is necessary to make a complete analysis, in which an influence of tremors should be included. To decide if a building is able to carry out any dynamic loads or not, it is necessary to compute its dynamic characteristics, i.e. natural frequencies. It is not possible using any standard techniques. After diagnosis a building in situ by an expert, computer techniques together with specialized software for dynamic, static, and strength analyses become a suitable tool. In this paper a special attention was paid to a typical twelve-store WGP (Wroclaw Great Plate) prefabricated building, concerning special type of joints. During dynamic actions these joints have a decisive influence on building's behavior. Paraseismic tremors are especially dangerous for these buildings and can be the reason of pre-failure states. It can be difficult and very expensive to prepare laboratory investigations of the part of a building or of a separate joint; therefore the computer modeling suitable to investigate behavior of such elements and whole buildings under different kinds of loads was used.
The vibration control of complicated mechanical structures is impossible without proper mathematical models that allow to have a true apprehension of events occurring in structural member before the starting of the experiment and correct the diagnostic experiment in case of need. An approach that implies using of a discrete model reflecting all required features of a prototype system and permitting of an effective analytical and numerical investigation is proposed in the work. At first a discrete model of a bladed disk with flaw is considered. Taking into account the symmetry of the structure by utilization of mathematical tools of group presentation theory the number of degrees of freedom of the system is diminished. Small damage of the disk is regarded as perturbation of structure symmetry. The distinction of vibration characteristics such as natural frequencies and mode shapes of damaged and undamaged systems is determined theoretically with the help of perturbation theory and can be used as an effective diagnostic criterion of a small-scale damage of the structure. In the second part of the work a non-linear two-mass model of an acoustic emission in a damaged structure is proposed. On basis of the numerical integration of the nonlinear differential equations and expansion of the derived solution into a Fourier series free and forced vibrations of the model are investigated. It is shown that proposed model reflects all characteristic properties of vibrations of damaged structures: reduction of natural frequency, sub- and super-resonances, acoustic effects.
Die digitale Unterstützung der Planungsprozesse ist ein aktueller Forschungs- und Arbeitsschwerpunkt der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) und der Juniorprofessur Architekturinformatik der Fakultät Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. Verankert in dem DFG Sonderforschungsbereich 524 >Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken< werden Konzepte und Prototypen für eine fachlich orientierte Planungsunterstützung entwickelt. Im Rahmen unseres Forschungsschwerpunkt zur digitalen Unterstützung der Planungsprozessen, das folgende Forschungsprojekt namens, >Integrated Planning Support System for Low-Income Housing< (IPSS) konzentriert sich auf die Entwicklung einer Sammlung von computergestützten Werkzeugen, um Benutzer-entworfene Wohnungen zu unterstützen, mittels der integrativen Kombinierung von Information Systems Leistungen, Computer Assisted Designwerkzeugen und online Kommunikationstechniken. Mit diesem Set von integrierten Planungswerkzeugen erwarten wir, Bewohnern von ressourcenmangelnden Gemeinden zu ermöglichen, ihre Wohnungen-Ausdehnung effizient zu planen. In diesem Sinne, ist es auch unser Ziel die räumliche, funktionale und vielleicht auch die konstruktive Qualität Benutzer-entworfener Wohnungen zu verbessern.
In dem interdisziplinären und internationalen Verbundprojekt >2MN - Module für die multimediale netzbasierte Hochschullehre< werden diverse Lehr- und Lernmodule für ingenieur- und informationswissenschaftliche Studiengänge realisiert. Die benötigten Funktionalitäten für die Bereitstellung der verschiedenen Unterrichtsmaterialien sowie für Kommunikation, Betreuung der Kurse oder auch administrative Aufgaben im Netz werden von der in diesem Projekt entwickelten systemunabhängigen Lernplattform ELAT, der >Environment for Learning and Teaching<, zur Verfügung gestellt. Speziell für das Fachgebiet Baustatik werden vom Institut für Mechanik und Statik der Universität der Bundeswehr München einzelne Kapitel nach didaktischen Gesichtspunkten multimedial mit Text, Graphik, Bildern, Animationen und kurzen Videoclips zum systematisch angeleiteten Wissenserwerb aufbereitet. Interaktive Übungen geben Rückmeldung über den individuellen Lernfortschritt des Online-Studenten. Die Förderung der Eigeninitiative der Lernenden spielt dabei ebenso eine wichtige Rolle wie die Berücksichtigung nutzerspezifischer Lernpräferenzen. Einfach zu bedienende Statikprogramme wie der >Drehwinkeltrainer< sollen den angehenden Statikern als Kontroll- und Experimentierumgebung dienen. Das Online-Dictionary >Wörterbuch Bauwesen< erleichtert die Arbeit bei der Übersetzung baustatischer Fachtermini. Weitere Baustatik-Anwendungen, beispielsweise die Stabilitätsberechnung von Stabwerken, die Bestimmung von Querschnittswerten und die Berechnung von Biege- und Einflusslinien mit der Methode, können ortsunabhängig mit einem Pocket-PC genutzt werden.
We present a model derived to describe tunnel fires. The model originates in a compressible description of the air in the tunnel. It takes into account the strong buoyancy forces and at the same time the small Mach-number of the airflow. We comment on the derivation, on analytical results and on numerical simulations of the model. The model has been validated using data from real tunnel fire experiments. It shows good agreement with the real situation.
Der Bauablauf unterliegt vielen Unwägbarkeiten. Von besonderer Bedeutung ist dieses Problem im Umfeld der Revitalisierung von Bauwerken. In weiten Teilen sind die auszuführenden Arbeiten nur schwer im Vorfeld planbar. Die Ursachen hierfür liegen großteils in der Problematik des Bauens im Bestand und dem aus wirtschaftlichen Gründen geringen Umfang von Analysen. Häufig treten verdeckte, im Vorfeld der Baumaßnahme nicht erkannte Schäden auf oder Materialstrukturen und Bauteilqualitäten wurden in der Planung unzureichend berücksichtigt. Alte Ausführungsunterlagen sind oft nicht verfügbar. Viele zur Ausführung bestimmter Arbeiten nötige Informationen fehlen und werden erst zum unmittelbaren Ausführungszeitpunkt bekannt. Einzelne Arbeiten sind nur schwer kalkulierbar bzw. planbar. Sie sind in Art und Umfang zunächst nicht bekannt und müssen gegebenenfalls als neue Vorgänge im Plan berücksichtigt werden. Diese besondere Situation bedarf einer gezielten Berücksichtigung. Die Planung des Bauablaufes muss in einer flexiblen und leicht anpassbaren Art und Weise erfolgen. Im folgenden Beitrag wird ein Ansatz zur Entwicklung eines solchen Prozessmodells vorgestellt, der im Rahmen des SFB 524 >Werkstoffe und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken< an der Bauhaus-Universität Weimar untersucht und vorangetrieben wurde und wird. Das vorgestellte Modell kann kurzfristig flexibel auf die realen Gegebenheiten reagieren und ermöglicht trotzdem eine Planung und Steuerung des gesamten Ablaufs. Es enthält nicht wie bisher üblich deterministische Daten in starren Anordnungsbeziehungen. Vielmehr werden die Daten der Prozesse und die Beziehungen der Prozesse untereinander in einer nichtdeterministischen, unscharfen Form modelliert....
The goal of the collaborative research center (SFB 532) >Textile reinforced concrete (TRC): the basis for the development of a new material technology< installed in 1998 at the Aachen University is a complex assessment of mechanical, chemical, economical and productional aspects in an interdisciplinary environment. The research project involves 10 institutes performing parallel research in 17 projects. The coordination of such a research process requires effective software support for information sharing in form of data exchange, data analysis and data archival. Furthermore, the processes of experiment planning and design, modification of material compositions and design parameters and development of new material models in such an environment call for systematic coordination applying the concepts of operational research. Flexible organization of the data coming from several sources is a crucial premise for a transparent accumulation of knowledge and, thus, for a successful research in a long run. The technical information system (TRC-TIS) developed in the SFB 532 has been implemented as a database-powered web server with a transparent definition of the product and process model. It serves as an intranet server with access domains devoted to the involved research groups. At the same time, it allows the presentation of selected results just by granting a data object an access from the public area of the server via internet.
Hyperbolic Qp-scales
(2003)
The Qp-scales were first introduced in [1] as interpolation spaces between the Bloch and Dirichlet spaces in the complex space. ... However, such treatment presents the disadvantage of only considering the Euclidean case. In order to obtain an approach to homogeneous hyperbolic manifolds, the projective model of Gel'fand was retaken in [2]. With the help of a convenient fundamental solution for the hyperbolic (homogeneous of degree ®) D® (see [5]) it was introduced in [7] and [3] equivalent Qp scales for homogeneous hyperbolic spaces. In this talk we shall present and study some properties of this hyperbolic scale.
As it is well known, the approximation theory of complex valued functions is one of the main fields in function theory. In general, several aspects of approximation and interpolation are only well understood by using methods of complex analysis. It seems natural to extend these techniques to higher dimensions by using Clifford Analysis methods or, more specific, in lower dimensions 3 or 4, by using tools of quaternionic analysis. One starting point for such attempts has to be the suitable choice of complete orthonormal function systems that should replace the holomorphic function systems used in the complex case. The aim of our contribuition is the construction of a complete orthonormal system of monogenic polynomials derived from a harmonic function system by using sistematically the generalized quaternionic derivative
Die Bearbeitung von Bauprojekten erfordert ein hohes Maß an Fachwissen verschiedener Disziplinen. Dabei kommt eine Vielzahl spezialisierter Fachmodelle zum Einsatz. Zur Übernahme der Daten von anderen Planern in das eigene, neu zu erstellende Fachmodell sind die verfügbaren Inhalte aus verschiedenen Modellen vom Fachplaner entsprechend seiner Anforderungen anzupassen und um spezifische Inhalte zu ergänzen. Dabei ergeben sich Beziehungen, welche die Zusammenhänge und Abhängigkeiten der Fachmodelle untereinander aufzeigen. Eine zugleich allgemeingültige sowie vollständige Vordefinition des durch die Beziehungen beschriebenen Modellverbundes ist kaum möglich. Zur rechnerinternen Abbildung erfolgt aus diesem Grund eine Zerlegung des Modellverbundes in Partialmodelle und entsprechende Verknüpfungen. Die Beschaffenheit des Beziehungsgeflechtes hängt sowohl von der Qualität der Datenmodelle als auch von der Beschreibungsgüte der Verknüpfungstypen, deren Definition ein hohes Maß an Fachwissen erfordern, ab. Mit einem Konzept zur Strukturierung und Zerlegung der Verbindungen in Basiselemente sowie der Integrationsmöglichkeit zu komplexeren Elementen wird eine einfachere Erstellung, Wartung und Anpassung von umfassenden baufachlichen Inhalten ermöglicht. Zur Sicherung einer hochwertigen Beschreibung des Modellverbundes ist ein an die Fähigkeiten des Ingenieurs ausgerichteter Zugang zur Spezifikation und Anpassung der Beziehungsdefinitionen unverzichtbar.
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 conventional way of describing an image is in terms of its canonical pixel-based representation. Other image description techniques are based on image transformations. Such an image transformation converts a canonical image representation into a representation in which specific properties of an image are described more explicitly. In most transformations, images are locally approximated within a window by a linear combination of a number of a priori selected patterns. The coefficients of such a decomposition then provide the desired image representation. The Hermite transform is an image transformation technique introduced by Martens. It uses overlapping Gaussian windows and projects images locally onto a basis of orthogonal polynomials. As the analysis filters needed for the Hermite transform are derivatives of Gaussians, Hermite analysis is in close agreement with the information analysis carried out by the human visual system. In this paper we construct a new higher dimensional Hermite transform within the framework of Quaternionic Analysis. The building blocks for this construction are the Clifford-Hermite polynomials rewritten in terms of Quaternionic analysis. Furthermore, we compare this newly introduced Hermite transform with the Quaternionic-Hermite Continuous Wavelet transform. The Continuous Wavelet transform is a signal analysis technique suitable for non-stationary, inhomogeneous signals for which Fourier analysis is inadequate. Finally the developed three dimensional filter functions of the Quaternionic-Hermite transform are tested with traditional scalar benchmark signals upon their selectivity at detecting pointwise singularities.
On the basis of the little material available (an architecture plan and some photographs) a computer model is developed for a bullet shaped dome, part of the Belgian Congo pavilion, created by the architect Henry Lacoste for the International Colonial Exhibition of 1931 in Paris. The ingenious and elegant wooden skeleton of the dome is approximated in two stages. The first approximation focusses on the curves traced on the dome by the wooden laminae, which appear to be loxodromes, cutting the meridians by a constant angle. In a second approximation the very specific joints of the laminae are taken into consideration. The resulting computer image shows an astonishing resemblance with the photographs. Finally, the shapes and dimensions of all laminae are calculated, enabling a possible reconstruction of the dome.