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Im vorliegenden Beitrag wird ein in das FE-Programmsystem ANSYS implementiertes elastoplastisches Berechnungsmodell zur nichtlinearen, räumlichen Untersuchung von Mauerwerkstrukturen vorgestellt. Die Modellierung des heterogenen Baustoffs Mauerwerk erfolgt mit Hilfe eines verschmierten Ersatzkontinuums. Das anisotrope Materialverhalten wird sowohl hinsichtlich der Spannungs-Dehnungsbeziehung als auch bei der Beschreibung der Festigkeit berücksichtigt. Durch die Verwendung einer zusammengesetzten Fließbedingung ist es möglich, das Versagen der einzelnen Mauerwerkkomponenten Stein und Mörtelfugen und des Verbundes zu berücksichtigen. Dadurch ist die Anwendbarkeit des Modells für mehrere Mauerwerksarten gegeben. Die hierfür verwendeten Materialparameter sind aus einfachen Kleinkörperversuchen bestimmbar oder innerhalb gewisser Grenzen aus empirischen Formeln berechenbar. Die notwendige Beschränkung der Anzahl der Materialparameter sichert die praktische Anwendbarkeit des entwickelten Berechnungsmodells. Die numerische Umsetzung des hier verwendeten impliziten Berechnungsverfahrens lässt sich in eine lokale und eine globale Iterationsebene gliedern. Die lokale Iteration am Integrationspunkt dient der Spannungsrückführung. Dabei sind die Besonderheiten der Verarbeitung mehrflächiger Fließfiguren zu beachten. Die globale Iteration auf Systemebene sichert die Umlagerung des Residuums. Mit der Nachrechnung von Versuchsergebnissen soll das entwickelte Modell verifiziert und seine physikalische Leistungsfähigkeit eingeschätzt werden.
The cost of keeping large area urban computer aided architectural design (CAAD) models up to date justifies wider use and access. This paper reviews the potential for collaborative groupwork creation and maintenance of such models and suggests an approach to data entry, data management and generation of appropriate levels of detail models from a Geographic Information System (GIS). Staff at the University of the West of England (UWE) modelled a large area of Bristol to demonstrate millennium landmark proposals. It became swiftly apparent that continued amendment of the model to keep it an accurate reflection of changes on the ground was a major data management problem. Piecing in new CAAD models received from Architectural Practices to visualise them in context as part of the planning negotiation process has often taken staff several days of work for each instance. The model is so complex and proprietary that Bristol City operates a specialist visualisation bureau service. UWE later modelled the environs of the Tower of London to support bids for funding and to provide the context for judging the visual impact of iterative design development. Further research continued to develop more effective approaches to. Data conversion and amalgamation from all the diverse sources was the major impediment to effective group working to create the models. It became apparent that a GIS would assist retrieving all the appropriate data that described the part of the model under creation. It was possible to predict that management of many historic part models stepping back through time, allowing for different expert interpretations to co-exist would be in itself a major task requiring a spatial database/GIS. UWE started afresh from the original source data, to explore the collaborative use of GIS and Virtual Reality Modelling Language (VRML) to integrate models and interventions from various sources and to generate an overall navigable interactive whole. Current exploration of the combination of event driven behaviours and Structured Query Language is seeking to define how appropriately to modify objects in the VRML model on demand. This is beginning to realise the potential for use of this process for: asynchronous group modelling on the lines of a collaborative virtual design studio; historic building maintenance management; visitor management; interpretation of historic sites to visitors and public planning information.
Der Schwerpunkt von Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Tragwerksplanungs-Software lag in den letzten Jahren auf der Erweiterung des funktionalen Umfangs. In der Folge ist es notwendig, den gestiegenen Funktionsumfang einem möglichst breiten Anwenderkreis durch ingenieurgemäß gestaltete Arbeitsumgebungen zugänglich zu machen, so dass ein möglichst effizientes und fehlerarmes Arbeiten ermöglicht wird. Aus der Sicht der Tragwerksplaner muss eine ingenieurgemäß gestaltete Software eine dem spezifischen Arbeitsablauf angepasste Nutzer-Software-Interaktion aufweisen. Dabei sind die benötigten Funktionalitäten in ein einheitliches System zu integrieren und eine Anpassbarkeit durch den Anwender sicherzustellen. Die Berücksichtigung dieser Anforderungen mit herkömmlichen Mitteln würde einen unverhältnismäßig hohen Entwicklungsaufwand erfordern. Infolgedessen muss aus der Sicht der Software-Entwickler eine moderne Software-Architektur für die Tragwerksplanung eine Erhöhung des Wiederverwendungsgrades und eine unabhängige Erweiterbarkeit als zusätzliche Anforderungen erfüllen. In diesem Beitrag wird ein auf Verbunddokumenten basierendes Konzept vorgestellt, mit dem eine Zusammenführung von Standard-Software und fachspezifischen Software-Komponenten zu einer ingenieurgemäßen Arbeitsumgebung ermöglicht wird. Damit kann die Analyse und die Dokumentation eines Tragelementes einschließlich der zugehörigen Datenhaltung innerhalb eines Verbunddokumentes erfolgen. Gleichzeitig kann der software-technische Wiederverwendungsgrad durch die Definition eines Component Frameworks als unabhängig erweiterbare Software-Architektur und durch den Einsatz von Software-Komponenten mit eigener Nutzeroberfläche über das bisher erreichte Niveau hinaus gesteigert werden. Die Umsetzbarkeit des Konzeptes wird durch eine Pilotimplementierung demonstriert.
COMPARISON OF SOME VARIANTS OF THE FINITE STRIP METHOD FOR ANALYSIS OF COMPLEX SHELL STRUCTURES
(2000)
The subject of this paper is to explore and evaluate the semi-analytical, analytical and numerical versions of the finite strip method (FSM) for static, dynamic and stability analyses of complex thin-walled structures. Many of bridge superstructures, some roof and floor structures, reservoirs, channels, tunnels, subways, layered shells and plates etc. can be analysed by this method. In both semi-analytical and analytical variants beam eigenvalue vibration or stability functions, orthogonal polynomials, products of these functions are used as longitudinal functions of the unknowns. In the numerical FSM spline longitudinal displacement functions are implemented. In the semi-analytical and numerical FSM conventional transverse shape functions for displacements are used. In the analytical FSM the accurate function of the strip normal displacement and the plane stress function are applied. These three basic variants of the FSM are compared in quality and quantity in view to the following: basic ideas, modelling, unknowns, DOF, a kind and order of the strips, longitudinal and transverse displacement and stress functions, compatibility requirements, boundary conditions, ways for obtaining of the strip stiffness and load matrices, a kind and size of the structure stiffness matrix and its band width, mesh density, necessary number of terms in length, accuracy and convergence of the stresses and displacements, approaches for refining results, input and output data, computer resources used, application area, closeness to other methods, options for future development. Numerical example is presented. Advantages and shortcomings are pointed. Conclusions are given.
Die Versagenswahrscheinlichkeit nach einem Grenzzustand wird gewöhnlich mit dem Integral I der Basisvariablen-Verteilungsdichte über den Versagensbereich bestimmt. Dabei ist eine geschlossene Lösung nur im Spezialfall normalverteilter Basisvariablen bei Linearität der Grenzzustandsgleichung möglich. In anderen Fällen sind verschiedene Näherungsverfahren gebräuchlich, die auf den Momenten der Basisvariablen und geeignet gewählten Indizes als Sicherheitskenngrößen beruhen. Eine größere Genauigkeit bieten die Zuverlässigkeitstheorien erster bzw. zweiter Ordnung, die ebenfalls von I ausgehen. Im Beitrag wird ein neuartiges Verfahren vorgestellt, dessen Ausgangspunkt nicht I, sondern das Kraftgrößenverfahren als einem Standardalgorithmus des konstruktiven Ingenieurbaus ist. Die Einbeziehung der maßgebenden Zufallsgrößen in die Matrix der Vorzahlen und die Belastungszahlen führt zur Verallgemeinerung des Systems der Elastizitätsgleichungen zum zufälligen System der Elastizitätsgleichungen. Dessen Lösung, die durch den Übergang zu einem deterministischen Ersatzsystem gewonnen wird, liefert die statisch Unbestimmten als Funktionen der im System wirkenden Zufallsgrößen (z.B. E-Modul der Stäbe und Belastung). Da dieser Zusammenhang analytisch vorliegt, kann die Wirkung einzelner Zufallseinflüsse auf die statisch Unbestimmten und die daraus folgenden sicherheitsrelevanten Zustandsgrößen beurteilt werden. Die Dichtefunktion der Grenzzustandsgleichung kann berechnet oder durch Simulation ermittelt werden. Daraus folgt . Nicht normalverteilte Zufallsgrößen werden durch Entwicklung in orthogonale Polynome Gaußscher Zufallsgrößen berücksichtigt.
Für den Entwurf der i.a. aus langen schmalen Rechtecken bestehenden Schal- bzw. Werkpläne wird eine Entwurfsunterstützung vorgestellt, bei der die Größe der Rechtecke wie immer festgelegt wird, die Lage der Rechtecke aber durch topologische Angaben. Letztere bilden programmtechnisch Bedingungen, wobei zwischen Berühr- und Bündigkeitsbedingen unterschieden wird. Diese Angaben positionieren das neue Rechteck im Bezug zu einem bereits platzierten. Zum Beispiel erlaubt die Angabe, die Säule ist oberhalb des Fundamentes und belastet dieses mittig, eine eindeutige Festlegung der Lage der Säule bei gegebener Lage des Fundamentes und gegebenen Abmessungen beider Rechtecke. Die Formulierung mittels Bedingungen hat den Vorteil daß diese auch bei Änderung von Abmessungen gültig bleiben. Die hier vorgestellte Eingabeart der relativen Positionierung ist eine Erweiterung des Orthomodus, wie er bei Bau-CAD-Programmen stets gefunden wird.
Die Inverse Matrizeniteration ist ein Verfahren zur Bestimmung der Eigenzustände reeller, symmetrischer Matrizen mit konvexer Profilstruktur. Das Verfahren zeichnet sich besonders durch den Erhalt der Profilstruktur und die Bestimmung der Eigenwerte in geordneter Reihenfolge aus. Die Iteration ermöglicht die gezielte Bestimmung mehrerer aufeinander folgender betragskleinster Eigenwerte, wie es im Bauwesen insbesondere für Stabilitäts- und Schwingungsanalysen erforderlich ist. Die Anwendung dieses Verfahrens hat gezeigt, daß ein Teil der gesuchten Eigenwerte mit wenigen Iterationszyklen bestimmt werden kann, während andere eine größere Anzahl von Iterationszyklen erfordern. Diese lokale Konvergenzverschlechterung kann durch eine Jacobi-Randkorrektur, wie sie im Beitrag näher erläutert wird, behoben werden.
Berechnungsmethoden mit Berücksichtigung des physikalisch nichtlinearen Verhaltens von Stahlbetonkonstruktionen werden mit Einführung der europäischen und nationalen Normung verstärkten Einsatz in der Tragwerksplanung finden. Hierbei sind im Gegensatz zu linearen Berechnungen zeitliche Aspekte der Tragwerksbeanspruchung zu berücksichtigen. Ein Lösungsansatz zur Beherrschung von Lastfolgeeffekten kann auf der Grundlage der Theorie des adaptiven Tragwerkes abgeleitet werden. Unter Verwendung von Algorithmen der mathematischen Optimierung lassen sich derartige Probleme numerisch lösen. Von besonderem Interesse sind dabei spezielle Formulierungen zur Bestimmung von Grenzwiderständen, die zur Bemessung von Stahlbetontragwerken herangezogen werden können. Im Beitrag werden zwei Konzepte zur numerischen Bestimmung von adaptiven Grenzwiderständen auf der Basis der nichtlinearen Optimierung vorgestellt, diese sind: - Konzept des superponierten Restzustandes - Konzept der gekoppelten plastischen Antwort. Es wird von einem elastisch- plastischen Verhalten der untersuchten Struktur ausgegangen.
Humans are able to think, to feel, and to sense. We are also able to compute but not very well. In contrast, computers are giants in computing. Yet, they can not do anything else besides computing. Appropriate combinations of the different gifts and strengths of human and computer may result in impressive performances. In the 3-Hirn approach one human and two computers are involved. On the computers different programs are running. The human starts the machines and inspects the solutions they propose. He compares these candidate solutions and finally decides for one of the alternatives. So, the human makes the final choice from a small number of computer proposals. In performance-oriented chess, 3-Hirn combinations consisting of an amateur player and commer-cial software have reached world class level. 3-Hirn is a Decision Support System with Multiple Choice Structure. Such Multiple Choice Systems will be exhibited and discussed.
Prozeßoptimierung in der logistischen Kette erfordert eine interdisziplinäre betriebsüber-greifende Projektarbeit. Im Zeitalter der Globalisierung der Märkte und der stetigen Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit mittelständischer Unternehmen ist eine innerbetriebliche und überbetriebliche Ressourcen- und Tourenplanung (Optimierung) über eine Informationsvernetzung ebenso notwendig wie die Aufbereitung von Informationen und die Analyse von Geschäftsprozessen. Die Prozessoptimierung umfaßt die Aufgaben der Analyse, Gestaltung, Planung und Kontrolle von Prozessen. Supply Chain Management (SCM) ist die übergreifende Prozessoptimierung in der logistischen Kette, d.h. die logische Weiterführung der PPS auf die Lieferbeziehungen. Das Strukturmodell der logistischen Kette umfaßt die Prozesse der * Produktentstehung * Entwicklung * Auftragsgewinnung (Vertrieb, Marketing) * Produktionsplanung * Beschaffung * Produktion * Distribution und Entsorgung Diese Prozesse werden durch das Supply Chain Management nach unternehmensspezifischen Zielsetzungen in Richtung Kunden, Lieferanten und Dienstleistern gestaltet und optimiert (Optimierung der Wertschöpfungskette). Anwendungssystem der Informatik übernehmen die Informationsversorgung in der logistischen Kette.
Dynamic testing for damage assessment as non-destructive method has attracted growing in-terest for systematic inspections and maintenance of civil engineering structures. In this con-text the paper presents the Stochastic Finite Element (SFE) Modeling of the static and dy-namic results of own four point bending experiments with R/C beams. The beams are dam-aged by an increasing load. Between the load levels the dynamic properties are determined. Calculated stiffness loss factors for the displacements and the natural frequencies show differ-ent histories. A FE Model for the beams is developed with a discrete crack formulation. Cor-related random fields are used for structural parameters stiffness and tension strength. The idea is to simulate different crack evolutions. The beams have the same design parameters, but because of the stochastic material properties their undamaged state isn't yet the same. As the structure is loaded a stochastic first crack occurs on the weakest place of the structure. The further crack evolution is also stochastic. These is a great advantage compared with de-terministic formulations. To reduce the computational effort of the Monte Carlo simulation of this nonlinear problem the Latin-Hypercube sampling technique is applied. From the results functions of mean value and standard deviation of displacements and frequencies are calcu-lated. Compared with the experimental results some qualitative phenomena are good de-scribed by the model. Differences occurs especially in the dynamic behavior of the higher load levels. Aim of the investigations is to assess the possibilities of dynamic testing under consideration of effects from stochastic material properties
n allen Stadien des Planungsprozesses von Gebäuden nehmen Entwurfsentscheidungen starken Einfluß auf die bauphysikalische Qualität eines Gebäudes. Im Rahmen dieses Beitrags wird deshalb die Integration bauphysikalischer Gesichtspunkte in den Planungsprozeß vorgestellt, bei welcher dem Fachingenieur geeignete Werkzeuge zur Verfügung gestellt werden, die es erlauben, das zu planende Gebäude als Einheit von baulicher Hülle, Anlagentechnik und Nutzung zu betrachten. Darauf aufbauend wird eine gezielte Überprüfung des Gebäudemodells mit Hilfe von bauphysikalischen Nachweisen und Simulationen durchgeführt, um eine bauphysikalische Entscheidungsunterstützung im Entwurfsprozeß vornehmen zu können. Das erarbeitete Programmsystem VAMOS (Verteilte Applikation zur Modellierung und Optimierung bauphysikalischer Systeme) nutzt die Middleware-Technologie CORBA konsequent für die dynamische, netzwerkweite Integration fünf verschiedener aufgabenspezifischer Komponenten: Die erste Komponente zur Modellerzeugung und -manipulation wurde auf Basis des CAD-Systems AutoCAD als ARX-Laufzeitmodul erstellt. Dadurch ist es einerseits möglich, bestehende Planungsabläufe unter Verwendung von Standardwerkzeugen des entwerfenden Ingenieurs zu erhalten, andererseits können die umfangreichen Fähigkeiten des AutoCAD-Geometriekerns für die Erstellung komplexer dreidimensionaler Bauteilgeometrien genutzt werden. In der zweiten Komponenten wurde eine objektorientiertes Datenbanksystem in das Gesamtsystem integriert, das auch für die Verwaltung verschiedener Versionen von Gebäudeentwürfen verwendet wird. Die bauphysikalischen Nachweise, die auf Basis der zentral im Netzwerk bereitgestellten Modelle automatisiert durchgeführt werden können, wurden auf Basis der Java-Applet-Technologie abgebildet, um die zentrale Wartbarkeit und Anpassbarkeit an Veränderungen der Vorschriften und Gesetzesgrundlagen zu ermöglichen. Dabei wurden sowohl die aktuelle Wärmeschutzverordnung (WSVO) als auch die Energieeinsparverordnung (EnEV) berücksichtigt. Für die ganzheitliche Erfassung des Gebäudeenergiehaushaltes wurde das Simulationsprogramm TRNSYS um ein Schnittstellenmodul unter Verwendung von IDL-Interfaces erweitert, so daß die direkte Integration der umfangreichen Funktionalitäten in das Gesamtsystem möglich wird. Um die Modellierung auf der Basis von realistischen Parametern durchführen zu können, wurde eine Komponente entwickelt, die unter Verwendung der Technologie mobiler Internet-Agenten die dynamische Recherche von herstellerspezifischen Parametern im Internet ermöglicht.
Bei komplexen Gründungskonstruktionen sind Planungsfehler durch eine konsistente Modellierung vermeidbar. Manuelle Berechnungsmethoden ermöglichen im allgemeinen ein dreidimensionales Vorgehen nicht. Numerische Berechnungsmethoden, wie z.B. die Finite-Element-Methode, sind ein optimales Werkzeug zur ganzheitlichen Simulation des Problems. Die für die Finite-Element-Analyse notwendige Diskretisierung komplexer Bau- grundstrukturen ist manuell nicht zu bewältigen. Der vorliegende Beitrag zeigt wie ein Finite-Element-Modell automatisch aus einem geotechnischen Modell unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen der Baugrund-Tragwerk-Struktur und des Bauablaufes erzeugt werden kann. Hierbei wird die Berücksichtigung der geometrischen und der mechanischen Besonderheiten bei der Netzgenerierung dargestellt.
Die Entwicklung von Projekten des Hoch- und Industriebaus ist durch eine Vielzahl von zu verarbeitenden Informationen und Bewertungsgrundlagen in den Planungsphasen der Bau-land- sowie der Hoch- und Industriebauentwicklung für die Kostenkalkulation geprägt. Die Identifizierung, Beschaffung, Verwaltung und Verarbeitung dieser nach Art, Form und Inhalt bei den Kommunikationspartnern verteilt vorliegenden Informationen führt zu komplexen Planungsprozessen. Zur Bewältigung dieser Komplexität ist die Bauprojektentwicklung kooperativ in vernetzten Systemen durchzuführen. Insbesondere kann die Kostenkalkulation auf Basis der sich zeitlich verändernden Fachinformation im Netz effizient, zeitnah und mit hoher Qualität durchgeführt werden. Die bisher eingesetzten Methoden und Verfahren unterstützen die Projektplaner bei der Datenerfassung und -verarbeitung der kostenrelevanten Informationen nur in lokalen Computernetzen. Die Erfassung von Kosteninformationen, wie zum Beispiel Kostenschätzungen zur Planung von Projekten oder die im Laufe der Projektentwicklung entstehenden Kosten, liegen jedoch verteilt bei den Projektpartnern vor. Es ist daher notwendig, zur Vermeidung von Erfassungs-fehlern und zur Steigerung der Kooperation der Projektpartner bei der wirtschaftlichen Kalkulation von Bauprojekten, den Projektpartnern eine rechnergestützte und projektweite Kalkulation unter Nutzung von Computernetzwerken zu ermöglichen. Die Autoren stellen ein agenten-basiertes Kooperationsmodell für die Kosten-Kalkulation in Rahmen der Bauprojektentwicklung in vernetzten Systemen vor, das durch Strukturierung der Planungsinformationen die selbständige Suche nach klar definierten Informationen auf Basis mobiler Internet-Agenten dynamisch-adaptiv unterstützt.
The method of difference potentials can be used to solve discrete elliptic boundary value problems, where all derivatives are approximated by finite differences. Considering the classical potential theory, an integral equation on the boundary will be investigated, which is solved approximately by the help of a quadrature formula. The advantage of the discrete method consists in the establishment of a linear equation system on the boundary, which can be immediately solved on the computer. The described method of difference potentials is based on the discrete Laplace equation in the three-dimensional case. In the first step the integral representation of the discrete fundamental solution is presented and the convergence behaviour with respect to the continuous fundamental solution is discussed. Because the method can be used to solve boundary value problems in interior as well as in exterior domains, it is necessary to explain some geometrical aspects in relation with the discrete domain and the double-layer boundary. A discrete analogue of the integral representation for functions in will be presented. The main result consists in splitting the difference potential on the boundary into a discrete single- and double-layer potential, respectively. The discrete potentials are used to establish and solve a linear equation system on the boundary. The actual form of this equation systems and the conditions for solvability are presented for Dirichlet and Neumann problems in interior as well as in exterior domains