56.03 Methoden im Bauingenieurwesen
Refine
Document Type
- Conference Proceeding (599) (remove)
Institute
- Professur Informatik im Bauwesen (331)
- In Zusammenarbeit mit der Bauhaus-Universität Weimar (173)
- Graduiertenkolleg 1462 (31)
- Institut für Strukturmechanik (ISM) (21)
- Professur Angewandte Mathematik (18)
- Institut für Konstruktiven Ingenieurbau (IKI) (8)
- Professur Stahlbau (4)
- Institut für Bauinformatik, Mathematik und Bauphysik (IBMB) (3)
- Professur Baubetrieb und Bauverfahren (3)
- Professur Informatik in der Architektur (3)
Keywords
- Computerunterstütztes Verfahren (284)
- Architektur <Informatik> (198)
- CAD (156)
- Angewandte Informatik (143)
- Angewandte Mathematik (143)
- Computer Science Models in Engineering; Multiscale and Multiphysical Models; Scientific Computing (72)
- Modellierung (49)
- Bauwerk (40)
- Verteiltes System (36)
- Building Information Modeling (35)
Sensor faults can affect the dependability and the accuracy of structural health monitoring (SHM) systems. Recent studies demonstrate that artificial neural networks can be used to detect sensor faults. In this paper, decentralized artificial neural networks (ANNs) are applied for autonomous sensor fault detection. On each sensor node of a wireless SHM system, an ANN is implemented to measure and to process structural response data. Structural response data is predicted by each sensor node based on correlations between adjacent sensor nodes and on redundancies inherent in the SHM system. Evaluating the deviations (or residuals) between measured and predicted data, sensor faults are autonomously detected by the wireless sensor nodes in a fully decentralized manner. A prototype SHM system implemented in this study, which is capable of decentralized autonomous sensor fault detection, is validated in laboratory experiments through simulated sensor faults. Several topologies and modes of operation of the embedded ANNs are investigated with respect to the dependability and the accuracy of the fault detection approach. In conclusion, the prototype SHM system is able to accurately detect sensor faults, demonstrating that neural networks, processing decentralized structural response data, facilitate autonomous fault detection, thus increasing the dependability and the accuracy of structural health monitoring systems.
One of the most promising and recent advances in computer-based planning is the transition from classical geometric modeling to building information modeling (BIM). Building information models support the representation, storage, and exchange of various information relevant to construction planning. This information can be used for describing, e.g., geometric/physical properties or costs of a building, for creating construction schedules, or for representing other characteristics of construction projects. Based on this information, plans and specifications as well as reports and presentations of a planned building can be created automatically. A fundamental principle of BIM is object parameterization, which allows specifying geometrical, numerical, algebraic and associative dependencies between objects contained in a building information model. In this paper, existing challenges of parametric modeling using the Industry Foundation Classes (IFC) as a federated model for integrated planning are shown, and open research questions are discussed.
It is well-known that the solution of the fundamental equations of linear elasticity for a homogeneous isotropic material in plane stress and strain state cases can be equivalently reduced to the solution of a biharmonic equation. The discrete version of the Theorem of Goursat is used to describe the solution of the discrete biharmonic equation by the help of two discrete holomorphic functions. In order to obtain a Taylor expansion of discrete holomorphic functions we introduce a basis of discrete polynomials which fulfill the so-called Appell property with respect to the discrete adjoint Cauchy-Riemann operator. All these steps are very important in the field of fracture mechanics, where stress and displacement fields in the neighborhood of singularities caused by cracks and notches have to be calculated with high accuracy. Using the sum representation of holomorphic functions it seems possible to reproduce the order of singularity and to determine important mechanical characteristics.
Performing parameter identification prior to numerical simulation is an essential task in geotechnical engineering. However, it has to be kept in mind that the accuracy of the obtained parameter is closely related to the chosen experimental setup, such as the number of sensors as well as their location. A well considered position of sensors can increase the quality of the measurement and to reduce the number of monitoring points. This Paper illustrates this concept by means of a loading device that is used to identify the stiffness and permeability of soft clays. With an initial setup of the measurement devices the pore water pressure and the vertical displacements are recorded and used to identify the afore mentioned parameters. Starting from these identified parameters, the optimal measurement setup is investigated with a method based on global sensitivity analysis. This method shows an optimal sensor location assuming three sensors for each measured quantity, and the results are discussed.
In construction engineering, a schedule’s input data, which is usually not exactly known in the planning phase, is considered deterministic when generating the schedule. As a result, construction schedules become unreliable and deadlines are often not met. While the optimization of construction schedules with respect to costs and makespan has been a matter of research in the past decades, the optimization of the robustness of construction schedules has received little attention. In this paper, the effects of uncertainties inherent to the input data of construction schedules are discussed. Possibilities are investigated to improve the reliability of construction schedules by considering alternative processes for certain tasks and by identifying the combination of processes generating the most robust schedule with respect to the makespan of a construction project.
The theory of regular quaternionic functions of a reduced quaternionic variable is a 3-dimensional generalization of complex analysis. The Moisil-Theodorescu system (MTS) is a regularity condition for such functions depending on the radius vector r = ix+jy+kz seen as a reduced quaternionic variable. The analogues of the main theorems of complex analysis for the MTS in quaternion forms are established: Cauchy, Cauchy integral formula, Taylor and Laurent series, approximation theorems and Cauchy type integral properties. The analogues of positive powers (inner spherical monogenics) are investigated: the set of recurrence formulas between the inner spherical monogenics and the explicit formulas are established. Some applications of the regular function in the elasticity theory and hydrodynamics are given.
Polymer modification of mortar and concrete is a widely used technique in order to improve their durability properties. Hitherto, the main application fields of such materials are repair and restoration of buildings. However, due to the constant increment of service life requirements and the cost efficiency, polymer modified concrete (PCC) is also used for construction purposes. Therefore, there is a demand for studying the mechanical properties of PCC and entitative differences compared to conventional concrete (CC). It is significant to investigate whether all the assumed hypotheses and existing analytical formulations about CC are also valid for PCC. In the present study, analytical models available in the literature are evaluated. These models are used for estimating mechanical properties of concrete. The investigated property in this study is the modulus of elasticity, which is estimated with respect to the value of compressive strength. One existing database was extended and adapted for polymer-modified concrete mixtures along with their experimentally measured mechanical properties. Based on the indexed data a comparison between model predictions and experiments was conducted by calculation of forecast errors.
Recently there has been a surge of interest in PDEs involving fractional derivatives in different fields of engineering. In this extended abstract we present some of the results developedin [3]. We compute the fundamental solution for the three-parameter fractional Laplace operator Δ by transforming the eigenfunction equation into an integral equation and applying the method of separation of variables. The obtained solutions are expressed in terms of Mittag-Leffer functions. For more details we refer the interested reader to [3] where it is also presented an operational approach based on the two Laplace transform.
Over the last decade, the technology of constructing buildings has been dramatically developed especially with the huge growth of CAD tools that help in modeling buildings, bridges, roads and other construction objects. Often quality control and size accuracy in the factory or on construction site are based on manual measurements of discrete points. These measured points of the realized object or a part of it will be compared with the points of the corresponding CAD model to see whether and where the construction element fits into the respective CAD model. This process is very complicated and difficult even when using modern measuring technology. This is due to the complicated shape of the components, the large amount of manually detected measured data and the high cost of manual processing of measured values. However, by using a modern 3D scanner one gets information of the whole constructed object and one can make a complete comparison against the CAD model. It gives an idea about quality of objects on the whole. In this paper, we present a case study of controlling the quality of measurement during the constructing phase of a steel bridge by using 3D point cloud technology. Preliminary results show that an early detection of mismatching between real element and CAD model could save a lot of time, efforts and obviously expenses.
In order to minimize the probability of foundation failure resulting from cyclic action on structures, researchers have developed various constitutive models to simulate the foundation response and soil interaction as a result of these complex cyclic loads. The efficiency and effectiveness of these model is majorly influenced by the cyclic constitutive parameters. Although a lot of research is being carried out on these relatively new models, little or no details exist in literature about the model based identification of the cyclic constitutive parameters. This could be attributed to the difficulties and complexities of the inverse modeling of such complex phenomena. A variety of optimization strategies are available for the solution of the sum of least-squares problems as usually done in the field of model calibration. However for the back analysis (calibration) of the soil response to oscillatory load functions, this paper gives insight into the model calibration challenges and also puts forward a method for the inverse modeling of cyclic loaded foundation response such that high quality solutions are obtained with minimum computational effort. Therefore model responses are produced which adequately describes what would otherwise be experienced in the laboratory or field.
The p-Laplace equation is a nonlinear generalization of the Laplace equation. This generalization is often used as a model problem for special types of nonlinearities. The p-Laplace equation can be seen as a bridge between very general nonlinear equations and the linear Laplace equation. The aim of this paper is to solve the p-Laplace equation for 2 < p < 3 and to find strong solutions. The idea is to apply a hypercomplex integral operator and spatial function theoretic methods to transform the p-Laplace equation into the p-Dirac equation. This equation will be solved iteratively by using a fixed point theorem.
The analysis of the response of complex structural systems requires the description of the material constitutive relations by means of an appropriate material model. The level of abstraction of such model may strongly affect the quality of the prognosis of the whole structure. In context to this fact, it is necessary to describe the material in a convenient sense as exact but as simple as possible. All material phenomena of crystalline materials e.g. steel, affecting the behavior of the structure, rely on physical effects which are interacting over spatial scales from subatomic to macroscopic range. Nevertheless, if the material is microscopically heterogenic, it might be appropriate to use phenomenological models for the purpose of civil engineering. Although constantly applied, these models are insufficient for steel materials with microscopic characteristics such as texture, typically occurring in hot rolled steel members or heat affected zones of welded joints. Hence, texture is manifested in crystalline materials as a regular crystallographic structure and crystallite orientation, influencing macroscopic material properties. The analysis of structural response of material with texture (e.g. rolled steel or heat affected zone of a welded joint) obliges the extension of the phenomenological material description of macroscopic scale by means of microscopic information. This paper introduces an enrichment approach for material models based on a hierarchical multiscale methodology. This has been done by describing the grain texture on a mesoscopic scale and coupling it with macroscopic constitutive relations by means of homogenization. Due to a variety of available homogenization methods, the question of an assessment of coupling quality arises. The applicability of the method and the effect of the coupling method on the reliability of the response are presented on an example.
DISCRETE CRACK MODEL OF BORCZ FOR CALCULATING THE DEFLECTIONS OF BENDING REINFORCED CONCRETE BEAM
(2012)
In the design of the reinforced concrete beams loaded by the bending moment, it is assumed that the structure can be used at a level of load, that there are local discontinuities - cracks. Designing the element demands checking two limit states of construction, load capacity and usability. Limit states usability include also the deflection of the element. Deflections in the reinforced concrete beams with cracks are based on actual rigidity of the element. After cracking there is a local change in rigidity of the beam. The rigidity is variable in the element’s length and due to the heterogeneous structure of concrete, it is not possible to clearly describe those changes. Most standards of testing methods tend to simplify the calculations and take the average value of the beam’s rigidity on its entire length. The rigidity depends on the level of the maximal load of the beam. Experimental researches verify the value by inserting the coefficients into the formulas used in the theory of elasticity. The researches describe the changes in rigidity in the beam’s length more precisely. The authors take into consideration the change of rigidity, depending on the level of maximum load (continuum models), or localize the changes in rigidity in the area of the cracks (discrete models). This paper presents one of the discrete models. It is distinguished by the fact that the left side of the differential equation, that depends on the rigidity, is constant, and all effects associated with the scratches are taken as the external load and placed on the right side of the equation. This allows to generalize the description. The paper presents a particular integral of the differential equation, which allow analyzing the displacement and vibration for different rigidity of the silo’s walls, the flow rate and type of the flowing material.
MODEL DESCRIBING STATIC AND DYNAMIC DISPLACEMENTS OF SILOS WALL DURING THE FLOW OF LOOSE MATERIAL
(2012)
Correct evaluation of wall displacements is a key matter when designing silos. This issue is important from both the standpoint of design engineer (load-bearing capacity of structures) and end-consumer (durability of structures). Commonplace methods of silo design mainly focus on satisfying limit states of load-bearing capacity. Current standards fail to specify methods of dynamic displacements analysis. Measurements of stressacting on silo walls prove that the actual stress is sum of static and dynamic stresses. Janssen came up with differential equation describing state of static equilibrium in cross-section of a silo. By solving the equation static stress of granular solid on silo walls can be determined. Equations of motion were determined from equilibrium equations of feature objects. General solution, describing dynamic stresses was presented as parametric model. This paper presents particular integrals of differential equation, which enable analysing displacements and vibrations for different rigidities of silo walls, types of granular solid and its flow rate.
A concept of non-commutative Galois extension is introduced and binary and ternary extensions are chosen. Non-commutative Galois extensions of Nonion algebra and su(3) are constructed. Then ternary and binary Clifford analysis are introduced for non-commutative Galois extensions and the corresponding Dirac operators are associated.
The aim of this study is to show an application of model robustness measures for soilstructure interaction (henceforth written as SSI) models. Model robustness defines a measure for the ability of a model to provide useful model answers for input parameters which typically have a wide range in geotechnical engineering. The calculation of SSI is a major problem in geotechnical engineering. Several different models exist for the estimation of SSI. These can be separated into analytical, semi-analytical and numerical methods. This paper focuses on the numerical models of SSI specific macro-element type models and more advanced finite element method models using contact description as continuum or interface elements. A brief description of the models used is given in the paper. Following this description, the applied SSI problem is introduced. The observed event is a static loaded shallow foundation with an inclined load. The different partial models to consider the SSI effects are assessed using different robustness measures during numerical application. The paper shows the investigation of the capability to use these measures for the assessment of the model quality of SSI partial models. A variance based robustness and a mathematical robustness approaches are applied. These different robustness measures are used in a framework which allows also the investigation of computational time consuming models. Finally the result shows that the concept of using robustness approaches combined with other model–quality indicators (e.g. model sensitivity or model reliability) can lead to unique model–quality assessment for SSI models.
The Bernstein polynomials are used for important applications in many branches of Mathematics and the other sciences, for instance, approximation theory, probability theory, statistic theory, num- ber theory, the solution of the di¤erential equations, numerical analysis, constructing Bezier curves, q-calculus, operator theory and applications in computer graphics. The Bernstein polynomials are used to construct Bezier curves. Bezier was an engineer with the Renault car company and set out in the early 1960’s to develop a curve formulation which would lend itself to shape design. Engineers may …nd it most understandable to think of Bezier curves in terms of the center of mass of a set of point masses. Therefore, in this paper, we study on generating functions and functional equations for these polynomials. By applying these functions, we investigate interpolation function and many properties of these polynomials.
BAUHAUS ISOMETRY AND FIELDS
(2012)
While integration increases by networking, segregation strides ahead too. Most of us fixate our mind on special topics. Yet we are relying on our intuition too. We are sometimes waiting for the inflow of new ideas or valuable information that we hold in high esteem, although we are not entirely conscious of its origin. We may even say the most precious intuitions are rooting in deep subconscious, collective layers of the mind. Take as a simple example the emergence of orientation in paleolithic events and its relation to the dihedral symmetry of the compass. Consider also the extension of this algebraic matter into the operational structures of the mind on the one hand and into the algebra of geometry, Clifford algebra as we use to call it today, on the other. Culture and mind, and even the individual act of creation may be connected with transient events that are subconscious and inaccessible to cognition in principle. Other events causative for our work may be merely invisible too us, though in principle they should turn out attainable. In this case we are just ignorant of the whole creative process. Sometimes we begin to use unusual tools or turn into handicraft enthusiasts. Then our small institutes turn into workshops and factories. All this is indeed joining with the Bauhaus and its spirit. We shall go together into this, and we shall present a record of this session.
The topic of structural robustness is covered extensively in current literature in structural engineering. A few evaluation methods already exist. Since these methods are based on different evaluation approaches, the comparison is difficult. But all the approaches have one in common, they need a structural model which represents the structure to be evaluated. As the structural model is the basis of the robustness evaluation, there is the question if the quality of the chosen structural model is influencing the estimation of the structural robustness index. This paper shows what robustness in structural engineering means and gives an overview of existing assessment methods. One is the reliability based robustness index, which uses the reliability indices of a intact and a damaged structure. The second one is the risk based robustness index, which estimates the structural robustness by the usage of direct and indirect risk. The paper describes how these approaches for the evaluation of structural robustness works and which parameters will be used. Since both approaches needs a structural model for the estimation of the structural behavior and the probability of failure, it is necessary to think about the quality of the chosen structural model. Nevertheless, the chosen model has to represent the structure, the input factors and reflect the damages which occur. On the example of two different model qualities, it will be shown, that the model choice is really influencing the quality of the robustness index.
Monogenic functions play a role in quaternion analysis similarly to that of holomorphic functions in complex analysis. A holomorphic function with nonvanishing complex derivative is a conformal mapping. It is well-known that in Rn+1, n ≥ 2 the set of conformal mappings is restricted to the set of Möbius transformations only and that the Möbius transformations are not monogenic. The paper deals with a locally geometric mapping property of a subset of monogenic functions with nonvanishing hypercomplex derivatives (named M-conformal mappings). It is proved that M-conformal mappings orthogonal to all monogenic constants admit a certain change of solid angles and vice versa, that change can characterize such mappings. In addition, we determine planes in which those mappings behave like conformal mappings in the complex plane.
A numerical analysis of the mode of deformation of the main load-bearing components of a typical frame sloping shaft headgear was performed. The analysis was done by a design model consisting of plane and solid finite elements, which were modeled in the program «LIRA». Due to the numerical results, the regularities of local stress distribution under a guide pulley bearing were revealed and parameters of a plane stress under both emergency and normal working loads were determined. In the numerical simulation, the guidelines to improve the construction of the joints of guide pulleys resting on sub-pulley frame-type structures were established. Overall, the results obtained are the basis for improving the engineering procedures of designing steel structures of shaft sloping headgear.
In this paper experimental studies and numerical analysis carried out on reinforced concrete beam are partially reported. They aimed to apply the rigid finite element method to calculations for reinforced concrete beams using discrete crack model. Hence rotational ductility resulting from crack occurrence had to be determined. A relationship for calculating it in static equilibrium was proposed. Laboratory experiments proved that dynamic ductility is considerably smaller. Therefore scaling of the empirical parameter was carried out. Consequently a formula for its value depending on reinforcement ratio was obtained.
This paper presents a methodology for uncertainty quantification in cyclic creep analysis. Several models- , namely BP model, Whaley and Neville model, modified MC90 for cyclic loading and modified Hyperbolic function for cyclic loading are used for uncertainty quantification. Three types of uncertainty are included in Uncertainty Quantification (UQ): (i) natural variability in loading and materials properties; (ii) data uncertainty due to measurement errors; and (iii) modelling uncertainty and errors during cyclic creep analysis. Due to the consideration of all type of uncertainties, a measure for the total variation of the model response is achieved. The study finds that the BP, modified Hyperbolic and modified MC90 are best performing models for cyclic creep prediction in that order. Further, global Sensitivity Analysis (SA) considering the uncorrelated and correlated parameters is used to quantify the contribution of each source of uncertainty to the overall prediction uncertainty and to identifying the important parameters. The error in determining the input quantities and model itself can produce significant changes in creep prediction values. The variability influence of input random quantities on the cyclic creep was studied by means of the stochastic uncertainty and sensitivity analysis namely the Gartner et al. method and Saltelli et al. method. All input imperfections were considered to be random quantities. The Latin Hypercube Sampling (LHS) numerical simulation method (Monte Carlo type method) was used. It has been found by the stochastic sensitivity analysis that the cyclic creep deformation variability is most sensitive to the Elastic modulus of concrete, compressive strength, mean stress, cyclic stress amplitude, number of cycle, in that order.
In this paper we review two distint complete orthogonal systems of monogenic polynomials over 3D prolate spheroids. The underlying functions take on either values in the reduced and full quaternions (identified, respectively, with R3 and R4), and are generally assumed to be nullsolutions of the well known Riesz and Moisil Théodoresco systems in R3. This will be done in the spaces of square integrable functions over R and H. The representations of these polynomials are explicitly given. Additionally, we show that these polynomial functions play an important role in defining the Szegö kernel function over the surface of 3D spheroids. As a concrete application, we prove the explicit expression of the monogenic Szegö kernel function over 3D prolate spheroids.
Due to the complex interactions between the ground, the driving machine, the lining tube and the built environment, the accurate assignment of in-situ system parameters for numerical simulation in mechanized tunneling is always subject to tremendous difficulties. However, the more accurate these parameters are, the more applicable the responses gained from computations will be. In particular, if the entire length of the tunnel lining is examined, then, the appropriate selection of various kinds of ground parameters is accountable for the success of a tunnel project and, more importantly, will prevent potential casualties. In this context, methods of system identification for the adaptation of numerical simulation of ground models are presented. Hereby, both deterministic and probabilistic approaches are considered for typical scenarios representing notable variations or changes in the ground model.
Civil engineers take advantage of models to design reliable structures. In order to fulfill the design goal with a certain amount of confidence, the utilized models should be able to predict the probable structural behavior under the expected loading schemes. Therefore, a major challenge is to find models which provide less uncertain and more robust responses. The problem gets even twofold when the model to be studied is a global model comprised of different interacting partial models. This study aims at model quality evaluation of global models with a focus on frame-wall systems as the case study. The paper, presents the results of the first step taken toward accomplishing this goal. To start the model quality evaluation of the global frame-wall system, the main element (i.e. the wall) was studied through nonlinear static and dynamic analysis using two different modeling approaches. The two selected models included the fiber section model and the Multiple-Vertical-Line-Element-Model (MVLEM). The influence of the wall aspect ratio (H=L) and the axial load on the response of the models was studied. The results from nonlinear static and dynamic analysis of both models are presented and compared. The models resulted in quite different responses in the range of low aspect ratio walls under large axial loads due to different contribution of the shear deformations to the top displacement. In the studied cases, the results implied that careful attention should be paid to the model quality evaluation of the wall models specifically when they are supposed to be coupled to other partial models such as a moment frame or a soil-footing substructure which their response is sensitive to shear deformations. In this case, even a high quality wall model would not result in a high quality coupled system since it fails to interact properly with the rest of the system.
The aim of our contribution is to clarify the relation between totally regular variables and Appell sequences of hypercomplex holomorphic polynomials (sometimes simply called monogenic power-like functions) in Hypercomplex Function Theory. After their introduction in 2006 by two of the authors of this note on the occasion of the 17th IKM, the latter have been subject of investigations by different authors with different methods and in various contexts. The former concept, introduced by R. Delanghe in 1970 and later also studied by K. Gürlebeck in 1982 for the case of quaternions, has some obvious relationship with the latter, since it describes a set of linear hypercomplex holomorphic functions all power of which are also hypercomplex holomorphic. Due to the non-commutative nature of the underlying Clifford algebra, being totally regular variables or Appell sequences are not trivial properties as it is for the integer powers of the complex variable z=x+ iy. Simple examples show also, that not every totally regular variable and its powers form an Appell sequence and vice versa. Under some very natural normalization condition the set of all para-vector valued totally regular variables which are also Appell sequences will completely be characterized. In some sense the result can also be considered as an answer to a remark of K. Habetha in chapter 16: Function theory in algebras of the collection Complex analysis. Methods, trends, and applications, Akademie-Verlag Berlin, (Eds. E. Lanckau and W. Tutschke) 225-237 (1983) on the use of exact copies of several complex variables for the power series representation of any hypercomplex holomorphic function.
This paper presents a robust model updating strategy for system identification of wind turbines. To control the updating parameters and to avoid ill-conditioning, the global sensitivity analysis using the elementary effects method is conducted. The formulation of the objective function is based on M¨uller-Slany’s strategy for multi-criteria functions. As a simulationbased optimization, a simulation adapter is developed to interface the simulation software ANSYS and the locally developed optimization software MOPACK. Model updating is firstly tested on the beam model of the rotor blade. The defect between the numerical model and the reference has been markedly reduced by the process of model updating. The effect of model updating becomes more pronounced in the comparison of the measured and the numerical properties of the wind turbine model. The deviations of the frequencies of the updated model are rather small. The complete comparison including the free vibration modes by the modal assurance criteria shows the excellent coincidence of the modal parameters of the updated model with the ones from the measurements. By successful implementation of the model validation via model updating, the applicability and effectiveness of the solution concept has been demonstrated.
This paper is focused on the first numerical tests for coupling between analytical solution and finite element method on the example of one problem of fracture mechanics. The calculations were done according to ideas proposed in [1]. The analytical solutions are constructed by using an orthogonal basis of holomorphic and anti-holomorphic functions. For coupling with finite element method the special elements are constructed by using the trigonometric interpolation theorem.
It is well known that complex quaternion analysis plays an important role in the study of higher order boundary value problems of mathematical physics. Following the ideas given for real quaternion analysis, the paper deals with certain orthogonal decompositions of the complex quaternion Hilbert space into its subspaces of null solutions of Dirac type operator with an arbitrary complex potential. We then apply them to consider related boundary value problems, and to prove the existence and uniqueness as well as the explicit representation formulae of the underlying solutions.
Many structures in different engineering applications suffer from cracking. In order to make reliable prognosis about the serviceability of those structures it is of utmost importance to identify cracks as precisely as possible by non-destructive testing. A novel approach (XIGA), which combines the Isogeometric Analysis (IGA) and the Extended Finite Element Method (XFEM) is used for the forward problem, namely the analysis of a cracked material, see [1]. Applying the NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) based approach from IGA together with the XFEM allows to describe effectively arbitrarily shaped cracks and avoids the necessity of remeshing during the crack identification problem. We want to exploit these advantages for the inverse problem of detecting existing cracks by non-destructive testing, see e.g. [2]. The quality of the reconstructed cracks however depends on two major issues, namely the quality of the measured data (measurement error) and the discretization of the crack model. The first one will be taken into account by applying regularizing methods with a posteriori stopping criteria. The second one is critical in the sense that too few degrees of freedom, i.e. the number of control points of the NURBS, do not allow for a precise description of the crack. An increased number of control points, however, increases the number of unknowns in the inverse analysis and intensifies the ill-posedness. The trade-off between accuracy and stability is aimed to be found by applying an inverse multilevel algorithm [3, 4] where the identification is started with short knot vectors which successively will be enlarged during the identification process.
THE INFLUENCE OF THE LOCAL CONCAVITY ON THE FUNCTIONING OF BEARING SHELL OF HIGH-RISE CONSTRUCTION
(2012)
Areas with various defects and damages, which reduce carrying capacity, were examined in a study of metal chimneys. In this work, the influence of the local dimples on the function of metal chimneys was considered. Modeling tasks were completed in the software packages LIRA and ANSYS. Parameters were identified, which characterize the local dimples, and a numerical study of the influence of local dimples on the stress-strain state of shells of metal chimneys was conducted. A distribution field of circular and meridional tension was analyzed in a researched area. Zones of influence of dimples on the bearing cover of metal chimneys were investigated. The bearing capacities of high-rise structures with various dimple geometries and various cover parameters were determined with respect to specified areas of the trunk. Dependent relationships are represented graphically for the decrease in bearing capacity of a cover with respect to dimples. Diameter and thickness of covers of metal chimneys were constructed according to the resulting data.
The aim of this paper we discuss explicit series constructions for the fundamental solution of the Helmholtz operator on some important examples non-orientable conformally at manifolds. In the context of this paper we focus on higher dimensional generalizations of the Klein bottle which in turn generalize higher dimensional Möbius strips that we discussed in preceding works. We discuss some basic properties of pinor valued solutions to the Helmholtz equation on these manifolds.
The process of analysis and design in structural engineering requires the consideration of different partial models, for example loading, structural materials, structural elements, and analysis types. The various partial models are combined by coupling several of their components. Due to the large number of available partial models describing similar phenomena, many different model combinations are possible to simulate the same aspects of a structure. The challenging task of an engineer is to select a model combination that ensures a sufficient, reliable prognosis. In order to achieve this reliable prognosis of the overall structural behavior, a high individual quality of the partial models and an adequate coupling of the partial models is required. Several methodologies have been proposed to evaluate the quality of partial models for their intended application, but a detailed study of the coupling quality is still lacking. This paper proposes a new approach to assess the coupling quality of partial models in a quantitative manner. The approach is based on the consistency of the coupled data and applies for uni- and bidirectional coupled partial models. Furthermore, the influence of the coupling quality on the output quantities of the partial models is considered. The functionality of the algorithm and the effect of the coupling quality are demonstrated using an example of coupled partial models in structural engineering.
Bridge vibration due to traffic loading has been subject of extensive research in the last decades. Such studies are concerned with deriving solutions for the bridge-vehicle interaction (BVI) and analyzing the dynamic responses considering randomness of the coupled model’s (BVI) input parameters and randomness of road unevenness. This study goes further to examine the effects of such randomness of input parameters and processes on the variance of dynamic responses in quantitative measures. The input parameters examined in the sensitivity analysis are, stiffness and damping of vehicle’s suspension system, axle spacing, and stiffness and damping of bridge. This study also examines the effects of the initial excitation of a vehicle on the influences of the considered input parameters. Variance based sensitivity analysis is often applied to deterministic models. However, the models for the dynamic problem is a stochastic one due to the simulations of the random processes. Thus, a setting using a joint meta-model; one for the mean response and other for the dispersion of the response is developed. The joint model is developed within the framework of Generalized Linear Models (GLM). An enhancement of the GLM procedure is suggested and tested; this enhancement incorporates Moving Least Squares (MLS) approximation algorithms in the fitting of the mean component of the joint model. The sensitivity analysis is then performed on the joint-model developed for the dynamic responses caused by BVI.
Numerical simulations in the general field of civil engineering are common for the design process of structures and/or the assessment of existing buildings. The behaviour of these structures is analytically unknown and is approximated with numerical simulation methods like the Finite Element Method (FEM). Therefore the real structure is transferred into a global model (GM, e.g. concrete bridge) with a wide range of sub models (partial models PM, e.g. material modelling, creep). These partial models are coupled together to predict the behaviour of the observed structure (GM) under different conditions. The engineer needs to decide which models are suitable for computing realistically and efficiently the physical processes determining the structural behaviour. Theoretical knowledge along with the experience from prior design processes will influence this model selection decision. It is thus often a qualitative selection of different models. The goal of this paper is to present a quantitative evaluation of the global model quality according to the simulation of a bridge subject to direct loading (dead load, traffic) and indirect loading (temperature), which induce restraint effects. The model quality can be separately investigated for each partial model and also for the coupled partial models in a global structural model. Probabilistic simulations are necessary for the evaluation of these model qualities by using Uncertainty and Sensitivity Analysis. The method is applied to the simulation of a semi-integral concrete bridge with a monolithic connection between the superstructure and the piers, and elastomeric bearings at the abutments. The results show that the evaluation of global model quality is strongly dependent on the sensitivity of the considered partial models and their related quantitative prediction quality. This method is not only a relative comparison between different models, but also a quantitative representation of model quality using probabilistic simulation methods, which can support the process of model selection for numerical simulations in research and practice.
We briefly review and use the recent comprehensive research on the manifolds of square roots of −1 in real Clifford geometric algebras Cl(p,q) in order to construct the Clifford Fourier transform. Basically in the kernel of the complex Fourier transform the complex imaginary unit j is replaced by a square root of −1 in Cl(p,q). The Clifford Fourier transform (CFT) thus obtained generalizes previously known and applied CFTs, which replaced the complex imaginary unit j only by blades (usually pseudoscalars) squaring to −1. A major advantage of real Clifford algebra CFTs is their completely real geometric interpretation. We study (left and right) linearity of the CFT for constant multivector coefficients in Cl(p,q), translation (x-shift) and modulation (w -shift) properties, and signal dilations. We show an inversion theorem. We establish the CFT of vector differentials, partial derivatives, vector derivatives and spatial moments of the signal. We also derive Plancherel and Parseval identities as well as a general convolution theorem.
New foundations for geometric algebra are proposed based upon the existing isomorphisms between geometric and matrix algebras. Each geometric algebra always has a faithful real matrix representation with a periodicity of 8. On the other hand, each matrix algebra is always embedded in a geometric algebra of a convenient dimension. The geometric product is also isomorphic to the matrix product, and many vector transformations such as rotations, axial symmetries and Lorentz transformations can be written in a form isomorphic to a similarity transformation of matrices. We collect the idea that Dirac applied to develop the relativistic electron equation when he took a basis of matrices for the geometric algebra instead of a basis of geometric vectors. Of course, this way of understanding the geometric algebra requires new definitions: the geometric vector space is defined as the algebraic subspace that generates the rest of the matrix algebra by addition and multiplication; isometries are simply defined as the similarity transformations of matrices as shown above, and finally the norm of any element of the geometric algebra is defined as the nth root of the determinant of its representative matrix of order n×n. The main idea of this proposal is an arithmetic point of view consisting of reversing the roles of matrix and geometric algebras in the sense that geometric algebra is a way of accessing, working and understanding the most fundamental conception of matrix algebra as the algebra of transformations of multilinear quantities.
Safety operation of important civil structures such as bridges can be estimated by using fracture analysis. Since the analytical methods are not capable of solving many complicated engineering problems, numerical methods have been increasingly adopted. In this paper, a part of isotropic material which contains a crack is considered as a partial model and the proposed model quality is evaluated. EXtended IsoGeometric Analysis (XIGA) is a new developed numerical approach [1, 2] which benefits from advantages of its origins: eXtended Finite Element Method (XFEM) and IsoGeometric Analysis (IGA). It is capable of simulating crack propagation problems with no remeshing necessity and capturing singular field at the crack tip by using the crack tip enrichment functions. Also, exact representation of geometry is possible using only few elements. XIGA has also been successfully applied for fracture analysis of cracked orthotropic bodies [3] and for simulation of curved cracks [4]. XIGA applies NURBS functions for both geometry description and solution field approximation. The drawback of NURBS functions is that local refinement cannot be defined regarding that it is based on tensorproduct constructs unless multiple patches are used which has also some limitations. In this contribution, the XIGA is further developed to make the local refinement feasible by using Tspline basis functions. Adopting a recovery based error estimator in the proposed approach for evaluation of the model quality and performing the adaptive processes is in progress. Finally, some numerical examples with available analytical solutions are investigated by the developed scheme.
We study the Weinstein equation u on the upper half space R3+. The Weinstein equation is connected to the axially symmetric potentials. We compute solutions of the Weinstein equation depending on the hyperbolic distance and x2. These results imply the explicit mean value properties. We also compute the fundamental solution. The main tools are the hyperbolic metric and its invariance properties.
Non-destructive techniques for damage detection became the focus of engineering interests in the last few years. However, applying these techniques to large complex structures like civil engineering buildings still has some limitations since these types of structures are
unique and the methodologies often need a large number of specimens for reliable results. For this reason, cost and time can greatly influence the final results.
Model Assisted Probability Of Detection (MAPOD) has taken its place among the ranks of damage identification techniques, especially with advances in computer capacity and modeling tools. Nevertheless, the essential condition for a successful MAPOD is having a reliable model in advance. This condition is opening the door for model assessment and model quality problems. In this work, an approach is proposed that uses Partial Models (PM) to compute the Probability Of damage Detection (POD). A simply supported beam, that can be structurally modified and
tested under laboratory conditions, is taken as an example. The study includes both experimental and numerical investigations, the application of vibration-based damage detection approaches and a comparison of the results obtained based on tests and simulations.
Eventually, a proposal for a methodology to assess the reliability and the robustness of the models is given.
The present research analyses the error on prediction obtained under different data availability scenarios to determine which measurements contribute to an improvement of model prognosis and which not. A fully coupled 2D hydromechanical model of a water retaining dam is taken as an example. Here, the mean effective stress in the porous skeleton is reduced due to an increase in pore water pressure under drawdown conditions. Relevant model parameters are ranked by scaled sensitivities, Particle Swarm Optimization is applied to determine the optimal parameter values and model validation is performed to determine the magnitude of error forecast. We compare the predictions of the optimized models with results from a forward run of the reference model to obtain actual prediction errors.
The analyses presented here were performed to 31 data sets of 100 observations of varying data types. Calibrating with multiple information types instead of only one sort, brings better calibration results and improvement in model prognosis. However, when using several types of information the number of observations have to be increased to be able to cover a representative part of the model domain; otherwise a compromise between data availability and domain
coverage prove best. Which type of information for calibration contributes to the best prognoses, could not be determined in advance. For the error in model prognosis does not depends on the error in calibration, but on the parameter error, which unfortunately can not be determined in reality since we do not know its real value. Excellent calibration fits with parameters’ values near the limits of reasonable physical values, provided the highest prognosis errors. While models which included excess pore pressure values for calibration provided the best prognosis, independent of the calibration fit.
Electromagnetic wave propagation is currently present in the vast majority of situations which occur in veryday life, whether in mobile communications, DTV, satellite tracking, broadcasting, etc. Because of this the study of increasingly complex means of propagation of lectromagnetic waves has become necessary in order to optimize resources and increase the capabilities of the devices as required by the growing demand for such services.
Within the electromagnetic wave propagation different parameters are considered that characterize it under various circumstances and of particular importance are the reflectance and transmittance. There are several methods or the analysis of the reflectance and transmittance such as the method of approximation by boundary condition, the plane wave expansion method (PWE), etc., but this work focuses on the WKB and SPPS methods.
The implementation of the WKB method is relatively simple but is found to be relatively efficient only when working at high frequencies. The SPPS method (Spectral Parameter Powers Series) based on the theory of pseudoanalytic functions, is used to solve this problem through a new representation for solutions of Sturm Liouville equations and has recently proven to be a powerful tool to solve different boundary value and eigenvalue problems. Moreover, it has a very suitable structure for numerical implementation, which in this case took place in the Matlab software for the valuation of both conventional and turning points profiles.
The comparison between the two methods allows us to obtain valuable information about their perfor mance which is useful for determining the validity and propriety of their application for solving problems where these parameters are calculated in real life applications.
In this paper, wavelet energy damage indicator is used in response surface methodology to identify the damage in simulated filler beam railway bridge. The approximate model is addressed to include the operational and surrounding condition in the assessment. The procedure is split into two stages, the training and detecting phase. During training phase, a so-called response surface is built from training data using polynomial regression and radial basis function approximation approaches. The response surface is used to detect the damage in structure during detection phase. The results show that the response surface model is able to detect moderate damage in one of bridge supports while the temperatures and train velocities are varied.
Long-span cable supported bridges are prone to aerodynamic instabilities caused by wind and this phenomenon is usually a major design criterion. If the wind speed exceeds the critical flutter speed of the bridge, this constitutes an Ultimate Limit State. The prediction of the flutter boundary therefore requires accurate and robust models. This paper aims at studying various combinations of models to predict the flutter phenomenon.
Since flutter is a coupling of aerodynamic forcing with a structural dynamics problem, different types and classes of models can be combined to study the interaction. Here, both numerical approaches and analytical models are utilised and coupled in different ways to assess the prediction quality of the hybrid model. Models for aerodynamic forces employed are the analytical Theodorsen expressions for the motion-enduced aerodynamic forces of a flat plate and Scanlan derivatives as a Meta model. Further, Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations using the Vortex Particle Method (VPM) were used to cover numerical models.
The structural representations were dimensionally reduced to two degree of freedom section models calibrated from global models as well as a fully three-dimensional Finite Element (FE) model. A two degree of freedom system was analysed analytically as well as numerically.
Generally, all models were able to predict the flutter phenomenon and relatively close agreement was found for the particular bridge. In conclusion, the model choice for a given practical analysis scenario will be discussed in the context of the analysis findings.
The 19th International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering will be held at the Bauhaus University Weimar from 4th till 6th July 2012. Architects, computer scientists, mathematicians, and engineers from all over the world will meet in Weimar for an interdisciplinary exchange of experiences, to report on their results in research, development and practice and to discuss. The conference covers a broad range of research areas: numerical analysis, function theoretic methods, partial differential equations, continuum mechanics, engineering applications, coupled problems, computer sciences, and related topics. Several plenary lectures in aforementioned areas will take place during the conference.
We invite architects, engineers, designers, computer scientists, mathematicians, planners, project managers, and software developers from business, science and research to participate in the conference!
The 20th International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering will be held at the Bauhaus University Weimar from 20th till 22nd July 2015. Architects, computer scientists, mathematicians, and engineers from all over the world will meet in Weimar for an interdisciplinary exchange of experiences, to report on their results in research, development and practice and to discuss. The conference covers a broad range of research areas: numerical analysis, function theoretic methods, partial differential equations, continuum mechanics, engineering applications, coupled problems, computer sciences, and related topics. Several plenary lectures in aforementioned areas will take place during the conference.
We invite architects, engineers, designers, computer scientists, mathematicians, planners, project managers, and software developers from business, science and research to participate in the conference!
SYSWELD Forum 2011
(2011)
Am 25. und 26. Oktober 2011 trafen sich an der Bauhaus-Universität Weimar 70 nationale und internationale Fachleute aus Forschung und Praxis, um sich im Rahmen des vierten SYSWELD Forums über aktuelle Entwicklungen der numerischen Simulation auf dem Gebiet der Wärmebehandlung und des Schweißens auszutauschen. Die numerische Simulation im Bereich des Schweißens und der Wärmebehandlung hat sich in den letzten Jahren beachtlich weiterentwickelt und bietet ein zukunftsweisendes und innovatives Arbeitsfeld für Ingenieure.
Während des Entwurfs- und Herstellungsprozesses eines architektonischen Objektes wird eine Menge organisatorischer, projektbezogener Daten zusammengetragen (z.B. Namen und Adressen von Bauherren, Firmen, Architekten, Ingenieuren, Behörden, die Art ihrer Beteiligung, Schriftverkehr). Diese Daten werden während dieses Prozesses mehrere Male verwendet, jedoch in unterschiedlichen Zusammenhängen, durch unterschiedliche Nutzer und von verschiedenen Anwendungen. Demzufolge ist eine geeignete Datenmodellierung und Datenverwaltung erforderlich, die diesen Aspekten gerecht wird. Der vorliegende Beitrag beschreibt ein Programm, welches die verschiedenen Formen der Projektdaten integriert, die Adreß-, Projekt- und Dokumentenverwaltung übernimmt, Projektinformationsdienstleistungen anbietet und Büroabläufe unterstützt.
Seismic insulation is one of the most progressive types of seismic protection. Seismic insulation is understood as applying special devices for reducing of inertial seismic loads acting on a building. The constructions, shown in article, significantly more effectively solve problems of seismic protection, comparing to the existing seismic insulation systems (SIS). The Special Mechanical Engineering Design Office has developed, manufactured and tested a shock-absorber unit (SAU) of large load capacity. The SAU represents a block of number of pneumatic shock-absorbers (PSA), concentrically mounted round the guiding cylinder. The protected object rests upon the upper movable part of the guiding cylinder of the SAU. In its turn, the lower part of the SAU is rested on the foundation plate, mounted on the ground. A set of the SAU is a constructive realization of the SIS. Efficiency of such SIS has been proved as theoretically, so experimentally An effective SIS can also be created on the base of the elasto-plastic shock-absorbers developed by the KBSM. New designing and constructional solutions are based on the use of the original SIS elements, performed on the base of long time existing (in the other field of technical equipment)units, safety and durability of which have been proved by long term service (more than 20 years).
Durch Modifizierung des bekannten Savingsalgorithmus mittels fester bzw. variabler Savingsparameter läßt sich ein interaktiver Zugang zur Lösung des Tourenproblems begründen. Die Resultate des Savingsalgorithmus können dadurch um ca. 8,5% verbessert werden. Durch die interaktive Arbeitsweise ist es möglich, daß spezielle Vorgaben eines Nutzers und Erfahrungen des Bearbeiters Berücksichtigung finden. Die durchgeführten Rechnungen lassen erwarten, daß bei der Wahl der Savingsparameter noch Reserven für eine weitere Effizienzerhöhung liegen. Vermutlich spielt die Anpassung der Parameter an die Problemstruktur der gestellten Aufgabe eine Rolle. Durch lokale Suche läßt sich die Vielfalt der interaktiven Entscheidungsmöglichkeiten ein-grenzen und automatisieren.
Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 524 <Werkstoffe und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken 1> ist das primäre Anliegen des Teilprojektes D2 <Bauplanungsrelevantes digitales Gebäudeaufnahme- und Informationssystem> die Entwicklung von Methoden und Techniken zur Aufnahme von Bestandsdaten vor Ort oder durch Auswertung vorhandener Dokumentationen und deren direkte Integration in ein Bauwerksmodell. [15] Das Vorhaben erarbeitet Grundlagen zu Aspekten der fachplanerischen Nutzung und der wissenschaftlichen Auswertungen arbeitsmethodischer Vorgehensweisen in der Bestandsaufnahme unter Einbeziehung softwaretechnischer Methoden. Dabei finden Sachverhalte der Strukturierung, die Herausarbeitung von Systematiken der wesentlichen Informations-/Datenmengen, die Ableitung von Methoden zur zerstörungsfreien Erfassung und die Darstellung planungsrelevanter Gebäudeinformationen in digitalen Systemen Berücksichtigung. Beim Bauaufmaß werden neben traditionellen Methoden und Techniken längst geodätische Verfahren wie die Tachymetrie, die Photogrammetrie und die Handlaserentfernungsmessung einbezogen. In der Praxis des Bestandsaufmaßes repräsentiert gegenwärtig die Tachymetrie, das am häufigsten zur Innen- und Außenaufnahme von Gebäuden eingesetzte geodätische Vermessungsverfahren. [9] [3] Ausgehend von der heutigen Situation in der Bestandsaufnahme wird aufgezeigt, inwieweit es nach dem gegenwärtigen Stand der Technik möglich ist, die in der Geodäsie verwendeten Tachymeter direkt in der Bestandsaufnahme einzusetzen. In einem weiteren Schwerpunkt wird die Konzeption eines rechnergestützten Bauaufnahmesystems basierend auf reflektorlos messenden tachymetrischen Geräten beschrieben. Das Konzept berücksichtigt nicht nur das Bauaufmaß, sondern unterstützt adäquat den gesamten Prozeß der Bauaufnahme – von der Erstbegehung bis hin zur konstruktiven Gliederung. Abschließend werden tendenzielle Möglichkeiten in der Bauaufnahme diskutiert.
Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 524 “Konstruktionen und Werkstoffe für die Revitalisierung von Bauwerken“1 ist das primäre Anliegen des Teilprojektes D2 „Bauplanungsrelevantes digitales Gebäudeaufnahme- und Informationssystem“ die Entwicklung von Methoden und Techniken zur Aufnahme von Bestandsdaten vor Ort oder durch Auswertung vorhandener Dokumentationen und deren direkte Integration in ein Bauwerksmodell [11]. Das Vorhaben erarbeitet Grundlagen zu Aspekten der fachplanerischen Nutzung und der wissenschaftlichen Auswertungen arbeitsmethodischer Vorgehensweisen in der Bestandsaufnahme unter Einbeziehung softwaretechnischer Methoden. Dabei finden Sachverhalte der Strukturierung, die Herausarbeitung von Systematiken der wesentlichen Informations-/Datenmengen, die Ableitung von Methoden zur zerstörungsfreien Erfassung und die Darstellung planungsrelevanter Gebäudeinformationen in digitalen Systemen Berücksichtigung. In diesem Artikel werden ausgehend von Anforderungen der planungsrelevanten architektonischen Bauaufnahme eine Konzeption und die prototypische Realisierung zur flexiblen geometrischen Erfassung – dem Bauaufmaß – vorgestellt. Planungsrelevante Bauaufnahme Die Bauaufnahme dient der Modellbildung durch Erfassung und Wiedergabe eines real existenten Bauwerkes in seinem zum Zeitpunkt der Aufnahme angetroffenen Zustand. Die quasi vollständige Aufnahme ist aufgrund der großen zu ermittelnden Datenmengen und den hierdurch entstehenden Aufwendungen und Kosten nicht möglich [8]. Vielmehr muß eine Auswahl und Abstrahierung der aufzunehmenden Daten, ihrer Repräsentation und die Wahl ihrer Genauigkeit nach den Erfordernissen des jeweiligen Verwendungszweckes der Bauaufnahme erfolgen. So vielfältig die Erfordernisse einer Bauaufnahme ausfallen, so vielfältig sind auch die jeweiligen Forderungen und Auswahlen der aufzunehmenden Daten. In der überwiegenden Mehrheit aller Fälle ist auch die Wiedergabe der vorgefundenen geometrischen Ausprägung des Bauwerkes gewünscht oder erforderlich. Dabei werden unterschiedliche Genauigkeitsanforderungen an verschiedene Bereiche des Bauwerkes gestellt [9] [10]. So reicht vielleicht im Einzelfall eine skizzenhafte Wiedergabe des Umfeldes eines geplanten Ladenbereiches, während die umzunutzenden Bereiche in Ausführungsgenauigkeit zu erfassen sind. Die exakte geometrische Ausprägung eingebauter Bauelemente ist oft nur teilweise bekannt. In der Bauaufnahme muß ein enger Zusammenhang zwischen Geometrie und bauteilorientierter Konstruktion, sowie den verwendeten Ordnungssystemen bestehen. Um diesen Ansprüchen genüge zu tragen, werden entsprechende Aufnahmetechniken, rechnerinterne Abbildungen und Funktionalität zur Interaktion Nutzer - Modell gesucht.
Die zunehmend erforderliche Kooperation verschiedener Beteiligter unterschiedlicher Fachbereiche und der Einsatz hochspezialisierter Fachapplikationen in heterogenen Systemumgebungen unterstreichen die Bedeutung und Notwendigkeit neuer Konzepte und Möglichkeiten zur Schaffung einer computergestützten Integrationsebene. Ziel einer computergestützten Integrationsebene ist die Verbesserung der Kooperation und Kommunikation unter den Beteiligten. Grundlage dafür ist die Etablierung eines effizienten und fehlerfreien Daten- und Informationsaustausches zwischen den verschiedenen Fachplanern und -applikationen. Die Basis für die Datenintegrationsebene bildet ein digitales Bauwerksmodell im Sinne eines >virtuellen Bauwerks<, welches alle relevanten Daten und Informationen über ein zu planendes oder real existierendes Bauwerk zur Verfügung stellt. Bei der Verwirklichung einer Bauwerksmodell-orientierten Datenintegrationsebene und deren Modellverwaltung erweist sich speziell die Definition des Bauwerksmodells also die Spezifikation der relevanten auszutauschenden Daten als äußerst komplex. Der hier vorzustellende Relationen-orientierte Ansatz, d.h. die Realisierung des Daten- und Informationsaustauschs mittels definierter Relationen und Beziehungen zwischen dynamisch modifizierbaren Domänenmodellen, bietet Ansätze zur: * Verringerung und Beherrschung der Komplexität des Bauwerksmodells (Teilmodellbildung) * Realisierung eines effizienten Datenaustauschs (Relationenmanagement) Somit stellt der Relationenorientierte Ansatz einen adäquaten Lösungsweg zur Modellierung eines digitalen Bauwerksmodells als Datenintegrationsebene für den Lebenszyklus eines Bauwerkes dar.
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.
For analysis and planing of transport networks detailed information concerning travel sequences is required. The paper examines an activity chain model to determine stochastic travel demand which individual generates in order to participate in activity or sequence of activities over the day. The transition from one activity to another depends on the activity participation decision, which is made sequentially and is constrained in space and time. Activity chains derived from travel survey data are used as a base to develop a more realistic model than conventional discrete trip models. Probabilistic concepts and statistical procedures are used to estimate characteristics of travel demand such as the number of daily out-of-home activities and transition probability from one activity to another participated by homogeneous behavioural groups. In addition, the paper compares the model for two different sized towns.
Datenaustausch, Daten resp. Produktdatenmodelle sind seit mehreren Jahren Themen in der Forschung. Verschiedene Forschungsprojekte und Initiativen diverser Firmen führten zu bereichsübergreifenden Ansätzen wie IFC und verschiedenen STEP-AP´s. Speziell im Stahlbau sind die Projekte >Produktschnittstelle Stahlbau< und >CIMsteel< entwickelt, weiterentwickelt und überarbeitet worden. Als Weiterentwicklung der bisher existierenden Austauschformate versuchen neuere Ansätze den Nutzen über die reine Datenübermittlung hinaus zu erweitern. So integrieren diese Lösungsvorschläge Aspekte der Kommunikation, der Zusammenarbeit und des Managements. Des weiteren übernehmen sie Aufgaben der Daten- und Modellverwaltung. Somit erfolgt eine digitale Abbildung unter Einbezug sämtlicher ermittelter Daten. Resultierend aus den besonderen Randbedingungen im Bauwesen, wird ein Bauwerksmodell aus untereinander in Beziehung gesetzten Domänenmodellen aufgebaut
Für den Entwurf von Ingenieurbauten ist eine zuverlässige Prognose über den Spannungsverlauf im Bauwerk und auf dessen Rand von großer Bedeutung. Eine geschlossene Lösung der elastischen Bestimmungsgleichungen des Bauwerks ist in der Regel nicht verfügbar. Es wird daher unter Verwendung der Methode der gewichteten Reste eine schwache Form der Gleichungen abgeleitet, die zu einem gemischten Arbeitsprinzip führt. Das zugehörige Finite-Elemente-Modell erlaubt es Spannungen am Rand des Bauwerks zu ermitteln, die im Gleichgewicht zu den angreifenden Lasten stehen.
Die Kooperation zwischen Menschen und Computern gewinnt in zahlreichen Problemstellungen mehr und mehr an Bedeutung. Ein wesentlicher Grund hierfür ist die ständig wachsende Komplexität relevanter Problemstellungen. Dadurch bedingt sind weder der Mensch noch der Computer alleine in der Lage, zufriedenstellende Lösungen zu entwickeln. Die Kombination der individuellen Fähigkeiten hat sich in vielen Bereichen als gewinnbringend erwiesen. Genetische Algorithmen (GA) als Repräsentanten der >Evolutionary Computation< stellen einen Ansatz zur Lösung hochkomplexer Optimierungsaufgaben dar, der sich an den Vorgängen der Evolution orientiert. Im Gegensatz zu vielen anderen Optimierungsverfahren bringen sie einige Eigenarten mit, die kooperative Erweiterungen einfach und erfolg-versprechend machen. Der vorgestellte kommunizierende Genetische Algorithmus kombiniert die Vorteile der GA mit der Fähigkeit zur Kooperation. Es gelingt bei seiner Verwendung, gute externe Vorschläge aufzunehmen, während schlechte Vorschläge keinerlei negative Auswirkungen zeigen. Diese Robustheit gegen Irrtümer und Fehleingaben macht den KGA zu einer idealen Basis für Programme zur kooperativen Problemlösung.
Für planende Ingenieure und Architekten besteht seit jeher im Rekonstruktionsbereich die Aufgabe, vorhandene Gebäude in ihrer Geometrie und Struktur zu erfassen und daraus Rekonstruktionspläne und -technologien zu erarbeiten. Diese Erfassungsmaßnahmen sind sehr umfangreich und kostenintensiv. Ziel der hier vorzustellenden Ansatzes war es deshalb, ein kostengünstiges Verfahren zu entwickeln, das ein berührungsloses Aufmaß eben begrenzter Räume (polyedrischer Räume) mit einer den Erfordernissen entsprechenden Genauigkeit gewährleistet. Es werden im wesentlichen zwei Problemkreise behandelt. Der erste beinhaltet den Nachweis einer für die geplanten Anwendungen hinreichend genauen, maßstäblichen Rekonstruierbarkeit von ebenen Objekten (Wänden) aus monokularen Fotoaufnahmen. Anstelle des in der Photogrammetrie üblichen Weges über Kamerakalibrierung mittels exakt eingemessener Paßpunkte wurde ein Ansatz verfolgt, bei dem eine mittels Laserspotprojektoren auf dem Aufnahmeobjekt erzeugte parameterabhängige Maßfigur in Verbindung mit a priori bekannten Bildinhalten Grundlage für die maßstabsgerechte Rekonstruktion des Objektes ist. Der zweite Problemkreis behandelt die Zusammensetzung von eben begrenzten Räumen aus Einzelebenen (Wänden) die als Ergebnis des ersten Schrittes projektiv entzerrt, d.h. als orthogonale Draufsicht, allerdings verfahrensbedingt fehlerbehaftet vorliegen. Ziel ist hier, durch Nutzung von a-priori-Kenntnissen über die Raumstruktur mit Hilfe von Methoden der mathematischen Optimierung einen Genauigkeitsgewinn zu erzielen.
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.
One of the basic types of strength calculations is the calculation of limit equilibrium of constructions. This report describes new method for solving the problem of limit equilibrium. The rigid-plastic system in this method is substituted with an «equivalent» elastic system with specially constructed rigidities. This is why it is called the method of pseudorigidities. An iteration algorithm was developed for finding pseudorigidities. This algorithm is realized in a special software procedure. Conjunction of this procedure with any elastic calculation program (base program) creates a program solving rigid-plastic problems. It is proved, that iterations will be converge to the solution for the problem of limit equilibrium. The solution of tests show, that pseudorigidity method is universal. It allows the following: - to solve problems of limit equilibrium for various models (arch, beam, frame, plate, beam-wall, shell, solid); - to take into account both linearized and square-law fluidity conditions; - to solve problems for various kinds of loads (concentrated, distributed, given by a generalized vector); - to take into account the existing various of fluidity criteria in different sections etc. The iterative PRM process quickly converges. The accuracy of PRM is very high even in case of rough finite-element structuring. The author has used this method for design protection systems from extreme loads due to equipment of nuclear power stations, pipelines, cargo in any transportation.
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 technological processes, schedules, parallel algorithms, etc., having some technological limitations and exacting increases of efficiency of their execution can be described through digraphs, on which the appropriate optimization problem (construction of optimal scheduling of tops of digraph) can be solved. The problems, researched in the given operation, have a generally following statement: The problem 1: Under the given graph G and option value h to construct parallel scheduling of tops of digraph of minimum length. Let's designate the problem S(G, h, l). The problem 2: Under the given graph G and option value l to construct parallel scheduling of tops of digraph of minimum width. Let's designate the problem S(G, l, h). The problem 3: Under the given graph G, option value h and periods of execution of operations di, i=1, …, n to construct parallel scheduling of tops of digraph of minimum length. Let's designate the problem S(G, h, di, l). The problems 1,2,3 in a case when h-arbitrary have exponential complexity. In operation the method of solution of the problem S(T, h, di, l) is offered on the basis of choice of tops having greatest weight. The approach to solution of the problem S(G, 3, l) is offered, where G the graph satisfying property : S[i] =S [i], i=1, …, l. For obtaining a rating of width of scheduling on an available estimator of length, we offer to use iterative algorithm of polynomial complexity, on which each step the current value of width of scheduling is set, which is used for specification of length of scheduling.
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.
Die Berücksichtigung stochastischer System- und Lastparameter bei der nach EC zulässigen Analyse des Tragwerksverhaltens unter Berücksichtigung globalen nichtlinearen Systemverhaltens sind notwendig, da dies ein anderes Sicherheitskonzept erfordert. Wird der plastische Grenzlastfaktor (PGLF), der die Ausnutzung der Systemkapazitäten bis zum Kollaps ermöglicht, zur Grenzzustandsbeurteilung herangezogen, wird dies besonders deutlich. Für das Modell eines ebenen Stahlbetontragwerks wird starr-ideal-plastisches Materialverhalten vorausgesetzt. Die Bestimmung des PGLFs für ein gegebenes Lastbild kann ausgehend von einem Extremalprinzip über die Lösung einer Optimierungsaufgabe erfolgen. Diese direkte Bestimmung des Kollapses bereitet aber bei der stochastischen Analyse Schwierigkeiten, da die zugehörigen Grenzzustandsgleichungen (GZG) nicht gutartig sind. Es wird die stochastische Methode des Multi-Modal Importance Sampling (MMIS) vorgeschlagen, die unter Berücksichtigung der Eigenschaften dieses mechanischen Modells die Versagenswahrscheinlichkeit bestimmt, d.h. das Verfahren nimmt auf die nur stückweise Stetigkeit GZG des speziellen Problems Rücksicht. Es setzt die zugehörige Grenzzustandsfunktion voraus. Die wesentlichen Bemessungspunkte werden durch Anwendung des Betaverfahrens gesucht und dann mit einem Importance-Sampling-Algorithmus mit multimodaler Sampling Dichte die Versagenswahrscheinlichkeit bestimmt . Das Verfahren sucht und berücksichtigt die wesentlichen Versagensbereiche des Problems mit vertretbarem Aufwand. Verbesserungen könnten sowohl bei den enthaltenen Such- und Iterationsalgorithmen als auch bei der Wahl der einzelnen Sampling-Dichten erzielt werden, was Gegenstand weiterer Untersuchungen ist.
Numerische Approximation makroskopischer Verkehrsmodelle mit der Methode der Finiten Elemente
(2000)
Makroskopische Verkehrsmodelle sind ein wesentliches Hilfsmittel bei der Beurteilung und Steuerung von Verkehrsflüssen auf Hauptverkehrsadern. Für die notwendige Beeinflussung des Verkehrsablaufs werden Online-Messungen und prognostische numerische Simulationen benötigt. Für die Simulationen bieten sich makroskopische Verkehrsmodelle an, die den Verkehr als kontinuierliche Fahrzeugströmeabbilden. Aufgrund der Analogie zu den Modellen der Strömungsmechanik lassen sich die numerischen Verfahren aus diesem Bereich auch zur Lösung makroskopischer Verkehrsmodelle verwenden. Es wird eine Finite-Elemente-Approximation für die numerische Umsetzung makroskopischer Verkehrsmodelle vorgestellt. Exemplarisch wird sie am Verkehrsmodell von Kerner und Konhäuser erläutert. Dieses und andere makroskopische Verkehrsmodelle wurden bisher mit der Methode der Finiten Differenzen gelöst. Die vorgestellte Approximation entspricht einem Petrov-Galerkin-Verfahren, bei dem der Fehler eines Standard-Galerkin-Verfahrens mit Hilfe eines Upwinding-Koeffizienten minimiert wird. Die Wahl des Upwinding-Koeffizienten ist übertragbar und basiert ausschließlich auf dem Charakter der zugrundeliegenden Gleichungen. Die Ergebnisse zeigen typische Phänomene eines Verkehrsablaufs wie die Entstehung von Stop-and-Go-Wellen oder Staus. Die Finite-Elemente-Methode erweist sich für unter-schiedlichste Verkehrsmodelle als ausgesprochen stabil.
The US Department of Highways is embarked on a very ambitious program to renovate much of the bridges and highways allover the USA. While it is doing so, it is also trying to take advantage of using such program to enhance the research for future programs. One of those projects is a 1000 ft. (305 m) long concrete bridge in the State of Vermont, located in the North East of USA. It is scheduled for renovation, in which the deck and its side parapet walls will be replaced. New England Transportation Consortium (NETC) decided to make further use of this project to find what effect will the heavy demolition tools have on the concrete to remain in place. The goal is to find out the extent of the experimental measurement agreement with the analytical results. In order to accomplish such a goal, numerous strain gages were installed at and in the vicinity of the demolition areas. Those gages will measure the effect of the demolition on the adjacent areas, and how far the destructive effect of the powerful demolition tools can propagate through different parts of the structure. The gages are connected to National Instruments data acquisition equipment, which is connected to a lap top computer to save all the acquired data. The analytical part the project will be using the energy method, which means that the energy applied by the demolition tools should equal the energy absorbed by the demolished structure, in elastic and plastic deformation forms.
This study aims at constructing the simulation system of distribution patterns of solar irradiance, sunshine duration and sky factor with the user-friendly interface and sharing this system with users on the Internet. The characteristics of this simulation system are as follows: (1) Web-based user interface, (2) Accessible system through the Internet and (3) Sunlight and skylight simulation based on physically accurate equations with considering various sky conditions and the reflection from the surface of objects. As a case study, impact of the development plans are analyzed and evaluated using this system. Solar irradiance, sunshine duration and sky factor are calculated at the surface of the buildings and open spaces every 10 minutes from 8 to 16 on the winter solstice. The values of these indices are expressed as the ratio to those calculated under the condition with no buildings. In conclusion, this web-based simulation system can be useful for visualizing the sunlight and skylight conditions on outdoor open spaces and the surface of the buildings to evaluate development plans objectively. Users can make access to the system from almost all of the computers connected with the Internet and modify parameters by themselves to get desirable results. Further improvement of the user interface is necessary using more advanced technology of CGI, Java and JavaScript.
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.
Diskrete Arbeitsvorgänge lassen sich mit Hilfe von Petri--Netzen formal beschreiben. Petri--Netze basieren auf der Graphentheorie. Die Elemente zweier Knotenmengen werden Stellen und Transitionen genannt und sind durch gerichtete Kanten miteinander verknüpft. Stellen repräsentieren Bedingungen oder Zustände und Transitionen Ereignisse oder Vorgänge. Durch Petri--Netze ist es möglich nicht nur eine statische Vorgänger--Nachfolger--Struktur abzubilden, vielmehr können ebenso Ereignisse, Alternativen und Nebenläufigkeiten modelliert werden. In diesem Beitrag wird vorgestellt, wie ein Bauablauf gegeben durch ein Vorgangsknoten-Netzplan mit sehr wenigen Schritten auf ein Bedingungs/Ereignis-Netz abgebildet werden kann. Alle notwenigen Teilschritte wie das Bilden von Teilnetzen oder das Vergröbern und Verfeinern von Knoten basieren auf einem mathematisch abgesicherten Fundament. Im Gegensatz zu anderen Formulierungen von Bauabläufen ist die Theorie der Petri-Netze eine allgemeingültige Theorie und kann in vielen Bereichen eingesetzt werden. Die Verwendung einer solchen mathematischen Abstraktion ermöglicht die Wiederverwendung von bereits entwickelten Lösungsansätzen. So können die gewonnenen Erfahrungen auch bei der Modellie-rung von anderen Arbeitsvorgängen verwendet werden.
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.
Im Vortrag wird der Frage nachgegangen, inwieweit zwischen den strukturellen Parametern Dispersion eines Verkehrsnetzes bzw. der Kennziffer der Unterentwicklung eines Verkehrsnetzes und den mittleren Fahrzeiten bzgl. unterschiedlicher Verkehrsbedarfsmatrizen ein Zusammenhang besteht. An Hand von 10 verschiedenen Ring-Radius-Strukturen für den MIV (Motorisierter Individual-Verkehr) und 3 verschiedenen Ring-Radius-Strukturen für den Busverkehr wird bei 5 unterschiedlichen O-D-Bedarfsmatrizen der Nachweiß eines solchen Zusammenhanges geführt. Die Ergebnisse erlauben es, auf Grund struktureller Analysen Aussagen über funktionelle Bewertungen des Verkehrsnetzes zu treffen. Da strukturelle Bewertungen mit wesentlich geringerem Aufwand an Input-Daten und an Rechenzeit als funktionelle Bewertungen bestimmbar sind, bringt dies deutliche Einsparungen in der Planungsphase von Verkehrsnetzen mit sich.
The availability of the WWW technology and the introduction of the Internet as basic resource like water, electricity or gas changes dramatically normal live, business and of course civil engineering. New technologies enable innovative technical solutions and offer new potential for improvements towards support of humans nature appropriate ways of working. This demands a new culture of work and collaboration. To contribute to theses challenges is a matter the discipline 'Bauinformatik' by supporting related research, development, education and training in civil engineering. This contribution to the IKM Conference 2000 in Weimar sketches selected research and education activities of the institutes of the authors on the topics of WWW based simulation systems (example WEASEL) and of WWW based project platforms (projects MorWin and TaiGer as well as an European education experiment). Both topics supports the collaboration by new ways of tele cooperation in international, heterogeneous and interdisciplinary engineering. Demonstration from this developments and projects will be used to illustrate the dimension of changes in civil engineering in due to modern ICT.
Die fachlichen Grundlagen der Aufgaben, die in einem Bauunternehmen zu bearbeiten sind, wurden in verschiedenen Disziplinen entwickelt. Maßgeblich waren der Baubetrieb und die Betriebswirtschaftslehre. Die parallele Entwicklung hat jedoch dazu geführt, dass grundlegende Begriff und Verfahren zwischen den Disziplinen nicht aufeinander abgestimmt sind. Die verschiedenen Aufgaben beeinflussen jedoch einander. Innerhalb der jeweiligen Disziplin wurden Informationssysteme entwickelt, mit denen sich die Aufgaben aus der jeweiligen Disziplin bearbeiten lassen. Zur Verbindung der "verschiedenen Welten" existieren zwar ausgewählte Schnittstellen, eine durchgängige verteilte Bearbeitung der verschiedenen Aufgaben wird jedoch noch nicht umfassend unterstützt. Im vorliegenden Beitrag wird ein Vorgehen vorgestellt, auf dessen Grundlage eine verteilte Bearbeitung der fachgebietsübergreifenden Aufgaben erfolgen kann. Das Vorgehen beruht auf der Modellierung der Prozesse sowie der zur Bearbeitung der als Bestandteil der Prozesse spezifizierten Aufgaben benötigten Informationen. Dieses Modell wird auf der Grundlage der Mengenlehre mit einem entsprechenden Werkzeug aufgebaut. Die Spezifikation der Informationen wird genutzt, um Datenbankschemata zu generieren, die Spezifikation der Aufgaben wird genutzt, um Werkzeuge zur Bearbeitung zu identifizieren. Diese Werkzeuge sind in Java als Applets implementiert und können über entsprechende Treiber auf die Datenbanken zugreifen. Das Prozessmodell wird in einem nächsten Schritt erweitert. Personen werden eingeführt. Diesen Personen werden Aufgaben zugewiesen, deren Bearbeitung sie ausführen sollen. Auf der Grundlage des erweiterten Prozessmodells werden die Applets, die eine Person benötigt, auf einer entsprechenden Internet-Seite zusammengestellt. Damit kann projektspezifisch ein Informationssystem zusammengestellt werden, das eine verteilte Bearbeitung der verschiedenartigen Aufgaben 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
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.
Petri-Netze und deren Erweiterungen stellen ein leistungsfähiges Instrument zur Model-lierung, Simulation und Animation von Systemen bzw. Prozessen dar. Mathematische Methoden die sowohl analytisch beschreibbar als auch graphisch darstellbar sind, wie z. B. Warteschlangenprobleme, Netzpläne, Suche optimaler Wege in Netzen bzw. Dynamische Optimierung, können mit Hilfe von Petri-Netzen modelliert werden. Werden Petri-Netze zur graphischen Darstellung gewählt, so können die Stellen (passive Knoten) mit Markenverweilzeiten sowie die Transitionen (aktive Knoten) mit Schaltzeiten belegt werden. Für die Zeiten sind deterministische bzw. stochastische Größen einsetzbar. Wird dem Gesamtnetz eine zentrale Uhr und den einzelnen zeitbehafteten Knoten jeweils eine lokale Uhr zugeordnet, so lassen sich die Prozeßabläufe mittels Animation sichtbar machen. Ein an der Professur Computergestützte Techniken entwickeltes Programmsystem dient zur Demonstration der einzelnen Probleme. In anschaulicher Weise kann damit das Ver-ständnis für die genannten Methoden sowie die mit ihrer Hilfe dargestellten Prozesse erleichtert werden.
Die Einführung von neuen Informations- und Kommunikationstechniken in Klein- und Mittelständische Unternehmen (hier: kleine und mittlere Planungsbüros im Bauwesen) ist mit speziellen Problemen behaftet. Erfahrungswerte liegen nur in größeren und zumeist fachfremden Firmen vor. Neben den eigentlichen Sicherheitsrisiken (Thematik Internet), Verständnisschwierigkeiten und daraus resultierenden Akzeptanzproblemen fehlt beim Einsatz dieser neuen Techniken die Verbindung zum Ablauf in projektbasiert arbeitenden Unternehmen. Der Begeisterung und Euphorie durch den Einsatz neuer Technik stehen Änderungen des eigenen Arbeitsstiles und ein anfänglicher Mehraufwand entgegen. Ein Schwerpunktthema der eigenen Forschungsarbeiten sind die Ermittlung und Validierung von Kriterien für die Einführung neuer IuK-Techniken speziell in kleineren und mittleren Planungsbüros. In einer fortschreitenden Reihe von Arbeiten am Fachbereich wurden und werden nacheinander die genannten Problematiken und Aspekte in Angriff genommen. Dabei werden neben der Kategorisierung von Anwendungsszenarien und Vorstellung der einzelnen, empfehlenswerten Techniken einzelne Konzepte am Fachbereich und in Zusammenarbeit mit Ingenieurbüros überprüft. Der Beitrag möchte in Ergänzung zu bereits gelaufenen Arbeiten als Empfehlung oder Leitfaden für Planungsbüros auf die Machbarkeit neuer Techniken und einige nötige Randbedingungen eingehen.
Entwurfsprozesse im Bauwesen sind hochgradig kooperative Prozesse mit alternierenden Phasen asynchroner und synchroner Teamarbeit. Die Informationen über den aktuellen Entwurfsgegenstand können als Objektstrukturen modelliert werden, die in entsprechenden Modellverwaltungssystemen gespeichert werden. Bei der Realisierung von kooperativ nutzbaren Umgebungen für den Bauwerksentwurf sind jedoch bei der Auswahl von Basistechniken spezifische Anforderungen von CSCW-Applikationen zu beachten, die bestimmte traditionelle Verfahren nicht erfüllen. Neben verschiedenen Auswirkungen auf das Interaktionsverhalten der Entwurfsumgebung spielt die cooperation awareness der eingesetzten Mechanismen eine bedeutende Rolle. Mechanismen zur Zugriffskontrolle sind in netzwerkbasierten Mehrbenutzerumgebungen essentiell, jedoch sind herkömmliche Verfahren zu unflexibel und nicht hinreichend ausdrucksstark. Eine adaptierte und erweiterte Variante des Matrixverfahrens ist für die Anwendung in Modellverwaltungssystemen geeignet. Ebenso muss bei der Auswahl von Mechanismen zur Nebenläufigkeitskontrolle Augenmerk auf dessen Eignung in Groupware-Systemen gelegt werden. Bei der Unterstützung asynchroner Kooperation können Lock-Verfahren auf die Informationen in Modellverwaltungssystemen angewandt werden. Für die Applikationen für synchrone Teamarbeit müssen derartige Mechanismen auf die gemeinsamen Informationsbestände sowie auf Systemressourcen der Entwurfsumgebung angewendet werden. Hierfür sind floor-passing'-Verfahren geeignet; die Anwendbarkeit von Transformationsverfahren sollte für die konkret umzusetzende Applikation geprüft werden.
The preliminary design of a wearable computer for supporting Construction Progress Monitoring
(2000)
Progress monitoring has become more and more important as owners have increasingly demanded shorter times for the delivery of their projects. This trend is even more evident in high technology industries, such as the computer industry and the chemical industry. Fast changing markets, such as the computer industry, force companies to have to build new facilities quickly. To make a statement about construction progress, the status of a building has to be determined and monitored over a period of time. Depicting the construction progress in a diagram over time, statements can be made about the anticipated completion of the project and delays and problems in certain areas. Having this information, measures can be taken to efficiently >catch up< on the schedule of the project. New technologies, such as wearable computers, speech recognition, touch screens and wireless networks could help to move electronic data processing to the construction site. Progress monitoring could very much take advantage of this move, as several intermediate steps of processing progress data can be made unnecessary. The processing of progress data could be entirely done by computers, which means that data for supporting decisions can be made available at the moment the construction progress is measured. This paper describes a project, that investigates how these new technologies can be linked to create a system that enhances the efficiency of progress monitoring. During the project a first prototype of a progress monitoring system was developed that allows construction companies and site supervisors to measure construction progress on site using wearable computers that are speech controlled and connected to a central database via a wireless network.
Informations-und Kommunikationtechniken haben im Bauwesen noch nicht die gewünschten Vorteile für Kosten und Qualität von Bauobjekten erzielt. Die Vielfalt der dafür genutzten Systeme und Formate führt häufig zu Redundanzen und Informationsverlusten in den Planungs- und Bauprozessen sowie Problemen beim Datenaustausch zwischen den Systemen. Durch die Datenmengen, die in CAD, AVA, Terminplanung, Tabellenkalkulation, Textverarbeitung etc. durch unterschiedliche Beteiligte erzeugt werden, ist darüber hinaus das Risiko einer unterschiedlichen Datenaktualität enorm. Als Konsequenz dieser Erkenntnisse bestand die Aufgabe, eine ganzheitliche und durchgängige Produkt- und Prozeßstrategie für den preiswerten Einfamilienhausbau zu entwickeln. Die Grundlage dafür bildet ein komplexes System von rationellen Entwurfsregeln, Konstruktionslösungen und Bau- und Baustofflogistikkonzepten auf der Basis moderner Informations- und Kommunikationstechnologien.
A fuzzy logic controller - WNC (Water Network Control) was developed for control of urban drainage systems. The objectives are to avoid accidents, flooding, pollutions through combined sewer overflows and excessive operation and maintenance costs. Fuzzy logic was proved to be a promising approach, flexible and easy accepted, because it includes the expert knowledge. Fuzzy control system proposed is robust and also easy to understand and modified. It offers to the operator the possibility to participate directly in the system control, combining the results of the modern optimization techniques with the experience and knowledge accumulated in time by experts. Thus, the control of urban sewer system can be well solved by implementing an intelligent control system, based on available information (fuzzy) and on expert's experience. An important feature of this fuzzy logic system is its capability to elaborate a control decision even in situations that were not considered in the design phase of the urban network.
In many engineering applications two or more different interacting systems require the numer-ical solution of so-called multifield problems. In civil engineering the interaction of fluid and structures plays an important role, i.e. for fabric tensile structures of light and flexible materials often used for large roof systems, capacious umbrellas or canopies. Whereas powerful numerical simulation techniques have been established in structural engineering as well as in fluid mechan-ics, only relatively few approaches to simulate the interaction of fluids with civil engineering constructions have been presented. To determine the wind loads on complex structures, it is still state-of-the-art to apply semi-empirical, strongly simplifying methods or to perform expensive ex-periments in wind tunnels. In this paper an approach of a coupled fluid-structure simulation will be presented for membrane and thin shell structures. The interaction is described by the struc-tural deformation as response to wind forces, resulting in a modification of the fluid flow domain. Besides a realistic determination of the wind loads, information on the structural stability can be obtained. The so-called partitioned solution is based on an iterative frame algorithm, integrating different codes for Computational Fluid Dynamics (CFD) and for Computational Structural Dy-namics (CSD) in an explicit or an implicit time-stepping procedure. All data exchange between the two different applications is performed via a neutral geometric model provided by a coupling interface. A conservative interpolation method is used for the interpolation of the nodal loads. The time-dependent motion of the structure requires a dynamic modification of the different grids and a redefinition of the Navier-Stokes equations in an Arbitrary Langrangian Eulerian (ALE) formulation. As an example for the present implementation, results of a coupled fluid-structure simulation for a textile membrane canopy will be presented.
There was suggested a phenomenological modified quadratic condition of the beginning of plasticity for plastic and quasifragile orthotropic materials. Limiting surface in the shape of a paraboloid with an axis bend over hydrostatic axis corresponds to the condition. The equations of theory of current with the isotropic and anisotropic hardenings, associated with the suggested yield condition, modified into the version of determining equations of strain theory of plasticity are received. These defining equations formed the basis of highlyprecise non-classic continual (along thickness) theory of non-linear deformation of thick sandwich plates and sloping shells. In the approximations along the cross coordinate the specificity of flexural and non-flexural deformations is taken into account. The necessity of introducing the approximations of higher order, as well as accounting for the cross compression while decreasing of the relatively cross normal and shear layer rigidness is shown. The specifications, obtained in comparison with the known physically nonlinear specified model of the bending of plates with orthotropic layers are distinguished. An effective procedure of linearization of the solving equations and getting the solutions in frames of the discrete-continual scheme of the finite-element method is suggested. The approximations of higher order let to model the appearance of the cracs of layers being split by the introducing of slightly hard thin layers into the finite element, not violating the idea of continuality of theory. Calculation of a threelayer plate with rigid face diaphragms on the contour is considered
Es wird das gemeine Schema der Projektierung, die die Analyse des Marktes einschließt, betrachtet, die Einschätzung der Nomenklatur und des Umfanges des Produktionsausstoßes der Erzeugnisse, und die Schlüsselaufgabe der Wahl der Regimes der Bearbeitung. Die letzte Aufgabe wird - konkretisiert es werden die Formeln berichtet und die Algorithmen der Optimierung nach den Kriterien der Produktivität und den Selbstkostenpreisen. Es sind die Formeln für die Produktivität der Systeme mit der flexiblen Verbindung, präzisiert sowie die Abhängigkeiten für die Standhaftigkeit bei den kleinen Geschwindigkeiten des Schneidens. Die Schlüsselwörter: der Markt, die Regimes der Bearbeitung, die Produktivität, der Selbstkostenpreis, die Optimierung
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
Die Eisenbahnbrücken des Lehrter Bahnhofs in Berlin - Ein ganzheitliches FE-Berechnungskonzept
(2000)
Der Komplexität moderner Brückenbauwerke scheinen die verwendeten Berechungsmodelle oft nicht angemessen. Tragwerksberechnungen basieren in vielen Fällen noch auf der Vorgehensweise, das Brückenbauwerk in Einzelbauteile zu zerlegen und mit unterschiedlichen Teilmodellen zu behandeln. Das erscheint, auch vor dem Hintergrund ständig wachsender Rechnerleistung, nicht mehr zeitgemäß. Dies gilt zum Beispiel auch für die gängige Praxis, flächenhafte Brückenüberbauten mit Balkenmodellen zu berechnen. Der vorliegende Beitrag stellt ein ganzheitliches Berech-nungskonzept vor, welches auf der Basis eines einzigen FE-Modells die Berechnung des Gesamtbauwerks erlaubt. Damit wird für alle Bauteile neben der Zustandsgrößenberechnung auch die Bemessung von Stahl- und Spannbetonbauteilen bis hin zu Nachweisen wie zur Beschränkung der Rissbreite geführt. Die Anwendung dieses Berechnungskonzeptes wird am Beispiel der Eisenbahnüberführung des neuen Lehrter Bahn-hofs in Berlin gezeigt. Das verwendete FE-Modell umfasst Baugrund, Fundamente, Stahl- bzw. Gußstahlunterkonstruktion sowie den Stahl- bzw. Spannbetonüberbau. Besonderheiten sind unter anderem die Modellierung des plattenbalkenartigen Überbaus durch exzentrische, vorspannbare Schalenelemente und das getrennte Vorhalten von tragwerks- und lastbezogenen Eingabefiles. Damit gelingt die sequentielle Erfassung unterschiedlicher Bettungsmoduli zur Simulation statischer und dynamischer Beanspruchungen, die Berücksichtigung des Anspannens und der Interaktion zwischen vorgespannten Stahlverbänden zur Aufnahme von Horizontallasten sowie die Berücksichtigung unterschiedlicher statischer Systeme bei der Herstellung des Spannbetonüberbaus.
The steel structure design codes require to check up the member strength when evaluating plastic deformations. The model of perfectly plastic material is accepted. The strength criteria for simple cross-sections (I section, etc.) of steel members are given in design codes. The analytical strength criteria for steel cross-sections and numerical approaches based on stepwise procedure are investigated in many articles. Another way for checking the carrying capacity of cross-sections is the use of methods that are applied for defining strain-deformed state of elastic perfectly plastic systems. In this paper non-iterative methods are suggested for checking strength of cross-sections. Carrying capacity of cross section is verified according to extremum principle of plastic fail under monotonically loading and the strain-deformed state of cross-section is defined according to extremum energy principals of elastic potential of residual stresses and complementary work of residual displacements. The mathematical expressions of these principals for discrete cross-section are formulated as problems of convex mathematical programming. The cross-section of steel member using finite element method is divided into free form plane elements. The constant distribution of stresses along the finite element is accepted. The relationships of finite elements for static formulation of the problem are formed so, that kinematics formulation relationships could be obtained in a formal way using the theory of duality. Numerical examples of determination of cross-section strength, composition of interactive curves and composition of moment-curvature curves for different axial force levels are presented.
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.
DETERMINATION OF THE DYNAMIC STRESS INTENSITY FACTOR USING ADVANCED ENERGY RELEASE EVALUATION
(2000)
In this study a simple effective procedure practically based upon the FEM for determination of the dynamic stress intensity factor (DSIF) depending on the input frequency and using an advanced strain energy release evaluation by the simultaneous release of a set of fictitious nodal spring links near the crack tip is developed and applied. The DSIF is expressed in terms of the released energy per unit crack length. The formulations of the linear fracture mechanics are accepted. This technique is theoretically based upon the eigenvalue problem for assessment of the spring stiffnesses and on the modal decomposition of the crack shape. The inertial effects are included into the released energy. A linear elastic material, time-dependent loading of sine type and steady state response of the structure are assumed. The procedure allows the opening, sliding and mixed modes of the structure fracture to be studied. This rational and powerful technique requires a mesh refinement near the crack tip. A numerical test example of a square notched steel plate under tension is given. Opening mode of fracture is studied only. The DSIF is calculated using a coarse mesh and a single node release for the released energy computation as well a fine mesh and simultaneous release of four links for more accurate values. The results are analyzed. Comparisons with the known exact results from a static loading are presented. Conclusions are derived. The values of the DSIF are significantly larger than the values of the corresponding static SIF. Significant peaks of the DSIF are observed near the natural frequences. This approach is general, practicable, reliable and versatile.
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.
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.
Thin-walled spatial structures are broadly used in the modern technician and building. In fuel industry for long-term keeping of oil and gas are used reservoirs of various capacity, which on technological reasons can be shipped under the soil. Shells of reservoirs combine in itself high toughness and low specific consumption of materials. At the same time, being under the soil, they feel steady-state and dynamic loads from ambiance, which particularly in the event, when reservoir is empty, can bring about the loss of stability of its form. On the other hand contact interactions of shell and soil greatly depend on features of ambiance and its saturating of liquid. For building generalized porous springy ambiance models, saturated by the liquid, it is possible to use Bio equations of motion for displacement of hard and fluid phases. Elaboration of mathematical specified interaction models and theirs realization by means of modern computing software allows to study behaviour of spatial thin-walled designs on base of geometric nonlinear theory of shells
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.
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.
Rectangular steel frames are considered and subjected to strong ground motion. Their behavior factor is numerically evaluated using nonlinear time history analysis and different ground acceleration records. The behavior factor is determined assuming severe collapse mechanism occurs throughout the time history. The system of equations is transformed into single equation end then the energy balance concept is applied. The expression for the behavior factor is derived and its application to four story two bays steel frame is illustrated and the corresponding results are discussed.