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Hinsichtlich der Integration einzelner Bauwerkslebensphasen und der verschiedenen Beteiligten, insbesondere innerhalb von Bauplanungs- und Revitalisierungsprozessen, bestehen aktuell entscheidende Defizite. Die generelle Zielstellung der in diesem Beitrag vorgestellten Forschungsarbeiten besteht in der Unterstützung und Verbesserung der Integration durch die disziplin- und lebensphasenübergreifende Bereitstellung sämtlicher bauwerksbezogener Informationen. Dies erfordert einerseits geeignete Ansätze zur Modellierung und Integration der vielfältigen disziplinspezifischen Daten, andererseits geeignete Lösungen, die einen globalen Zugriff, Navigation und Recherche im Gesamtdatenbestand ermöglichen. Die Modellierung und Verwaltung bauwerksbezogener Daten ist seit längerem Gegenstand diverser Forschungsarbeiten. Im Rahmen des SFB 524 wurde ein eigener Ansatz basierend auf einem laufzeitdynamischen Partialmodellverbund entwickelt. Dieser wird in den wesentlichen Grundzügen anderen Ansätzen gegenübergestellt. Den Schwerpunkt dieses Beitrags bildet jedoch die Entwicklung einer geeigneten flexiblen Navigations- und Rechercheschicht zu Realisierung projektglobaler Informationsrecherche. Aus der Sicht der Modellierung und Datenverwaltung wie auch aus der Sicht der Informationsrecherche und Informationspräsentation in Planungsprozessen ergeben sich verschiedene Anforderungen an derartige Recherchewerkzeuge, wobei der wesentlichste Grundsatz maximale Flexibilität hinsichtlich verfügbarer Darstellungstechniken und deren freie Kombination mit Techniken formaler Suchanfragen ist. Das entwickelte Systemkonzept basiert auf einem Framework, welches verschiedene Grundtypen von Recherchemodulen und deren Interaktionsprinzipien vorgibt. Einzelne Recherchemodule werden als Ausprägungen dieser Modultypen realisiert und können je nach Bedarf laufzeitdynamisch in die Navigationsschicht integriert werden. Die technische Realisierung des Systems erfolgt im Umfeld vorhandener Prototypen aus vorangegangenen Forschungsaktivitäten. Dieses technische Umfeld gibt verschiedene Rahmenbedingungen vor, welche im Vorfeld prototypischer Implementierungen verschiedene Adaptionen des generellen Systemkonzepts notwendig machen. Der vorliegende Beitrag stellt den aktuellen Entwicklungsstand der Systemlösung aus konzeptioneller und technischer Sicht sowie erste prototypische Realisierungen von Recherchemodulen vor.
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)
Objektorientierte Modellierungstechniken werden gegenwärtig vor allem Entwicklern von CAD-Systemen angeboten. Sie erzeugen über die Schritte OO-Modellanalyse und OO-Softwaredesign OO-Programme, die mit ihrer Compilation das durch den Softwareingenieur gefundene Modell festschreiben. Generell, aber insbesondere im Bauwerksdesign, ist dieses Vorgehen unbefriedigend, da hier eine Normung von Modellen nicht gelingt, der Entwurfsprozeß vergleichsweise lang ist und eine Kooperation von Ingenieurgewerken mit verschiedenen Modelldomänen die Regel sind. Darüber hinaus weisen die Modelle in frühen Phasen ein hohes Maß an Unschärfe und Abstraktion auf. CAD-Tools, die diese Phasen unterstützen, benötigen deshalb: statt eines genormten Produktmodells ein einheitliches, kognitiv begründetes Modellstrukturierungsparadigma, für das mit der Objektorientierung eine mögliche Ausprägung gegeben ist, ein explizites, verfügbares Domänenmodell zur fortwährenden Interpretation von Bauwerksmodellen, deskriptive Elemente, die die Interpretation von Objekten und Attributen erleichtern, ein Konzept zur Behandlung von Unschärfe und Abstraktion. Hieraus ergeben sich für die Entwicklung von CAD-Systemen folgende Forderungen : Explizite Verfügbarkeit von Klassenobjekten und deren Erzeugung und Veränderung zur Laufzeit, Vererbung auf Klassen- und Instanzniveau, Erweiterte Attributkonzepte (Facetten), Unterstützung der Aggregation als einer wesentlichen Modellstrukturierungsrelation, Verfügbarkeit von OO-Schnittstellen zum Aufbau von CAD-Systemen aus Tools einerseits, sowie zur Trennung von Modellverwaltung und Modellrepräsentation andererseits. Als ein herausragendes Merkmal des Objektorientierten Paradigmas wird die Anwendungsnähe genannt, da Erscheinungen der behandelten Domäne sich analog in Modellen und Programmen wiederfinden (sollen). Unter der Grundannahme, daß dieses Paradigma auch durch den Anwender zur Erstellung seiner Modellwelten verwendet wird, will FLEXOB eine homogene Umgebung schaffen, die die Modellwelt des Softwareingenieurs zu Analysezwecken dem Anwender zur Verfügung stellt und die die Erweiterung dieser Modellwelt auf deskriptivem Niveau ermöglicht. Das Tool FLEXOB und einige wesentliche Implementationsdetails werden im Beitrag vorgestellt. Es handelt sich bei diesem Tools um eine C++ Klassenbibliothek, die entweder als Objektmodul oder als Windows-DLL verwendet werden kann. Aspekte des Nutzungsregimes solch flexibler Modellverwaltungen werden im Beitrag ebenfalls angespochen.
For the dynamic behavior of lightweight structures like thin shells and membranes exposed to fluid flow the interaction between the two fields is often essential. Computational fluid-structure interaction provides a tool to predict this interaction and complement or eventually replace expensive experiments. Partitioned analyses techniques enjoy great popularity for the numerical simulation of these interactions. This is due to their computational superiority over simultaneous, i.e. fully coupled monolithic approaches, as they allow the independent use of suitable discretization methods and modular analysis software. We use, for the fluid, GLS stabilized finite elements on a moving domain based on the incompressible instationary Navier-Stokes equations, where the formulation guarantees geometric conservation on the deforming domain. The structure is discretized by nonlinear, three-dimensional shell elements.
Commonly used sequential staggered coupling schemes may exhibit instabilities due to the so-called artificial added mass effect. As best remedy to this problem subiterations should be invoked to guarantee kinematic and dynamic continuity across the fluid-structure interface. Since iterative coupling algorithms are computationally very costly, their convergence rate is very decisive for their usability. To ensure and accelerate the convergence of this iteration the updates of the interface position are relaxed. The time dependent, 'optimal' relaxation parameter is determined automatically without any user-input via exploiting a gradient method or applying an Aitken iteration scheme.
Anhand von Ergebnissen aus dem FABEL-Projekt wird gezeigt, welche Beiträge Methoden der Künstlichen Intelligenz, insbesondere der Wissensverarbeitung beim Entwurf komplexer Gebäude leisten können. Exemplarisch werden spezialisierte wissensintensive Methoden, und allgemeine fallbasierte Methoden zum Retrieval und zur Wiederverwendung früherer Entwürfe vorgestellt. Es werden Fragen der Integration von Wissen, Fällen und Daten diskutiert. Der Prototyp des FABEL-Projekts verwendet die Metapher der virtuellen Baustelle, um die verschiedenen Methoden als Planungswerkzeuge in einem CAD-System integriert anzubieten. Ein Planungsmodell dient der zusätzlichen Orientierung des Planers. Die Ergebnisse sind interessant für den Entwurf komplexer Unikate, dürften aber auch als Zusatz zu elektronisch angebotenen Katalogen relevant sein.
The reduction of oscillation amplitudes of structural elements is necessary not only for maintenance of their durability and longevity but also for elimination of a harmful effect of oscillations on people and technology operations. The dampers are widely applied for this purpose. One of the most widespread models of structural friction forces having piecewise linear relation to displacement was analysed. T The author suggests the application of phase trajectories mapping in plane "acceleration – displacement". Unlike the trajectories mapping in a plane "velocity – displacement", they don't require large number of geometrical constructions for identification of the characteristics of dynamic systems. It promotes improving the accuracy. The analytical assumptions had been verified by numerical modeling. The results show good enough coincide between numerical and analytical estimation of dissipative characteristic.
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.
The paper contains a description of dynamic effects in the silo wall during the outflow of a stored material. The work allows for determining the danger of construction damage due to resonant vibrations and is of practical importance by determining the influence of cyclic pressures and vibro–creeping during prolonged use of a silo. The paper was devised as a result of tests on silo walls in semi-technical scale. The model is generally applicable and allows for identification of parameters in real- size silos as well.
The paper proposes a new method for general 3D measurement and 3D point reconstruction. Looking at its features, the method explicitly aims at practical applications. These features especially cover low technical expenses and minimal user interaction, a clear problem separation into steps that are solved by simple mathematical methods (direct, stable and optimal with respect to least error squares), and scalability. The method expects the internal and radial distortion parameters of the used camera(s) as inputs, and a plane quadrangle with known geometry within the scene. At first, for each single picture the 3D position of the reference quadrangle (with respect to each camera coordinate frame) is calculated. These 3D reconstructions of the reference quadrangle are then used to yield the relative external parameters of each camera regarding the first one. With known external parameters, triangulation is finally possible. The differences from other known procedures are outlined, paying attention to the stable mathematical methods (no usage of nonlinear optimization) and the low user interaction with good results at the same time.
Die digitale Unterstützung der Planungsprozesse ist ein aktueller Forschungs- und Arbeitsschwerpunkt der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) und der Juniorprofessur Architekturinformatik der Fakultät Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. Verankert in dem DFG Sonderforschungsbereich 524 >Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken< entstehen Konzepte und Prototypen für eine fachlich orientierte Planungsunterstützung. Als ein Teilaspekt wird in diesem Beitrag die Vision eines mitwachsenden Geometriemodells für das computergestützte Bauaufmaß gezeigt, welches den Aufnehmenden von der Erstbegehung an begleitet. Die bei jeder Phase der Bauaufnahme gewonnenen Geometrieinformationen sollen in den anschließenden Phasen wiederverwendet, konkretisiert bzw. korrigiert werden. Aufmaßtechniken und Geometriemodell sind dabei eng gekoppelt. Verschiedene Sichten auf ein gemeinsames Geometriemodell haben zum Ziel, den Nutzer die Vorteile planarer Abbildungen nutzen zu lassen, ohne die dreidimensionale Übersicht zu verlieren oder entsprechende räumliche Manipulationen zu missen. Das Geometriemodell ist dabei in ein dynamisches Bauwerksmodell eingebettet. Der folgende Beitrag bezieht sich auf die Bauaufnahme mit folgenden Vorgaben: - die Bauaufnahme dient der Vorbereitung der Bauplanung im Bestand - es wird nur eine Genauigkeitsstufe (im Bereich von +/- 10 cm) unterstützt - die Geometrieabbildung des aufzunehmenden Bauwerkes beruht ausschließlich auf ebenen Oberflächen
In this paper proposed the application of two-parameters damage model, based on non-linear finite element approach, to the analysis of masonry panels. Masonry is treated as a homogenized material, for which the material characteristics can be defined by using homogenization technique. The masonry panels subjected to shear loading are studied by using the proposed procedure within the framework of three-dimensional analyses. The nonlinear behaviour of masonry can be modelled using concepts of damage theory. In this case an adequate damage function is defined for taking into account different response of masonry under tension and compression states. Cracking can, therefore, be interpreted as a local damage effect, defined by the evolution of known material parameters and by one or several functions which control the onset and evolution of damage. The model takes into account all the important aspects which should be considered in the nonlinear analysis of masonry structures such as the effect of stiffness degradation due to mechanical effects and the problem of objectivity of the results with respect to the finite element mesh. Finally the proposed damage model is validated with a comparison with experimental results available in the literature.
This paper presents results of applying Fuzzy Inference System for estimation of the number of potential Park and Ride users. Usually it is difficult to evaluate the number of users because it depends on human factor and data in the considered system are uncertain. In such situation the traditional mathematical approaches can not take into consideration rough data. Therefore a fuzzy approach can be applied in this case. A fuzzy methodology is treated as a proper way to describe choice of mode of transport, and especially that uncertainty accompanied of choosing process has rather fuzzy character. The proposed approach is based on the Mamdani Fuzzy Inference System and for calculation there is used Matlab software with Fuzzy Logic Toolbox. Mamdani model requires, as an input data, knowledge of the shape of membership function. These functions can be calibrated taking into consideration results of questionnaires conducted among users of Park and Ride system. Due to lack of representative sample of users, one has decided to use results of experts' questionnaires as a input data for calibration the shape of membership functions. Describing factor will be generalized cost of the trip for different modes of transport. Proposed approach consists of two main stages: modeling of share of public/private transport trips and Multimodal model estimating number of Park and Ride users. Verification of presented methodology is treated as an indirect proof. Proposed approach can be applied for estimation of bi-modal split. Then the results are compared with traditional approaches based on logit functions. Comparable results of proposed fuzzy approach with traditional logit models can be treated as a confirmation of chosen methodology.
In this paper we evaluate 2D models for soil-water characteristic curve (SWCC), that incorporate the hysteretic nature of the relationship between volumetric water content θ and suction ψ. The models are based on nonlinear least squares estimation of the experimental data for sand. To estimate the dependent variable θ the proposed models include two independent variables, suction and sensors reading position (depth d in the column test). The variable d represents not only the position where suction and water content are measured but also the initial suction distribution before each of the hydraulic loading test phases. Due to this the proposed 2D regression models acquire the advantage that they: (a) can be applied for prediction of θ for any position along the column and (b) give the functional form for the scanning curves.
Für die Gestaltung einer durchgängigen Unterstützung des Entwurfsprozesses stehen gegenwärtig deskriptive Modelle der Entwurfsobjekte im Mittelpunkt der Untersuchungen. Diese Modelle gestatten das Ableiten von Repräsentationen sowie eine Weitergabe von Entwurfsergebnissen. Pragmatische Gliederungen des Entwurfsprozesses unterteilen diesen nach organisatorischen und betriebswirtschaftlichen Aspekten (Planbarkeit und Abrechenbarkeit) in eine Sequenz von Entwurfsphasen (HOAI). Diese Gliederungen berücksichtigen nicht das WIE des eigentlichen modellkreierenden Schaffensprozesses. Für ein echtes CADesign bildet dessen Klärung jedoch die erforderliche Voraussetzung. Im Beitrag wird dazu von einem vereinheitlichten Set generischer Entwurfsaktionen ausgegangen. Auch dann, wenn die verschiedenen Entwurfsphasen und die Entwurfshandlungen der einzelnen Ingenieurgewerke mit spezifische Entwurfsmodellen verbunden werden, besteht damit eine Grundlage zur methodischen Fundierung entsprechender CAD-Tools. Die methodische Verfahrensweise ähnelt der, die in Form von Styleguides zur Gestaltung von 'Graphical User Interfaces' vorgeschlagen wird. Wesentliche praktische Benutzungen solche Basisaktivitäten ergeben sich für: die Systematisierung computergestützter Entwurfshandlungen, insbesondere durch Erweiterung des deskriptiven um ein operationales Modell sowie deren erweiterte Interpretierbarkeit die Erzeugung wissensbasierter Werkzeuge zur automatischen Modellgenerierung/-konfiguration die Implementation von leistungsfähigen UNDO- bzw. TMS-Mechanismen.
Modellbildung und computergestütztes Modellieren in frühen Phasen des architektonischen Entwurfs
(1997)
Die Arbeit befaßt sich mit der Konzeption und exemplarischen Realisierung von CAD-Tools zur Unterstützung des konzeptionellen Entwurfs von Gebäuden. Die Spezifik des Bauentwurfs macht eine Analyse des Arbeitsfelds "früher architektonischer Entwurf" aus Sicht der Informationsverarbeitung nichtig. Auf der Grundlage einer Untersuchung des Entwurfsprozesses aus pragmatischer und kognitiver Sicht wird ein generisches Prozeßmodell "Entwurf" abgeleitet und mit Beispielen belegt. Ausgehend von der Auffassung, daß Entwerfen der Prozesse das Vorausdenken von Bauwerken in Modellen ist, wird die "objektorientierte Modellierungstechnologie" einer eingehenden Bewertung unterzogen. Ihre methodische Eignung zur modellhaften Abbildung von Bauwerken wird grundsätzlich nachgewiesen. Mit Blick auf die spezifischen Gegebenheiten der frühen Entwurfsphasen, wie Unschärfe und nicht formalisiert darstellbarer Informationen, werden einige Erweiterungen vorgeschlagen und experimentiert. Ziel der Arbeit ist es, ein multipel und über lange Zeiträume auswertbares Bauwerksmodell zu schaffen, um Planungsprozesse über den gesamten Bauwerkslebenszyklus durchgängig zu unterstützen. Grundlage des Entwerfens mittels der objektorientierten Methodik sind generalisierte Domänenmodelle. Es wird gezeigt, daß für eine Interpretation konkreter Bauwerksmodelle die generalisierten Domänenmodelle entweder zu normieren sind oder aber daß sie explizit verfügbar sein müssen. Die Objektorientierung bietet die Möglichkeit, sowohl konkrete als auch generalisierte Modelle in einem einheitlichen Metamodell zu beschreiben...
Optimum technological solutions must take into account the entire life cycle of structures including design procedures as well as quality assurance, inspection, maintenance, and repair strategies. Unfortunately, current design standards do not provide a satisfactory basis to ensure expected structural lifetimes. The latter may vary from only a few years for temporary structures to over a century for bridges, water dams or nuclear repositories. Consistent scientific concepts are urgently required to cover this wide spectrum of lifetimes in structural design and maintenance. This was a motivation for a group of scientists at the Ruhr-University Bochum (RUB) to start a special research program supported by the German Research Foundation (DFG) within the Cooperative Research Center SFB 398 since 1996. Institutes of the University Wuppertal and of the University Essen-Duisburg joined the research group. The goal of the Center is to study sources of damage and deterioration in materials and structures, to develop consistent models and simulation methods, to predict structural lifetimes and finally to integrate this predictions into new lifetime-oriented design strategies.
Research activities in our center are organised in three Project Groups as follows:
- Modelling of lifetime effects
- Methods for lifetime-oriented structural analyses
- Future lifespan-oriented design strategies.
... WITHOUT RIGHT ANGLE.
(2006)
Currently sculptural design is one of the most discussed themes in architecture. Due to their light weight, easy transportation and assembly, as well as an almost unlimited structural variety, parameterised spatial structures are excellently suited for constructive realisation of free formed claddings. They subdivide the continuous surface into a structure of small sized nodes, straight members and plane glass panels. Thus they provide an opportunity to realise arbitrary double-curved claddings with a high degree of transparency, using industrial semi-finished products (steel sections, flat glass). Digital design strategies and a huge number of similar looking but in detail unique structural members demand a continuous digital project handling. Within a research project, named MYLOMESH, a free-formed spatial structure was designed, constructed, fabricated and assembled. All required steps were carried out based on digital data. Different digital connections (scripts) between varying software tools, which are usually not used in the planning process of buildings, were created. They allow a completely digital workflow. The project, its design, meshing, constructive detailing and the above-mentioned scripts are described in this paper.
DIGITAL SUPPORT OF MATERIAL- AND PRODUCT SELECTION IN THE ARCHITECTURAL DESIGN- AND PLANNING PROCESS
(2006)
Architecture is predominantly perceived over the surfaces limiting the space. The used surface materials thereby should support the design intention and have to fulfil various technical and economical requirements. If the architect wants to select the "right" or the "best" material he has to play with very different and sometimes contradicting criteria and must weight these individually for the special purpose. This selection process is supported only insufficiently by today's digital systems. If it would be possible to illustrate all the various parameters by numerical values, the method of multidimensional scaling will offer a solution for architects to find the material which is best fitting on basis of his individual weighting of criteria. By displaying the result of the architect's multidimensional query in a spatial arrangement multidimensional scaling can support an interactive selection process with additional feedback over the applied search strategy.
Architektur wird vorwiegend über die den Raum begrenzenden Oberflächen wahrgenommen. Das Oberflächenmaterial kann daher mit seinen sinnlichen Eigenschaften die Entwurfsintention unterstützen, zugleich muss es aber auch zahlreiche technische, ökonomische und ökologische Anforderungen erfüllen. Materialwahl in der Architektur bedeutet somit das Abwägen einer Vielzahl von Parametern, die sich sowohl inhaltlich als auch hinsichtlich ihrer Relevanz stark unterscheiden. Die Entscheidung für ein Material kann dabei durch verschiedene analoge und digitale Ansätze unterstützt werden. Die vorhandenen Systeme sind jedoch allesamt begrenzt: in den von ihnen berücksichtigten Aspekten, den möglichen Suchwegen oder ihren Inhalten. Keines der in dieser Arbeit untersuchten Systeme berücksichtigt zudem die unterschiedliche Wichtigkeit oder gegenseitige Abhängigkeiten und Unschärfen der in die Materialwahl einfließenden Kriterien. Die vorliegende Arbeit formuliert daher eine Gesamtstrategie zur besseren Unterstützung der Entscheidung für ein Oberflächenmaterial. Im Wesentlichen wird dabei eine Methode vorgestellt, wie die inhaltlich höchst unterschiedlichen Kriterien, welche Einfluss auf die Materialwahl ausüben, mit ihrer jeweiligen Relevanz gegeneinander in Ansatz gebracht werden können, um eine umfassende Bewertung der Materialalternativen zu ermöglichen. In einem zweiten Schritt wird mit Multidimensional Scaling eine Technik der Informationsvisualisierung benutzt, die eine zusätzliche Unterstützung durch weitere Analysemöglichkeiten und andere Suchwege eröffnet. Das vorgeschlagene Verfahren ist in einem Software-Prototyp umgesetzt. Die Arbeit leistet damit einen Beitrag, die Auswahl eines geeigneten Materials in der Architektur zu erleichtern, diese Entscheidung plausibel begründen zu können und den Weg der Entscheidungsfindung nachvollziehbar werden zu lassen.