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In Baden-Württemberg werden derzeit für ca. 12.500 km Gewässer Hochwassergefahrenkarten erstellt. Hierfür sind umfangreiche hydraulische Berechnungen erforderlich, die es zu optimieren gilt. Bei der Wasserspiegellagenermittlung kommen zumeist eindimensionale Berechnungsverfahren zum Einsatz bei denen die Topografie der Gewässer und Vorländer über Querprofile erfasst werden. Im Rahmen der Hochwassergefahrenkartenerstellung werden diese Querprofile zum einen im Bereich des Gewässers über kostenintensive, terrestrische Vermessung und zum anderen im Bereich der Vorländer über ein digitales Geländemodell (DGM) bestimmt. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe die Querprofilerstellung und damit insgesamt die Methodik zur Erstellung der Hochwassergefahrenkarten verbessert werden kann.Das Verfahren ermöglicht es, unter optimaler Ausnutzung sowohl der vorhandenen terrestrischen Vermessungsdaten, als auch des hochaufgelösten digitalen Geländemodells zusätzlich zur vorhandenen Vermessung an beliebigen Stellen Ergänzungsquerprofile zu generieren. Des Weiteren wurde mittels Sensitivitätsanalyse untersucht, welche Auswirkungen eine Verringerung der Anzahl von vermessenen Querprofilen auf die Wasserstände haben.
Für die einen also „Bausünde“, für die anderen ein erhaltenswertes Bauwerk – wie geht man damit um? Für wen gilt wann etwas als „Bausünde“ und wann als erhaltenswert, welche Ziele werden damit verfolgt und Konzepte aufgezeigt? Inwieweit spielen beispielsweise Aspekte wie Ästhetik, Funktionalität oder der allgemeine gesellschaftliche Kontext bzw. Wandel sowie das jeweils aktuelle und bauzeitliche planerische Leitbild bzw. Verständnis eine Rolle bei der Verwendung des Begriffs und den Umgang für konkrete Bauwerke? Und inwieweit steht der Erhaltungswert bzw. eine Denkmalwürdigkeit damit im Verhältnis und wie kann damit planerisch umgegangen werden?
Der Diskussion über den Umgang mit verschmähten Bauwerken will sich die vorliegende Abschlussarbeit nähern. Als Bauwerke werden hierbei sowohl Gebäude und Plätze als auch zur Erinnerung gesetzte Objekte wie Statuen verstanden.
Why isn't Google welcome in Kreuzberg? Social movement and the effects of Internet on urban space
(2020)
Advances in information and communication technologies such as the Internet have driven a great transformation in the interactions between individuals and the urban environment. As the use of the Internet in cities becomes more intense and diverse, there is also a restructuring of urban space, which is experienced by groups in society in various ways, according to the specificity of each context. Accordingly, large Internet companies have emerged as new players in the processes of urbanization, either through partnerships with the public administration or through various services offered directly to urban residents. Once these corporations are key actors in the digitalization of urban services, their operations can affect the patterns of urban inequality and generate a series of new struggles over the production of space. Interested in analyzing this phenomena from the perspective of civil society, the present Master Thesis examined a social movement that prevented Google to settle a new startup campus in the district of Kreuzberg, in Berlin. By asking why Google was not welcome in that context, this study also sought to understand how internet, as well as its main operators, has affected everyday life in the city. Thus, besides analyzing the movement, I investigated the particularities of the urban context where it arose and the elements that distinguish the mobilization’s opponent. In pursuit of an interdisciplinary approach, I analyzed and discussed the results of empirical research in dialogue with critical theories in the fields of urban studies and the Internet, with emphasis on Castells' definitions of urban social movements and network society (1983, 2009, 2015), Couldry's and Mejias' (2019) idea of data colonialism, Lefèbvre's (1991, 1996) concepts of abstract space and the right to the city, as well as Zuboff's (2019) theory of surveillance capitalism. The case at hand has exposed that Google plays a prominent role in the way the Internet has been developed and deployed in cities. From the perspective accessed, the current appropriation of Internet technologies has been detrimental to individual autonomy and has contributed to intensifying existing inequalities in the city. The alternative vision to this relies mainly on the promotion of decentralized solidarity networks.
A complex artistic research on the theme of cultural heritage and (neo)colonial processes of material and immaterial expropriation. Starting from the encounter with a phonographic relic at the Berliner Phonogramm-Archiv, the artist embarks on a journey to her own roots embodied in the practice of the Afro-Brazilian religion Candomblé. In the form of a theoretical treatise, an archive (photos, diagrams, maps, newspaper clippings, letters, documents), as well as a sound performance in the public space of the city of Weimar, several theoretical and performative elements are brought together in this transmedia artistic research that proposes a true decolonial practice.
Wechselwirkung zwischen Baugrundmodell und Gründungsentwurf am Beispiel eines Maschinenfundaments
(2004)
Die Beschreibung und Modellierung des Baugrundes erweist sich aufgrund seiner Genese als schwierig. Diese Tatsache soll am Beispiel eines Gründungsentwurfs, durch die Gegenüberstellung zweier unterschiedlicher Modellansätze demonstriert werden. In diese Betrachtung gehen zum einen "Subjektive Schätzungen" und zum anderen "[Geo]Statistische Baugrundmodelle" ein. Die Bemessung erfolgt anhand einer identischen Ausgangsdatenbasis. Im Ergebnis zeigen sich große Abweichungen zwischen beiden Modellansätzen, die sich auf unterschiedlichen Umgang mit den streuenden Baugrundkenngrößen zurückführen lassen. Die streuenden Baugrundkenngrößen werden bei den "Subjektiven Schätzungen" durch einen einzigen, ungünstig wirkenden Kennwert repräsentiert, der die Eigenschaften eines Homogenbereichs beschreibt. Bei den "[Geo]Statistischen Baugrundmodellen" werden die Baugrundkenngrößen in ihrer Streubreite erfasst, ausgewertet und mit der Monte-Carlo-Simulation in der Grenzzustandsfunktion berücksichtigt.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der vergleichenden Analyse unterschiedlicher Berechnungsansätze zum hydraulischen Grundbruch. Diese wurden zunächst analysiert, an Beispielberechnungen angewandt und schließlich miteinander verglichen. Weiterhin wurde der Einfluss verschiedener Randbedingungen, allem voran der Baugrubenbreite, auf die Sicherheit gegen einen hydraulischen Grundbruch untersucht. Es werden Empfehlungen zur Anwendbarkeit verschiedener Näherungsansätze bei Vorhandensein bestimmter Einflussfaktoren gegeben.
Zielstellung: Im Rahmen von Verkehrswegebauprojekten werden häufig Dämme aus Felsbruchmaterialien hergestellt. Solche Materialien weisen in der Regel einen hohen Anteil an Steinen und Blöcken auf. Dieses Größtkorn muss zerkleinert werden, um eine hohlraumarme Verdichtung gewährleisten zu können und damit spätere Sackungen durch Verlagerung der Gesteinsblöcke auszuschließen. Die diesbezüglichen Vorgaben der ZTVE-StB sind einzuhalten. Über die eingesetzte Verdichtungstechnologie lassen sich Gesteine bis zu bestimmten maximalen einaxialen Druckfestigkeiten auf entsprechende Korngrößen zertrümmern. Der Unternehmer muss entscheiden, ob mit einer gewählten Verdichtungstechnologie das Felsbruchmaterial ausreichend stark zertrümmert wird, um die Vorgaben zu erfüllen. Gleichzeitig darf der Feinkornanteil durch den Zertrümmerungsvorgang nur geringfügig ansteigen, um den Anforderungen bezüglich Durchlässigkeit und Frostempfindlichkeit gerecht zu werden. Die geforderten Tragfähigkeiten und Dichten müssen sichergestellt sein. Aufgrund fehlender Vergleichsuntersuchungen ist die Beurteilung der geeigneten Verdichtungstechnologie meist problematisch. Größenordnungen und Leistungsansätze können dadurch falsch eingeschätzt werden. Ziel dieser Diplomarbeit ist die Untersuchung der Beziehung zwischen Festigkeit und Zertrümmerung von Felsbruchmaterial in Abhängigkeit der eingesetzten Verdichtungstechnologie. Es soll untersucht werden, inwieweit vorhandene Steine und Gesteinsblöcke durch Verdichtungsvorgänge eine Zertrümmerung erfahren und welche Auswirkungen das auf die Korngrößenverteilung, insbesondere auch hinsichtlich des Feinkornanteils, hat. Ein Zusammenhang zu den erreichten Tragfähigkeiten und Dichten soll hergestellt werden. Dadurch kann die geplante Verdichtungstechnologie im Bezug auf ihre Wirksamkeit besser eingeschätzt und gegebenenfalls optimiert werden. Die Beurteilung von Leistungsansätzen und Kosten im Rahmen der Angebotserarbeitung wird somit deutlich vereinfacht.
Variantenuntersuchung für eine dauerhafte Bahndammsanierung unter zu Hilfenahme numerischer Methoden
(2004)
Das Ziel der Arbeit war es, die Standsicherheit eines Bahndammes im Vergleich der in Deutschland gültigen Vorschriften (DIN 1054 und Eurocode 7) zu untersuchen. Sollte sich dabei herausstellen, dass der Bahndamm in der gegebenen Situation die Standsicherheitsanforderungen nicht erfüllt sollten verschiedene Sanierungsvarianten vorgeschlagen und für eine Vorzugsvariante die wichtigsten Nachweise durchgeführt werden. Zunächst wurden die Allgemeinen Grundlagen der zur Zeit in Deutschland gültigen Vorschriften erläutert und anschließend auf das konkrete Projekt bezogen gegenübergestellt. Es stellte sich heraus, dass die Anforderungen an die Standsicherheit bei Berechnung nach beiden Vorschriften nicht erfüllt werden konnten. Somit war es notwendig für die gegebene Situation mögliche Sanierungsvorschläge zu entwickeln. Diese wurden anschließend kurz vorgestellt und erläutert. Schließlich wurden für die Vorzugsvariante die wichtigsten Nachweise im Vergleich der Vorschriften (DIN 1054 und Eurocode 7) durchgeführt und verglichen.
Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit war es, „Untersuchungen hinsichtlich des Einflusses von Phase Change Materials auf die Raumlufttemperatur“ durchzuführen und anschließend die Ergebnisse auszuwerten. Dabei galt es, thermodynamische Grundlagen zu erläutern sowie den derzeitigen Stand der Forschung darzulegen. Dies wurde umfassend bearbeitet, allerdings kann hierbei aufgrund des Umfangs und der Vielfalt im Bereich der internationalen PCM-Forschung kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben werden. Ein Hauptteil dieser Arbeit bestand darin, den Versuchsaufbau der Referenzräume im Eiermann-Bau in Apolda als Grundlage für spätere Messungen detailliert zu beschreiben. Dabei wurde auf die gesamte Messanlage, die eingebrachten PCM sowie auf daraus resultierende physikalische Kenngrößen ausführlich eingegangen. Es galt, geometrische, chemische und physikalische Einflüsse einzuschätzen, aber auch Schwachstellen aufzudecken, um die später folgenden Messreihen exakt auswerten zu können. Als kritisch einzuschätzende Größe fiel dabei besonders das eingebrachte Salzgemisch auf, welches hinsichtlich des Schmelz- und Kristallisationsbereiches als kaum beurteilbar auffiel. Dies konnte auch nach mehreren Untersuchungen, hier ist insbesondere die dynamische Differenzkalorimetrie zu nennen, nicht hinreichend geklärt werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden vergleichende Messreihen durchgeführt, welche durch verschiedene Luftwechselraten gestaltet wurden. Im Maximum konnte dabei im PCM-konditionierten Raum eine Reduktion der Temperatur um 6 K erreicht werden. Dabei muss allerdings berücksichtigt werden, dass diese Differenz größtenteils auf die thermische Masse des Salzgemischs zurückgeführt werden kann. Eine abschließende Messung ohne Salzgemisch zeigte, dass aufgrund des latenten Wärmespeichervermögens des PCM-Putzes lediglich eine thermische Differenz von 2 K erreicht werden kann. Hinsichtlich der Luftwechselrate ist anzumerken, dass die erwartete, vergleichsweise zügige Auskühlung trotz Lüftung in der Praxis nicht nachvollzogen werden konnte. Zur Auswertung der gewonnenen Messwerte galt es, das am Lehrstuhl Bauphysik vorhandene mathematische Minimalmodell auf die am Objekt vorhandenen Randbedingungen anzupassen. Aus den Datenwolken der Atmosphärentemperatur sowie der Globalstrahlung mussten Funktionen approximiert werden, da diese äußeren Zwänge einen entscheidenden Einfluss auf den Verlauf der Innenraumtemperatur ausüben. Die Ergebnisse der Berechungen des Temperaturverlaufs können als zufrieden stellend betrachtet werden, jedoch wurde deutlich, dass ein genaues Nachstellen nicht möglich ist. Dies ist vor allem auf die Tatsache zurückzuführen, dass das Minimalmodell lediglich eine Beschreibung der wesentlichen Prozesse mathematisch abbildet. Eine kritische Auseinandersetzung hinsichtlich allgemeiner Standpunkte als auch der Anwendbarkeit auf die Referenzräume wurde abschließend diskutiert.
Untersuchungen adaptiver Modellanpassungen für Probleme dynamischer Bauwerks-Bodeninteraktion
(2009)
Die Eigenschaften des Baugrunds können das dynamische Verhalten eines Bauwerks in erheblichem Maße beeinflussen. Um daraus resultierende Veränderungen der Tragwerksbeanspruchung ermitteln zu können, muss der Boden in den Berechnungsmodellen zur Bestimmung der Tragwerksbeanspruchung berücksichtigt werden. Die möglichen Modellierungsvarianten unterscheiden sich in ihrer Komplexität erheblich. Im Rahmen dieser Arbeit wird das dynamische Verhalten eines konkreten Bauwerks, der Millikan Library, an einem numerischen Modell untersucht. Während das Partialmodell Bauwerk während der Untersuchungen unverändert bleibt, werden für den Boden verschiedene Modellierungsvarianten verwendet. Allen Bodenmodellen gemein ist, dass sie auf einfachen, gekoppelten Feder-Dämpferelementen beruhen. Die mit den unterschiedlichen Modellierungsvarianten des Bodens erzielten Ergebnisse werden einander gegenüber gestellt und mit dem, im Rahmen anderer Arbeiten experimentell bestimmten, dynamischen Verhalten des untersuchten Bauwerks verglichen.
Beim Entwurf signalgesteuerter Knotenpunkte werden Signalsteuerung und Knotenpunktgestaltung aufeinander abgestimmt. Die bauliche Gestaltung vorfahrtgeregelter und lichtsignalgesteuerter Knotenpunkte weist demnach Differenzen auf. Ein Ausfall der LSA wie auch das Abschalten dieser während der Nachtstunden stellt eine Abweichung vom ursprünglichen Betriebskonzept dar. Zwei maßgebliche Anforderungen an Knotenpunkte in Hinblick auf die Verkehrssicherheit stellen die Erkennbarkeit und Begreifbarkeit des Knotenpunktes dar. Es wurde ein Kriterienkatalog entwickelt, der die bauliche Ausbildung des Knotenpunktes speziell hinsichtlich dieser beiden Aspekte untersucht und somit Mängel in der Verkehrssicherheit von Knotenpunkten mit ausgefallener und abgeschalteter LSA aufzeigt. Hierbei werden sowohl allgemeingültige Defizite als auch solche, die aus der unterschiedlichen Ausbildung entsprechend der geplanten Verkehrsregelung resultieren, aufgezeigt. Der entwickelte Kriterienkatalog diente als Leitfaden bei der Untersuchung von sechs lichtsignalgesteuerten Knotenpunkten im Stadtgebiet Weimar. Entsprechend der hier aufgezeigten Defizite wurden Maßnahmen entwickelt, die diese Mängel beseitigen sollen und zum Teil auf andere Knotenpunkte übertragbar sind.
Untersuchung zum effizienten Schalungseinsatz bei häufig vorkommenden Sonderaufgaben im Schalungsbau
(2005)
Der Schalungseinsatz auf einer Ortbetonbaustelle hat wesentlichen Einfluß auf die Wirtschaftlichkeit einer Baumaßnahme. Der Arbeitsvorbereitung mit der Auswahl des geeigneten Schalungssystems kommt dabei die größte Bedeutung zu. In Ergänzung zu den Systemschalungen existieren einige Sonderlösungen der Schalungsanbieter, deren Einsatz sich bereits bei wenigen Nutzungen als kostengünstig erweisen kann. Der Kostenvergleich zwischen verschiedenen Varianten ist von vielen Faktoren abhängig. Da jedes Bauvorhaben ein Unikat darstellt, können keine allgemeingültigen Aussagen oder Berechnungen angestellt werden.
In dieser Diplomarbeit werden – anhand eines Simulationsprogrammes – die diffusen Schallfelder in Atrien untersucht. Diesbezüglich standen Referenzobjekte in Berlin zur Verfügung. Es wurde untersucht, inwieweit sich die Raumgeometrie, die Volumina und die Absorptionseigenschaften der Umhüllungsflächen auf die Energieverteilung im Atriumsraum auswirken. Ziel der Arbeit ist es, Optimierungspotenziale aufzuzeigen und Lösungsvorschläge zu entwickeln, die zeigen, mit welchen Mitteln und Methoden die Raumakustik nachträglich verbessert werden kann.
Aus theoretischen Grundlagen zu Beschreibungsmöglichkeiten dreidimensionaler Geometrieobjekte und deren Anwendung in bestehenden Lösungen aus CAD, GIS und VR, wird ein Konzept zu dreidimensionalen Analysen erarbeitet. Dieses Konzept beinhaltet Objektanalysen wie Volumen, Schwerpunkt und Trägheitsmomente, Beziehungsanalysen wie Berührt, Überlappt, im Abstand oder gleiche Form sowie Verschneidungsanalysen über die Mengenoperationen Schnitt, Differenz und Vereinigung.
Aufgabe der Masterarbeit war es, eine Eibnführung in die WRRL und deren Implementierung zu geben sowie das Darstellen erster Umsetzungsschritte in Norwegen.
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.
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.
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.
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.
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.