Refine
Has Fulltext
- yes (27) (remove)
Document Type
- Preprint (27) (remove)
Institute
- Institut für Strukturmechanik (ISM) (6)
- Junior-Professur Augmented Reality (4)
- Professur Bauphysik (3)
- Professur Denkmalpflege und Baugeschichte (3)
- Professur Modellierung und Simulation - Konstruktion (3)
- Institut für Europäische Urbanistik (2)
- Bauhaus-Institut für zukunftsweisende Infrastruktursysteme (b.is) (1)
- In Zusammenarbeit mit der Bauhaus-Universität Weimar (1)
- Professur Grundbau (1)
- Professur Informatik im Bauwesen (1)
Keywords
- Aerodynamik (4)
- Bridge (4)
- Ingenieurwissenschaften (4)
- Maschinelles Sehen (4)
- Buffeting (3)
- CGI <Computergraphik> (3)
- Ingenieurholzbau (3)
- Association for Computing Machinery / Special Interest Group on Graphics (2)
- DIN 1052 (2)
- Data Mining (2)
The accurate representation of aerodynamic forces is essential for a safe, yet reasonable design of long-span bridges subjected to wind effects. In this paper, a novel extension of the Pseudo-three-dimensional Vortex Particle Method (Pseudo-3D VPM) is presented for Computational Fluid Dynamics (CFD) buffeting analysis of line-like structures. This extension entails an introduction of free-stream turbulent fluctuations, based on the velocity-based turbulence generation. The aerodynamic response of a long-span bridge is obtained by subjecting the 3D dynamic representation of the structure to correlated free-stream turbulence in two-dimensional (2D) fluid planes, which are positioned along the bridge deck. The span-wise correlation of the free-stream turbulence between the 2D fluid planes is established based on Taylor's hypothesis of frozen turbulence. Moreover, the application of the laminar Pseudo-3D VPM is extended to a multimode flutter analysis. Finally, the structural response from the Pseudo-3D flutter and buffeting analyses is verified with the response, computed using the semi-analytical linear unsteady model in the time-domain. Meaningful merits of the turbulent Pseudo-3D VPM with respect to the linear unsteady model are the consideration of the 2D aerodynamic nonlinearity, nonlinear fluid memory, vortex shedding and local non-stationary turbulence effects in the aerodynamic forces. The good agreement of the responses for the two models in the 3D analyses demonstrates the applicability of the Pseudo-3D VPM for aeroelastic analyses of line-like structures under turbulent and laminar free-stream conditions.
Long-span bridges are prone to wind-induced vibrations. Therefore, a reliable representation of the aerodynamic forces acting on a bridge deck is of a major significance for the design of such structures. This paper presents a systematic study of the two-dimensional (2D) fluid-structure interaction of a bridge deck under smooth and turbulent wind conditions. Aerodynamic forces are modeled by two approaches: a computational fluid dynamics (CFD) model and six semi-analytical models. The vortex particle method is utilized for the CFD model and the free-stream turbulence is introduced by seeding vortex particles upstream of the deck with prescribed spectral characteristics. The employed semi-analytical models are based on the quasi-steady and linear unsteady assumptions and aerodynamic coefficients obtained from CFD analyses.
The underlying assumptions of the semi-analytical aerodynamic models are used to interpret the results of buffeting forces and aeroelastic response due to a free-stream turbulence in comparison with the CFD model. Extensive discussions are provided to analyze the effect of linear fluid memory and quasi-steady nonlinearity from a CFD perspective. The outcome of the analyses indicates that the fluid memory is a governing effect in the buffeting forces and aeroelastic response, while the effect of the nonlinearity is overestimated by the quasi-steady models. Finally, flutter analyses are performed and the obtained critical velocities are further compared with wind tunnel results, followed by a brief examination of the post-flutter behavior. The results of this study provide a deeper understanding of the extent of which the applied models are able to replicate the physical processes for fluid-structure interaction phenomena in bridge aerodynamics and aeroelasticity.
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.
Der Nagel als tragendes Holzverbindungsmittel ist heute gut bekannt. Doch noch vor 100 Jahren war das anders: sein statisch konstruktiver Gebrauch war verboten. Das änderte sich mit Beginn dessen Erforschung Ende der 1920er Jahre. Seit 1933 ist der Nagel Bestandteil der deutschen Regelwerke und findet seitdem breite Verwendung. Über weite Teile des 20. Jahrhunderts diente er in Not- und Sparkonstruktionen wie Brett- und Bohlenbindern als hocheffizientes Verbindungsmittel der Wahl. Diese materialsparenden Tragwerke waren bei der periodisch im-mer wiederkehrenden Ressourcenknappheit sehr gefragt und sind ein wichtiger Bestandteil der Konstruktionsgeschichte des Holzbaus. In dem folgenden Beitrag wird die Erforschung des Na-geltragverhaltens und die einhergehende fortlaufende Normierung behandelt. Die Errungen-schaften einzelner Forschungsvorhaben werden vorgestellt. Anhand eines Zeitstrahls werden Zusammenhänge zwischen Forschung und Normung gezeigt. Tabellen und Grafiken verdeutli-chen die Änderungen innerhalb der Normen von der ersten DIN 1052 im Jahr 1933 über die erste eigenständige Holzbaunorm in der DDR, der TGL 112-0730, aus 1963 bis zur DIN 1052- 1988. Dabei wird immer Bezug zum derzeitigen Entwurf des Eurocode 5 genommen. Allgemein zeigt sich, dass ein Großteil der heutigen Kenntnisse immer noch auf die Grundlagenforschung der 1930er Jahre zurückgeht.
Materialsparende Holzkonstruktionen, die insbesondere während der Kriegs- und Nachkriegszeit im 20. Jahrhundert entwickelt und optimiert wurden, erlangen aktuell aus konstruktionshistorischer Sicht, aber auch aus ökonomischer Sicht erneut Interesse. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick angefangen von den ersten Konstruktionen Ende der 1920er Jahre bis hin zu Typenbindern der DDR, die noch bis 1990 über Landwirtschaftsbauten errichtet wurden und heute oft als Tragkonstruktionen für Photovoltaikanlagen weiterverwendet werden. Der Fokus liegt auf der chronologischen Vorstellung ausgewählter Konstruktionsweisen für Hallen- und Hausdächer unterschieden nach Fachwerk- und Vollwandbindern. Sowohl die verantwortlichen Ingenieure und deren Herkunft, sowie wesentliche Anwendungsfelder und Beispielbauten kommen in der Überblicksdarstellung zur Sprache. Eine wesentliche Erkenntnis ist die im Betrachtungszeitraum 1930 bis 1990 zu verzeichnende Reduzierung einer Vielzahl genagelter Spar- hin zu Typenkonstruktionen, die im wesentlichen äußerst materialeffiziente Fachwerkbinder für Satteldächer hervorbrachte.
Aufgrund des visko-elastoplastischen Materialverhaltens von Beton wird Probekörpern und Bauteilen infolge zyklischer Beanspruchungen Energie zugeführt. Die entsprechenden Energiegrößen werden durch Hystereseflächen der Spannungs-Dehnungslinien beschrieben. In der Literatur finden sich dabei unterschiedliche Ansätze, wofür diese Energie verwendet wird. Erste Untersuchungen zeigen, dass zumindest ein Teil dieser dissipierten Energie in thermische Energie umgewandelt wird. Mithilfe der in diesem Beitrag beschriebenen Methodik lassen sich diese Energiegrößen für jeden Lastwechsel eines Ermüdungsversuches schnell und zuverlässig bestimmen. Anschließend wurden mit dem implementierten Algorithmus die dissipierten Energien von insgesamt 27 zyklischen Versuchen ausgewertet. Analog zu der Dehnungsentwicklung und der Steifigkeitsdegradation weisen auch die Verläufe der dissipierten Energie über die Lastwechselzahl einen dreiphasigen Verlauf auf. Die Auswertung zeigt außerdem eine Korrelation zwischen der Bruchlastwechselzahl und der dissipierten Energie. Auch der Zusammenhang zwischen Probekörpererwärmung und dissipierter Energie konnte bestätigt werden.
The assessment of wind-induced vibrations is considered vital for the design of long-span bridges. The aim of this research is to develop a methodological framework for robust and efficient prediction strategies for complex aerodynamic phenomena using hybrid models that employ numerical analyses as well as meta-models. Here, an approach to predict motion-induced aerodynamic forces is developed using artificial neural network (ANN). The ANN is implemented in the classical formulation and trained with a comprehensive dataset which is obtained from computational fluid dynamics forced vibration simulations. The input to the ANN is the response time histories of a bridge section, whereas the output is the motion-induced forces. The developed ANN has been tested for training and test data of different cross section geometries which provide promising predictions. The prediction is also performed for an ambient response input with multiple frequencies. Moreover, the trained ANN for aerodynamic forcing is coupled with the structural model to perform fully-coupled fluid--structure interaction analysis to determine the aeroelastic instability limit. The sensitivity of the ANN parameters to the model prediction quality and the efficiency has also been highlighted. The proposed methodology has wide application in the analysis and design of long-span bridges.