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Die Dissertation widmet sich den 'Wiederholungsstrukturen in den Filmen von Jim Jarmusch'. Mit dem Thema soll ein neues Konzept der Filmanalyse vorgestellt werden. In seiner Methodologie beruht es auf dem Element der Wiederholung. Die Wiederholung tritt im Film semiotisch auf. Im modernen philosophischen Denken spielt die Wiederholung eine Rolle, indem sie auf bestimmte Weise differentiell auftritt. Im Film bildet die Wiederholung kennzeichnende Codierungen aus. In unterschiedlicher Hinsicht bietet es sich somit an, das Element als Schlüssel zur Filminterpretation aufzugreifen. Das neue Konzept unterscheidet sich von bisherigen filmischen Methoden dadurch, dass mit ihm über das standardisierte Begriffsinstrumentarium aus der Filmwissenschaft hinausgegangen wird, ohne diesem den Rücken zu kehren. Jedoch wird Filmanalyse anhand des Elements der Wiederholung nun genuin als Akt der semiotischen Interpretation und des philosophischen Lesens von Filmen begriffen. In diesem Rahmen beruht das Verstehen von Filmen auf einzelnen und komplexen Zeichen, die im Film Zeitlichkeit und Räumlichkeit herstellen. In poststrukturaler Hinsicht lässt sich die Wiederholung als das konstitutive Moment im Zeit-Bild von Gilles Deleuze verstehen. In der Philosophie gibt es aber noch andere Denker, bei denen die Wiederholung relevant ist. Wie lässt sich die Wiederholung als materielles Element im Film einerseits, als philosophisch Gedachtes andererseits für die Filmanalyse gewinnbringend einsetzen? In Beantwortung dieser Frage wird in der Untersuchung zu den 'Wiederholungsstrukturen in den Filmen von Jim Jarmusch' versucht, dem Konzept des auteur-structuralisme Rechnung zu tragen. In der Lektüre und Interpretation wird Jarmusch als Autor / auteur mit der Struktur seiner Filme 'identifiziert'. Mit der Verschränkung von Autor / auteur und filmischem Text wird auf Roland Barthes Forderung nach der 'Geburt des Lesers' eingegangen. Filme sind demnach auch dann lesbar, wenn der Autor / auteur selbst (in unserem Fall Jim Jarmusch) für das, was er produziert hat, nicht mehr einsteht. Das theoretische Ziel der Untersuchung liegt darin, Erkenntnisse über die filmische Wiederholung zu gewinnen, sowohl in Bezug auf das philosophische Denken der Wiederholung, als auch hinsichtlich ihrer materiellen Verkörperung. Das Denken der Wiederholung wird fragend behandelt, indem wissenschaftlich untersuchend in die filmische Illusion eingegriffen wird. Mit Blick auf das ganze filmische Schaffen Jarmuschs wird aufgezeigt, wie sich seine filmischen „möglichen Welten“ anhand der Aufschlüsselung der Zeichen interpretieren lassen. Die Untersuchung stellt somit ein bislang noch nicht angewandtes Konzept der Betrachtung von Filmen vor, das auch auf andere Filmautoren / auteurs und ihr jeweiliges künstlerisches Schaffen übertragbar wäre.
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.
Im Zusammenhang mit der gegenwärtigen Zustandsbewertung und geplanten Sanierung der Dreiturmanlage der St. Severikirche in Erfurt wird eine dynamische Analyse unter Glockenläuten mit Hilfe eines Finite-Elemente-Modells durchgeführt. Mit diesem unter Verwendung des Programms SLang erstellten FE-Modell wird das Schwingungsverhalten der Dreiturmanlage nachgebildet. Dabei dient als Grundlage die zuvor erfolgte Schwingungsmessung. Mit dem angepassten Modell werden schwingungsreduzierende Maßnahmen hinsichtlich ihrer Wirksamkeit untersucht und bewertet. Weiterhin wird an Ersatzsystemen die aktive Schwingungsisolierung mittels Glockenstuhlunterkonstruktion und der Einbau eines passiven Tilgerdämpfers betrachtet.
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.
Datenmodelle zur Bearbeitung von Ingenieuraufgaben am Beispiel von Wohnhäusern in Stahlbauweise
(2006)
Modelle bilden die Grundlage der Planung. Sie repräsentieren die zur Bearbeitung erforderlichen Eigenschaften eines Bauwerks in einer an die spezifische Aufgabe angepassten Form. Zwischen den verschiedenen zur Abbildung des Bauwerks eingesetzten Modellen bestehen fachliche Zusammenhänge bezüglich der darin abgebildeten Aspekte. Diese Abhängigkeiten werden in der praktischen Planungsbearbeitung gegenwärtig auf Grundlage von Erfahrungswerten, normativen Vorgaben und vereinfachenden Annahmen berücksichtigt. Die detailliertere Modellierung von Bauwerkseigenschaften führt zu einer engeren Verzahnung der verschiedenen Modelle. Um eine fachliche Inselbildung zu vermeiden, ist eine entsprechend angepasste Abbildung der zwischen den einzelnen Modellen bestehenden Beziehungen erforderlich. Mit den steigenden Ansprüchen an eine Bearbeitung von Ingenieuraufgaben gewinnt eine über den Zweck der Bereitstellung ausgewählter Informationen zum Bauwerk und der Unterstützung eines Datenaustauschs zwischen verschiedenen Fachplanern hinausgehende datentechnische Abbildung an Bedeutung. Dies setzt eine Diskussion der Anforderungen an eine solche Beschreibung aus fachlicher Sicht voraus. Die Untersuchung der fachlichen Anforderungen wird am Beispiel von Wohnhäusern in Stahlbauweise geführt.
Die Diplomarbeit leistet einen Betrag zur numerischen Untersuchung des Verzuges eines Feinkornbaustahles beim MAG-Schweißen. Ziel dabei war es, Informationen zu dem schweißbedingten Verzug beeinflussenden Größen zusammenzustellen, Angaben zu möglichen Berechnungsformeln des an einer T-Stoßverbindung durch das Schweißen entstehenden Winkelverzuges des Gurtes zu recherchieren und die Grundlagen für eine Verzugsberechnung mit Hilfe der Finite-Element-Methode darzustellen. Das Hauptinteresse lag dabei jedoch auf den durch das Schweißen von Kehlnähten entstehenden Winkelverzuges des Gurtes an T-Stoßverbindungen. Dieser wurde mit Hilfe numerischer Berechnungen untersucht. Dabei wurden die Einflüsse, welche geometrischen, werkstofflichen oder verfahrensbedingten Ursprungs seien können, betrachtet.
Komplexität ist ein genuin architektonisches Problem. Der Begriff von Architektur als einer universellen Praxis bzw. ganzheitlichen Erkenntnisweise enthält bereits im Kern den Begriff 'Komplexität'. Beide Konzepte fallen weithin zusammen – Architektur kann damit als spezifische Denkform des Komplexen betrachtet werden. Das in der Arbeit aufgezeigte Dilemma besteht darin, dass der modernen Architektur ihr ursprünglicher Gestaltungsgegenstand – Komplexität – abhanden gekommen ist: 'Nönnig dekonstruiert zu Recht die hoch aggregierten Begriffe des Raumes und des Entwurfs. Die gesamte Arbeit zeigt, dass die modernen Beschreibungsformen von Komplexität gerade nicht in der Architektur entwickelt sind.' (Prof. Gerd Zimmermann, Weimar). Um dieses Defizit zu beheben und Architektur als eigenständige Wissenstechnik ('Technoepisteme') zu etablieren, wird ausgehend von spezifischen 'Praxis- und Diskursdefiziten' ein Theorieszenario entwickelt, mit dem und in dem Architektur sich als komplexe Wissensform verwirklicht (u.a. Komplexe Systeme, Design Sciences, Operationale Heuristik). 'Vorliegende Arbeit ist der Versuch […] die Architektur gewissermaßen wieder in den Stand zu setzen, der ihr im System des Denkens eigentlich zukommt […] Der Komplexitätsdiskurs in der Architektur ist zurück.' (Prof. Gerd Zimmermann, Weimar)
Die Fachtagung richtete sich an Geschäftsführer, Projektleiter, Bauleiter und Projektsteuerer in Planung und Ausführung mit Beiträgen zum Nachtrags- und Änderungsmanagement am Bau, Workflow-Management in der Baupraxis, Integration von Informationsprozessen auf der Basis von Nemetschek Technologien sowie Kompetenzaufbau durch gezielte Weiterbildung.
Am beispiel der sich im Bau befindlichen U-Bahnstation 'Vijzelgracht' in Amsterdam werden beispielhaft Ablaufkonzepte untersucht und und durch Analyse ihrer Logik geprüft. Der Schwerpunkt der Untersuchung liegt in der Entwicklung von möglichen Konzepten der Kombination von Erdaushub mit der Montage von aussteifenden Elementen. Dazu werden die wesentlichen, relevanten Arbeitsschritte identifiziert und beschrieben. Auf der Basis von Aufwandswerten werden Maschinen und Geräte dimensioniert. Die Mengenermittlung des Erdstoffvolumens ist hierbei ebenso Grundlage für die Erarbeitung von Ablaufkonzepten. Auf diesen Grundlagen werden mehrere Ablaufkonzepte dargestellt. Der Nachweis der logischen Wahrheit erfolgt am Beispiel einer Ablaufvariante. Hier werden die in logische Sprache überführten Arbeitsschritte dargestellt und auf Wahrheit hin geprüft.
A new approach to the non-linear analysis of cross-sections loaded by normal forces and bending moments is presented in the paper. The mechanical model is based on the LAGRANGE principle of minimum of total potential energy. Deformations, stresses and limit load parameters are obtained by solving a non-linear optimisation problem. The mathematical model is independent of the specifics of material. In addition to the stress strain relation and the specific strain energy W(ε) two further functions F(ε) and Φ(ε) are introduced to describe the material behaviour. Thus cracks in concrete, non-linearity of material etc. can be taken into account without basic modification of the numerical algorithm. For polygonal cross-sections the GAUSS' integral theorem is used. Numerical solutions of the non-linear optimisation problems can be found by application of standard software. Thus the analysis of reinforced concrete cross-sections or more general composite cross-sections with non-linear behaviour of material is as simple as in the case of linear elasticity. The application of the method is demonstrated for polygonal cross-sections. Pre-stresses or pre-strains can easily be included in the mathematical model.
The presented method for an physically non-linear analysis of stresses and deformations of composite cross-sections and members based on energy principles and their transformation to non-linear optimisation problems. From the LAGRANGE principle of minimum of total potential energy a kinematic formulation of the mechanical problem can be developed, which has the general advantage that pre-deformations excited by shrinkage, temperature, residual deformations after unloading et al., can be considered directly. Thus the non-linear analysis of composite cross-sections with layers of different mechanical properties and different preloading becomes possible and cracks in concrete, stiffness degradation and other specifics of the material behaviour can be taken into account without cardinal modification of the mathematical model. The impact of local defects on the bearing capacity of an entire element can also be analysed in this principle way. Standard computational systems for mathematical optimisation or general programs for spreadsheet analysis enable an uncomplicated implementation of the developed models and an effective non-linear analysis for composite cross-sections and elements.
The contribution focuses on the development of a basic computational scheme that provides a suitable calculation environment for the coupling of analytical near-field solutions with numerical standard procedures in the far-field of the singularity. The proposed calculation scheme uses classical methods of complex function theory, which can be generalized to 3-dimensional problems by using the framework of hypercomplex analysis. The adapted approach is mainly based on the factorization of the Laplace operator EMBED Equation.3 by the Cauchy-Riemann operator EMBED Equation.3 , where exact solutions of the respective differential equation are constructed by using an orthonormal basis of holomorphic and anti-holomorphic functions.
The extended finite element method (XFEM) offers an elegant tool to model material discontinuities and cracks within a regular mesh, so that the element edges do not necessarily coincide with the discontinuities. This allows the modeling of propagating cracks without the requirement to adapt the mesh incrementally. Using a regular mesh offers the advantage, that simple refinement strategies based on the quadtree data structure can be used to refine the mesh in regions, that require a high mesh density. An additional benefit of the XFEM is, that the transmission of cohesive forces through a crack can be modeled in a straightforward way without introducing additional interface elements. Finally different criteria for the determination of the crack propagation angle are investigated and applied to numerical tests of cracked concrete specimens, which are compared with experimental results.
Major problems of applying selective sensitivity to system identification are requirement of precise knowledge about the system parameters and realization of the required system of forces. This work presents a procedure which is able to deriving selectively sensitive excitation by iterative experiments. The first step is to determine the selectively sensitive displacement and selectively sensitive force patterns. These values are obtained by introducing the prior information of system parameters into an optimization which minimizes the sensitivities of the structure response with respect to the unselected parameters while keeping the sensitivities with respect to the selected parameters as a constant. In a second step the force pattern is used to derive dynamic loads on the tested structure and measurements are carried out. An automatic control ensures the required excitation forces. In a third step, measured outputs are employed to update the prior information. The strategy is to minimize the difference between a predicted displacement response, formulated as function of the unknown parameters and the measured displacements, and the selectively sensitive displacement calculated in the first step. With the updated values of the parameters a re-analysis of selective sensitivity is performed and the experiment is repeated until the displacement response of the model and the actual structure are conformed. As an illustration a simply supported beam made of steel, vibrated by harmonic excitation is investigated, thereby demonstrating that the adaptive excitation can be obtained efficiently.
The importance of modern simulation methods in the mechanical analysis of heterogeneous solids is presented in detail. Thereby the problem is noted that even for small bodies the required high-resolution analysis reaches the limits of today's computational power, in terms of memory demand as well as acceptable computational effort. A further problem is that frequently the accuracy of geometrical modelling of heterogeneous bodies is inadequate. The present work introduces a systematic combination and adaption of grid-based methods for achieving an essentially higher resolution in the numerical analysis of heterogeneous solids. Grid-based methods are as well primely suited for developing efficient and numerically stable algorithms for flexible geometrical modeling. A key aspect is the uniform data management for a grid, which can be utilized to reduce the effort and complexity of almost all concerned methods. A new finite element program, called Mulgrido, was just developed to realize this concept consistently and to test the proposed methods. Several disadvantages which generally result from grid discretizations are selectively corrected by modified methods. The present work is structured into a geometrical model, a mechanical model and a numerical model. The geometrical model includes digital image-based modeling and in particular several methods for the theory-based generation of inclusion-matrix models. Essential contributions refer to variable shape, size distribution, separation checks and placement procedures of inclusions. The mechanical model prepares the fundamentals of continuum mechanics, homogenization and damage modeling for the following numerical methods. The first topic of the numerical model introduces to a special version of B-spline finite elements. These finite elements are entirely variable in the order k of B-splines. For homogeneous bodies this means that the approximation quality can arbitrarily be scaled. In addition, the multiphase finite element concept in combination with transition zones along material interfaces yields a valuable solution for heterogeneous bodies. As the formulation is element-based, the storage of a global stiffness matrix is superseded such that the memory demand can essentially be reduced. This is possible in combination with iterative solver methods which represent the second topic of the numerical model. Here, the focus lies on multigrid methods where the number of required operations to solve a linear equation system only increases linearly with problem size. Moreover, for badly conditioned problems quite an essential improvement is achieved by preconditioning. The third part of the numerical model discusses certain aspects of damage simulation which are closely related to the proposed grid discretization. The strong efficiency of the linear analysis can be maintained for damage simulation. This is achieved by a damage-controlled sequentially linear iteration scheme. Finally a study on the effective material behavior of heterogeneous bodies is presented. Especially the influence of inclusion shapes is examined. By means of altogether more than one hundred thousand random geometrical arrangements, the effective material behavior is statistically analyzed and assessed.
In many applications such as parameter identification of oscillating systems in civil enginee-ring, speech processing, image processing and others we are interested in the frequency con-tent of a signal locally in time. As a start wavelet analysis provides a time-scale decomposition of signals, but this wavelet transform can be connected with an appropriate time-frequency decomposition. For instance in Matlab are defined pseudo-frequencies of wavelet scales as frequency centers of the corresponding bands. This frequency bands overlap more or less which depends on the choice of the biorthogonal wavelet system. Such a definition of frequency center is possible and useful, because different frequencies predominate at different dyadic scales of a wavelet decomposition or rather at different nodes of a wavelet packet decomposition tree. The goal of this work is to offer better algorithms for characterising frequency band behaviour and for calculating frequency centers of orthogonal and biorthogonal wavelet systems. This will be done with some product formulas in frequency domain. Now the connecting procedu-res are more analytical based, better connected with wavelet theory and more assessable. This procedures doesn’t need any time approximation of the wavelet and scaling functions. The method only works in the case of biorthogonal wavelet systems, where scaling functions and wavelets are defined over discrete filters. But this is the practically essential case, because it is connected with fast algorithms (FWT, Mallat Algorithm). At the end corresponding to the wavelet transform some closed formulas of pure oscillations are given. They can generally used to compare the application of different wavelets in the FWT regarding it’s frequency behaviour.
The design and application of high performance materials demands extensive knowledge of the materials damage behavior, which significantly depends on the meso- and microstructural complexity. Numerical simulations of crack growth on multiple length scales are promising tools to understand the damage phenomena in complex materials. In polycrystalline materials it has been observed that the grain boundary decohesion is one important mechanism that leads to micro crack initiation. Following this observation the paper presents a polycrystal mesoscale model consisting of grains with orthotropic material behavior and cohesive interfaces along grain boundaries, which is able to reproduce the crack initiation and propagation along grain boundaries in polycrystalline materials. With respect to the importance of modeling the geometry of the grain structure an advanced Voronoi algorithm is proposed to generate realistic polycrystalline material structures based on measured grain size distribution. The polycrystal model is applied to investigate the crack initiation and propagation in statically loaded representative volume elements of aluminum on the mesoscale without the necessity of initial damage definition. Future research work is planned to include the mesoscale model into a multiscale model for the damage analysis in polycrystalline materials.
The design of safety-critical structures, exposed to cyclic excitations demands for non-degrading or limited-degrading behavior during extreme events. Among others, the structural behavior is mainly determined by the amount of plastic cycles, completed during the excitation. Existing simplified methods often ignore this dependency, or assume/request sufficient cyclic capacity. The paper introduces a new performance based design method that considers explicitly a predefined number of re-plastifications. Hereby approaches from the shakedown theory and signal processing methods are utilized. The paper introduces the theoretical background, explains the steps of the design procedure and demonstrates the applicability with help of an example. This project was supported by German Science Foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG)
The present paper is part of a comprehensive approach of grid-based modelling. This approach includes geometrical modelling by pixel or voxel models, advanced multiphase B-spline finite elements of variable order and fast iterative solver methods based on the multigrid method. So far, we have only presented these grid-based methods in connection with linear elastic analysis of heterogeneous materials. Damage simulation demands further considerations. The direct stress solution of standard bilinear finite elements is severly defective, especially along material interfaces. Besides achieving objective constitutive modelling, various nonlocal formulations are applied to improve the stress solution. Such a corrective data processing can either refer to input data in terms of Young's modulus or to the attained finite element stress solution, as well as to a combination of both. A damage-controlled sequentially linear analysis is applied in connection with an isotropic damage law. Essentially by a high resolution of the heterogeneous solid, local isotropic damage on the material subscale allows to simulate complex damage topologies such as cracks. Therefore anisotropic degradation of a material sample can be simulated. Based on an effectively secantial global stiffness the analysis is numerically stable. The iteration step size is controlled for an adequate simulation of the damage path. This requires many steps, but in the iterative solution process each new step starts with the solution of the prior step. Therefore this method is quite effective. The present paper provides an introduction of the proposed concept for a stable simulation of damage in heterogeneous solids.
Advanced finite elements are proposed for the mechanical analysis of heterogeneous materials. The approximation quality of these finite elements can be controlled by a variable order of B-spline shape functions. An element-based formulation is developed such that the finite element problem can iteratively be solved without storing a global stiffness matrix. This memory saving allows for an essential increase of problem size. The heterogeneous material is modelled by projection onto a uniform, orthogonal grid of elements. Conventional, strictly grid-based finite element models show severe oscillating defects in the stress solutions at material interfaces. This problem is cured by the extension to multiphase finite elements. This concept enables to define a heterogeneous material distribution within the finite element. This is possible by a variable number of integration points to each of which individual material properties can be assigned. Based on an interpolation of material properties at nodes and further smooth interpolation within the finite elements, a continuous material function is established. With both, continuous B-spline shape function and continuous material function, also the stress solution will be continuous in the domain. The inaccuracy implied by the continuous material field is by far less defective than the prior oscillating behaviour of stresses. One- and two-dimensional numerical examples are presented.
In this paper an adaptive heterogeneous multiscale model, which couples two substructures with different length scales into one numerical model is introduced for the simulation of damage in concrete. In the presented approach the initiation, propagation and coalescence of microcracks is simulated using a mesoscale model, which explicitly represents the heterogeneous material structure of concrete. The mesoscale model is restricted to the damaged parts of the structure, whereas the undamaged regions are simulated on the macroscale. As a result an adaptive enlargement of the mesoscale model during the simulation is necessary. In the first part of the paper the generation of the heterogeneous mesoscopic structure of concrete, the finite element discretization of the mesoscale model, the applied isotropic damage model and the cohesive zone model are briefly introduced. Furthermore the mesoscale simulation of a uniaxial tension test of a concrete prism is presented and own obtained numerical results are compared to experimental results. The second part is focused on the adaptive heterogeneous multiscale approach. Indicators for the model adaptation and for the coupling between the different numerical models will be introduced. The transfer from the macroscale to the mesoscale and the adaptive enlargement of the mesoscale substructure will be presented in detail. A nonlinear simulation of a realistic structure using an adaptive heterogeneous multiscale model is presented at the end of the paper to show the applicability of the proposed approach to large-scale structures.
A fast solver method called the multigrid preconditioned conjugate gradient method is proposed for the mechanical analysis of heterogeneous materials on the mesoscale. Even small samples of a heterogeneous material such as concrete show a complex geometry of different phases. These materials can be modelled by projection onto a uniform, orthogonal grid of elements. As one major problem the possible resolution of the concrete specimen is generally restricted due to (a) computation times and even more critical (b) memory demand. Iterative solvers can be based on a local element-based formulation while orthogonal grids consist of geometrical identical elements. The element-based formulation is short and transparent, and therefore efficient in implementation. A variation of the material properties in elements or integration points is possible. The multigrid method is a fast iterative solver method, where ideally the computational effort only increases linear with problem size. This is an optimal property which is almost reached in the implementation presented here. In fact no other method is known which scales better than linear. Therefore the multigrid method gains in importance the larger the problem becomes. But for heterogeneous models with very large ratios of Young's moduli the multigrid method considerably slows down by a constant factor. Such large ratios occur in certain heterogeneous solids, as well as in the damage analysis of solids. As solution to this problem the multigrid preconditioned conjugate gradient method is proposed. A benchmark highlights the multigrid preconditioned conjugate gradient method as the method of choice for very large ratio's of Young's modulus. A proposed modified multigrid cycle shows good results, in the application as stand-alone solver or as preconditioner.
Projector-Based Augmentation
(2006)
Projector-based augmentation approaches hold the potential of combining the advantages of well-establishes spatial virtual reality and spatial augmented reality. Immersive, semi-immersive and augmented visualizations can be realized in everyday environments – without the need for special projection screens and dedicated display configurations. Limitations of mobile devices, such as low resolution and small field of view, focus constrains, and ergonomic issues can be overcome in many cases by the utilization of projection technology. Thus, applications that do not require mobility can benefit from efficient spatial augmentations. Examples range from edutainment in museums (such as storytelling projections onto natural stone walls in historical buildings) to architectural visualizations (such as augmentations of complex illumination simulations or modified surface materials in real building structures). This chapter describes projector-camera methods and multi-projector techniques that aim at correcting geometric aberrations, compensating local and global radiometric effects, and improving focus properties of images projected onto everyday surfaces.
Virtual studio technology plays an important role for modern television productions. Blue-screen matting is a common technique for integrating real actors or moderators into computer generated sceneries. Augmented reality offers the possibility to mix real and virtual in a more general context. This article proposes a new technological approach for combining real studio content with computergenerated information. Digital light projection allows a controlled spatial, temporal, chrominance and luminance modulation of illumination – opening new possibilities for TV studios.
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.
Summer overheating in buildings is a common problem, especially in office buildings with large glazed facades, high internal loads and low thermal mass. Phase change materials (PCM) that undergo a phase transition in the temperature range of thermal comfort can add thermal mass without increasing the structural load of the building. The investigated PCM were micro-encapsulated and mixed into gypsum plaster. The experiments showed a reduction of indoor-temperature of up to 4 K when using a 3 cm layer of PCM-plaster with micro-encapsulated paraffin. The measurement results could validate a numerical model that is based on a temperature dependent function for heat capacity. Thermal building simulation showed that a 3 cm layer of PCM-plaster can help to fulfil German regulations concerning heat protection of buildings in summer for most office rooms.
In this paper we study the structure of the solutions to higher dimensional Dirac type equations generalizing the known λ-hyperholomorphic functions, where λ is a complex parameter. The structure of the solutions to the system of partial differential equations (D- λ) f=0 show a close connection with Bessel functions of first kind with complex argument. The more general system of partial differential equations that is considered in this paper combines Dirac and Euler operators and emphasizes the role of the Bessel functions. However, contrary to the simplest case, one gets now Bessel functions of any arbitrary complex order.
The modeling of crack propagation in plain and reinforced concrete structures is still a field for many researchers. If a macroscopic description of the cohesive cracking process of concrete is applied, generally the Fictitious Crack Model is utilized, where a force transmission over micro cracks is assumed. In the most applications of this concept the cohesive model represents the relation between the normal crack opening and the normal stress, which is mostly defined as an exponential softening function, independently from the shear stresses in tangential direction. The cohesive forces are then calculated only from the normal stresses. By Carol et al. 1997 an improved model was developed using a coupled relation between the normal and shear damage based on an elasto-plastic constitutive formulation. This model is based on a hyperbolic yield surface depending on the normal and the shear stresses and on the tensile and shear strength. This model also represents the effect of shear traction induced crack opening. Due to the elasto-plastic formulation, where the inelastic crack opening is represented by plastic strains, this model is limited for applications with monotonic loading. In order to enable the application for cases with un- and reloading the existing model is extended in this study using a combined plastic-damage formulation, which enables the modeling of crack opening and crack closure. Furthermore the corresponding algorithmic implementation using a return mapping approach is presented and the model is verified by means of several numerical examples. Finally an investigation concerning the identification of the model parameters by means of neural networks is presented. In this analysis an inverse approximation of the model parameters is performed by using a given set of points of the load displacement curves as input values and the model parameters as output terms. It will be shown, that the elasto-plastic model parameters could be identified well with this approach, but require a huge number of simulations.
Die effektive Kooperation aller beteiligten Fachplaner im Bauplanungsprozess ist die Voraussetzung für wirtschaftliches und qualitativ hochwertiges Bauen. Bauprojektorganisationen bestehen in der Regel aus zahlreichen unabhängigen Planungspartnern, die örtlich verteilt spezifische Planungsaufgaben bearbeiten und die Ergebnisse in Teilproduktmodellen ablegen. Da Planungsprozesse im Bauwesen stark arbeitsteilig ablaufen, sind die Teilproduktmodelle der einzelnen Fachplanungen in hohem Maße voneinander abhängig. Ziel des hier vorgestellten Ansatzes ist die Integration der Teilproduktmodelle der Gebäudeplanung in einem netzwerkbasierten Modellverbund am Beispiel der Brandschutzplanung. Im Beitrag werden die Probleme der Verteiltheit und insbesondere der semantischen Heterogenität der involvierten Teilproduktmodelle betrachtet. Der verteilte Zugriff wird mithilfe mobiler Software-Agenten realisiert. Die Agenten können sich dabei frei im netzwerkbasierten Planungsverbund bewegen und agieren als Vertreter der Fachplaner. Das Problem der semantischen Heterogenität der Teilproduktmodelle wird auf der Basis von Ontologien gelöst. Dazu werden erstens Domänenontologien entwickelt, die Objekte der realen Welt einer abgeschlossenen Domäne, hier des Brandschutzes, abbilden. Zweitens werden Applikationsontologien entwickelt, die die einzelnen proprietären Datenhaltungen (im Sinne von Teilproduktmodellen) der jeweiligen Fachplanungen repräsentieren. Beide Ontologien werden mit einem regelbasierten Ansatz verknüpft. Im vorgestellten Anwendungsfall Brandschutz dient die Domänenontologie als einheitliche Schnittstelle für den Zugriff auf die verteilten Modelle und abstrahiert dabei von deren Datenbankspezifika und proprietären Schemata. Mithilfe von mobilen Agenten und semantischen Technologien kann so eine Plattform zur Verfügung gestellt werden, die erstens die dynamische Integration von Ressourcen in den Planungsverbund erlaubt und zweitens auf deren Basis unabhängig von der Verteiltheit und Heterogenität der eingebundenen Ressourcen ingenieurgerechte Verarbeitungsmethoden realisiert werden können.
In classical complex function theory the geometric mapping property of conformality is closely linked with complex differentiability. In contrast to the planar case, in higher dimensions the set of conformal mappings is only the set of Möbius transformations. Unfortunately, the theory of generalized holomorphic functions (by historical reasons they are called monogenic functions) developed on the basis of Clifford algebras does not cover the set of Möbius transformations in higher dimensions, since Möbius transformations are not monogenic. But on the other side, monogenic functions are hypercomplex differentiable functions and the question arises if from this point of view they can still play a special role for other types of 3D-mappings, for instance, for quasi-conformal ones. On the occasion of the 16th IKM 3D-mapping methods based on the application of Bergman's reproducing kernel approach (BKM) have been discussed. Almost all authors working before that with BKM in the Clifford setting were only concerned with the general algebraic and functional analytic background which allows the explicit determination of the kernel in special situations. The main goal of the abovementioned contribution was the numerical experiment by using a Maple software specially developed for that purpose. Since BKM is only one of a great variety of concrete numerical methods developed for mapping problems, our goal is to present a complete different from BKM approach to 3D-mappings. In fact, it is an extension of ideas of L. V. Kantorovich to the 3-dimensional case by using reduced quaternions and some suitable series of powers of a small parameter. Whereas until now in the Clifford case of BKM the recovering of the mapping function itself and its relation to the monogenic kernel function is still an open problem, this approach avoids such difficulties and leads to an approximation by monogenic polynomials depending on that small parameter.
The Element-free Galerkin Method has become a very popular tool for the simulation of mechanical problems with moving boundaries. The internally applied Moving Least Squares approximation uses in general Gaussian or cubic weighting functions and has compact support. Due to the approximative character of this method the obtained shape functions do not fulfill the interpolation condition, which causes additional numerical effort for the imposition of the essential boundary conditions. The application of a singular weighting function, which leads to singular coefficient matrices at the nodes, can solve this problem, but requires a very careful placement of the integration points. Special procedures for the handling of such singular matrices were proposed in literature, which require additional numerical effort. In this paper a non-singular weighting function is presented, which leads to an exact fulfillment of the interpolation condition. This weighting function leads to regular values of the weights and the coefficient matrices in the whole interpolation domain even at the nodes. Furthermore this function gives much more stable results for varying size of the influence radius and for strongly distorted nodal arrangements than classical weighting function types. Nevertheless, for practical applications the results are similar as these obtained with the regularized weighting type presented by the authors in previous publications. Finally a new concept will be presented, which enables an efficient analysis of systems with strongly varying node density. In this concept the nodal influence domains are adapted depending on the nodal configuration by interpolating the influence radius for each direction from the distances to the natural neighbor nodes. This approach requires a Voronoi diagram of the domain, which is available in this study since Delaunay triangles are used as integration background cells. In the numerical examples it will be shown, that this method leads to a more uniform and reduced number of influencing nodes for systems with varying node density than the classical circular influence domains, which means that the small additional numerical effort for interpolating the influence radius leads to remarkable reduction of the total numerical cost in a linear analysis while obtaining similar results. For nonlinear calculations this advantage would be even more significant.
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.
In engineering science the modeling and numerical analysis of complex systems and relations plays an important role. In order to realize such an investigation, for example a stochastic analysis, in a reasonable computational time, approximation procedure have been developed. A very famous approach is the response surface method, where the relation between input and output quantities is represented for example by global polynomials or local interpolation schemes as Moving Least Squares (MLS). In recent years artificial neural networks (ANN) have been applied as well for such purposes. Recently an adaptive response surface approach for reliability analyses was proposed, which is very efficient concerning the number of expensive limit state function evaluations. Due to the applied simplex interpolation the procedure is limited to small dimensions. In this paper this approach is extended for larger dimensions using combined ANN and MLS response surfaces for evaluating the adaptation criterion with only one set of joined limit state points. As adaptation criterion a combination by using the maximum difference in the conditional probabilities of failure and the maximum difference in the approximated radii is applied. Compared to response surfaces on directional samples or to plain directional sampling the failure probability can be estimated with a much smaller number of limit state points.
At the 16th IKM Bock, Falcão and Gürlebeck presented examples of the application of some specially developed Maple-Software in hypercomplex analysis. Other papers of those authors continued this work and showed the efficiency of such tools for concrete numerical calculations as well as for numerical experiments, supporting the detection of new relationships and even theorems in a highly technical theoretical work. The mentioned software has been developed mainly for the use on mapping problems in the Euclidean spaces of dimension 3 and 4 by means of Bergman kernel methods (BKM), which are related to monogenic functions as solutions of generalized Cauchy-Riemann equations with respect to the Euclidean metric (Riesz system). The developed procedures concerning generalized powers of totally regular variables and the corresponding homogeneous polynomials basically rely on results and conventions introduced in the paper "Power series representation for monogenic functions in Rm+1 based on a permutational product", Complex Variables, 15, No.3, 181-191 (1990) by H. Malonek. Since 1992 H. Leutwiler, S. L. Eriksson and others developed in a number of papers a modified Clifford analysis and, particularly, a modified quaternionic analysis. The modification mainly consists in considering generalized Cauchy-Riemann equations with respect to a hyperbolic metric in a half space. The aim of this contribution is to show how through a change of the basic combinatorial relations used in the modified quaternionic analysis the aforementioned Maple-software (that has been recently published on CD-Rom as integrated part of the text book "Funktionentheorie in der Ebene und im Raum" by K. Gürlebeck, K. Habetha, and W. Sprössig, in the series "Grundstudium Mathematik" of Birkhäuser Verlag, 2006) can directly be used for numerical calculations in the modified theory.
Am Beispiel eines 3-feldrigen Durchlaufträgers wird die Versagenswahrscheinlichkeit von wechselnd belasteten Stahlbetonbalken bezüglich des Grenzzustandes der Adaption (Einspielen, shakedown) untersucht. Die Adaptionsanalyse erfolgt unter Berücksichtigung der beanspruchungschabhängigen Degradation der Biegesteifigkeit infolge Rissbildung. Die damit verbundene mechanische Problemstellung kann auf die Adaptionsanalyse linear elastisch - ideal plastischer Balkentragwerke mit unbekannter aber begrenzter Biegesteifigkeit zurückgeführt werden. Die Versagenswahrscheinlichkeit wird unter Berücksichtigung stochastischer Tragwerks- und Belastungsgrößen berechnet. Tragwerkseigenschaften und ständige Lasten gelten als zeitunabhängige Zufallsgrößen. Zeitlich veränderliche Lasten werden als nutzungsdauerbezogene Extremwerte POISSONscher Rechteck-Pulsprozesse unter Berücksichtigung zeitlicher Überlagerungseffekte modelliert, so dass die Versagenswahrscheinlichkeit ebenfalls eine nutzungsdauerbezogene Größe ist. Die mechanischen Problemstellungen werden numerisch mit der mathematischen Optimierung gelöst. Die Versagenswahrscheinlichkeit wird auf statistischem Weg mit der Monte-Carlo-Methode geschätzt.
We propose a novel method that applies the light transport matrix for performing an image-based radiometric compensation which accounts for all possible types of light modulation. For practical application the matrix is decomposed into clusters of mutually influencing projector and camera pixels. The compensation is modeled as a linear system that can be solved with respect to the projector patterns. Precomputing the inverse light transport in combination with an efficient implementation on the GPU makes interactive compensation rates possible. Our generalized method unifies existing approaches that address individual problems. Based on examples, we show that it is possible to project corrected images onto complex surfaces such as an inter-reflecting statuette, glossy wallpaper, or through highly-refractive glass. Furthermore, we illustrate that a side-effect of our approach is an increase in the overall sharpness of defocused projections.
Moderne Büroarchitektur mit Räumen in Leichtbauweise und großen transparenten Fassa-denanteilen verschärft im Zusammenwirken mit hohen internen Lasten die Problematik der sommerlichen Überhitzung in Gebäuden. Phasenübergangsmaterialien (PCM: phase change materials) stellen eine interessante Möglichkeit dar, sommerliche Überhitzung in Gebäuden ohne aufwändige Anlagentechnik wie beispielsweise Klimaanlagen zu reduzieren. Der thermische Komfort in Räumen, die mit einem PCM-Putz ausgestattet sind, kann signifikant erhöht werden. Die Arbeit untersucht Anwendungsmöglichkeiten und Optimierungspotential eines PCM-Putzes auf experimentelle und numerische Weise. Zur Untersuchung des PCM-Putzes wurden materialtechnische und experimentelle sowie numerische und numerisch-analytische Methoden eingesetzt. Die Kenntnis der thermischen Parameter des PCM-Putzes ist unablässig für die Berechnung der möglichen Temperaturreduktionen. Zur Bestimmung der Latentwärme, des qualitativen Schmelz- und Erstarrungsprozesses sowie des Temperaturintervalls, in dem der Phasenübergang stattfindet, wurden Messungen mit einem Differential Scanning Calorimeter (DSC) durchgeführt. Für die experimentelle Untersuchung des PCM-Putzes wurden zwei identische Testräume in Leichtbauweise erstellt. Die Räume wurden im Verifikationsobjekt „Eiermannbau“ des Sonderforschungsbereiches SFB 524 der Bauhaus-Universität Weimar gemessen. Nach der Überprüfung, dass sich beide Räume thermisch gleich verhalten, wurde ein Raum mit dem PCM-Putz und der zweite Raum mit einem vergleichbaren Innenputz ohne PCM verputzt. Thermoelemente zur Temperaturmessung im Bauteil, an der Oberfläche und zur Raumlufttemperaturbestimmung wurden angebracht und mit einer Messwerterfassungsanlage verbunden. Der Verlauf der Außenlufttemperatur und die Globalstrahlung am Standort der Versuchsräume wurden aufgezeichnet, um einen Klimadatensatz zu erstellen. Für die Berechnung der Temperaturverteilung in einem PCM-Bauteil mit kontinuierlichem Phasenübergang existiert keine geschlossene analytische Lösung. Daher wurde ein numerischer Ansatz gewählt, bei dem der Phasenübergang im Temperaturbereich T1 bis T2 mit Hilfe einer temperaturabhängigen Wärmekapazität c(T) innerhalb der erweiterten Fou-rier’schen Wärmeleitungsgleichung dargestellt wird. Die Funktion c(T) wird auf Basis der DSC-Messungen bestimmt. Die Modellierung erfolgte mit einem Finite-Differenzen-Verfahren auf Grundlage der Fourier’schen Wärmeleitungsgleichung. Im Rahmen der Arbeit wurde ein PCM-Modul entwickelt, das in ein Gebäudesimulationsprogramm implementiert wurde. Mit dem neuen Modul lassen sich sowohl die Temperaturverläufe in einem PCM-Bauteil wie auch seine Wechselwirkung mit dem Raumklima darstellen. Eine Validierung des entwickelten PCM-Moduls anhand von zahlreichen experimentellen Daten der Versuchsräume wurde für das PCM-Modul erfolgreich durchgeführt. Sommerliche Überhitzungsstunden können durch PCM in Wand- und Deckenelementen deutlich reduziert werden. Der PCM-Putz eignet sich vor allem für Anwendungen in Leichtbauten wie z.B. moderne Büroräume. In Räumen, in denen bereits eine ausreichende thermische Masse vorhanden ist, ist die Temperaturreduktion durch PCM nur gering. Kann das PCM während der Nachtstunden nicht erstarren, erschöpft sich seine Fähigkeit zur Latentwärmespeicherung. Erhöhte Nachtlüftung führt bei entsprechend niedrigen Außentemperaturen zu höherem Wärmeübergang und kann damit zur besseren Entladung des PCM beitragen. Im Rahmen der Dissertation konnten Aussagen zur idealen Phasenübergangstemperatur in Abhängigkeit des verwendeten Materials und der Schichtdicke getroffen werden. Die Reduktion der Oberflächentemperaturen, die sich bei Einsatz eines PCM-Putzes unter geeigneten Randbedingungen ergibt, beträgt 2.0 - 3.5 K für eine Putzschicht von 1 cm und 3.0 - 5.0 K für eine Putzschicht von 3 cm. Diese Werte wurden sowohl numerisch als auch durch experimentelle Untersuchungen ermittelt. Die Reduktion der Lufttemperaturen aufgrund einer Konditionierung des Raumes mit PCM-Putz beträgt bei geeigneten thermischen Verhältnissen ca. 1.0 - 2.5 K für eine Putzschicht von 1 cm und 2.0 - 3.0 K für eine Putzschicht von 3 cm. Die operative Temperatur als wichtiger Komfortparameter kann durch den Einsatz des PCM-Putzes um bis zu 4 K gesenkt werden. Damit lässt sich mit Hilfe eines PCM-Putzes die thermische Behaglichkeit in einem Raum deutlich erhöhen.