620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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In the design of a structure, the implementation of reliable soil-foundation-structure interaction into the analysis process plays a very important role. The paper presents a determination of parameters of a suitably chosen soil-foundation model and their influence on the structure response. Since the mechanical data for the structure can be determined with satisfactory accuracy, the properties of the soil-foundation model were identified using measured dynamic response of the real structure. A simple model describing soil-foundation structure was incorporated into the classical 3-D finite element analysis of the structure with commercial software. Results obtained from the measured data on the pier were afterwards compared with those obtained with the finite model of the pier-foundation-soil structure. On the basis of this comparison the coefficients describing the properties in the soil-foundation model were adjusted until the calculated dynamic response coincided with the measured ones. In this way, the difference between both results was reduced to 1%. Full-scale tests measuring eigenmotion of the bridge were performed through all erection stages of the new bridge in Maribor. In this way an effective and experimentally verified 3-D model for a complex dynamic analysis of the bridge under the earthquake loading was obtained. The significant advantage of the obtained model is that it was updated on the basis of the dynamic measurements thus improving the model on the basis of in-situ geomechanical measurements. The model is very accurate in describing the upper structure and economical in describing the soil mass thus representing an optimal solution regarding computational efforts.
The frame of this paper is the development of methods and procedures for the description of the motion of an arbitrary shaped foundation. Since the infinite half-space cannot be properly described by a model of finite dimensions without violating the radiation condition, the basic problems are infinite dimensions of the half-space as well as its non-homogeneous nature. Consequently, an approach has been investigated to solve this problem indirectly by developing Green's function in which the non-homogeneity and the infiniteness of the half-space has been included. When the Green's function is known, the next step will be the evaluation of contact stresses acting between the foundation and the surface of the half-space through an integral equation. The equation should be solved in the area of the foundation using Green's function as the kernel. The derivation of three-dimensional Green's function for the homogeneous half-space (Kobayashi and Sasaki 1991) has been made using the potential method. Partial differential equations occurring in the problem have been made ordinary ones through the Hankel integral transform. The general idea for obtaining the three-dimensional Green's function for the layered half-space is similar. But in that case some additional phenomena may occur. One of them is the possibility of the appearance of Stonely surface waves propagating along the contact surfaces of layers. Their contribution to the final result is in most cases important enough that they should not be neglected. The main advantage of results presented in comparing to other obtained with numerical methods is their accuracy especially in the case of thin layers because all essential steps of Green's function evaluation except of the contour integration along the branch cut have been made analytically. On the other hand the disadvantage of this method is that the mathematical effort for obtaining the Green's function is increasing drastically with the increase of the number of layers. Future work will therefore be directed in simplifying of the above described process
Für die Gestaltung einer durchgängigen Unterstützung des Entwurfsprozesses stehen gegenwärtig deskriptive Modelle der Entwurfsobjekte im Mittelpunkt der Untersuchungen. Diese Modelle gestatten das Ableiten von Repräsentationen sowie eine Weitergabe von Entwurfsergebnissen. Pragmatische Gliederungen des Entwurfsprozesses unterteilen diesen nach organisatorischen und betriebswirtschaftlichen Aspekten (Planbarkeit und Abrechenbarkeit) in eine Sequenz von Entwurfsphasen (HOAI). Diese Gliederungen berücksichtigen nicht das WIE des eigentlichen modellkreierenden Schaffensprozesses. Für ein echtes CADesign bildet dessen Klärung jedoch die erforderliche Voraussetzung. Im Beitrag wird dazu von einem vereinheitlichten Set generischer Entwurfsaktionen ausgegangen. Auch dann, wenn die verschiedenen Entwurfsphasen und die Entwurfshandlungen der einzelnen Ingenieurgewerke mit spezifische Entwurfsmodellen verbunden werden, besteht damit eine Grundlage zur methodischen Fundierung entsprechender CAD-Tools. Die methodische Verfahrensweise ähnelt der, die in Form von Styleguides zur Gestaltung von 'Graphical User Interfaces' vorgeschlagen wird. Wesentliche praktische Benutzungen solche Basisaktivitäten ergeben sich für: die Systematisierung computergestützter Entwurfshandlungen, insbesondere durch Erweiterung des deskriptiven um ein operationales Modell sowie deren erweiterte Interpretierbarkeit die Erzeugung wissensbasierter Werkzeuge zur automatischen Modellgenerierung/-konfiguration die Implementation von leistungsfähigen UNDO- bzw. TMS-Mechanismen.
Due to technological progress and European standardization (e.g. ISO certification) there is an increasing demand to automate the digital recording of building plans. Currently there are two approaches available: (1) labour-intensive redrawing with digitizing tablets or by screen digitizing, (2) automatic scanning and vectorizing where vectorization generally demands an interactive follow-up treatment due to incomplete or ambigues results. This paper proposes a knowledge-based approach for building plan analysis. The procedure reveals the following processing steps: scanning of the building plan, enhancing the image quality and binarization, extraction of lines, line junctions and character fields, knowledge-based interpretation and grouping of image features to domain specific feature aggregates like door symbols, stair symbols etc., optical character recognition and lexicon-based interpretation of character fields, matching of feature aggregates with dimension sets. First results of a prototype implementation are presented. At last an extension of the approach towards a semantic modeling concept showing a coupling between 3D object modeling and an explict 2D modeling of images and technical drawings is presented
The problem of the computation of stresses and settlements in the half-space under various types of loads is often presented in geotechnical engineering. In 1885 Boussinesq advanced theoretical expressions to determine stresses at a point within an ideal mass. His equation considers a point load on the surface of a semi-infinite, homogeneous, isotropic, weightless, elastic half-space. Newmark in 1942 performed the integration of Boussinesq's equations for the vertical stress under a corner of a rectangular area loaded with a uniform load. The problem of the determination of vertical stresses under a rectangular shaped footing has been satisfactorily solved with renewal integration of the Boussinesq's equation over the arbitrary rectangle on surface of the half-space, with a non-uniform load represented with piecewise linear interpolation functions. The problem of the determination of stresses in the case when the footing shape is an arbitrary quadrilateral however remains unsolved. The paper discusses an approach to the computation of vertical stresses and settlements in an arbitrary point of the half-space, loaded with a uniform load, which shape in the ground plan can be a general four noded form with straight edges. Since the form is transformed into a biunit square and all integrations are performed over this area, all solutions are valid also for an arbitrary triangle by the implementation of the degeneration rule.
Multimodel Numerical Analysis of the Elasto-Visco-Plastic Deformation of Materials and Constructions
(1997)
At the present time there is no a generally accepted theory of visco-plasticity which is applicable for a wide class of materials and arbitrary paths of loading. The multimodel approach, based on the creation of hierarchical sequence of the models, is the most rational. The developed library of elasto-visco-plastic models includes both simplest and sophistic models demanding numerous experimental data. A unified general form of constitutive equations for all used elasto-visco-plastic models are presented based upon the concept of tensorial internal state variables. It permits to use unified algorithm of boundary tasks solution for different variants of material models. The developed selection criteria system generates the necessary conditions and provides the choice of the simplest variant of theory sufficient for correct problem solution. Formulation of the selection criteria system is based on peculiarities of viscoplastic materials behavior for the wide range thermomechanical loading and numerous computational experiments with structures different complexity levels. A set of effective schemes of integration stress-strain relations and non-linear finite element system solution are discussed for the considered class of material models. Application possibility of different material models is studied both for material element and for complicated structures. Application of the multimodel approach in numerical computations has demonstrated possibility of reliable prediction of stress-strain response under wide variety of combined loading.
Die geometrische Modellierung hat in den Ingenieurwissenschaften eine große Bedeutung erlangt. Die Visualisierung von zwei- oder dreidimensionalen Problemstellungen ist aus heutigen Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Zunehmend rücken Aufgabenstellungen aus dem Bereich der geometrischen Modellierung in den Vordergrund, die über die etablierten Dimensionen 1-3 hinausgehen und die nicht mehr rein geometrischer Natur sind. Hierzu zählen Aufgabenstellungen aus den Bereichen numerische Simulation, Parameteridentifikation und Strukturanalyse. Auf diese nicht-geometrischen Aufgabenstellungen sollen geometrische Verfahren, wie z.B. Triangulation, konvexe Hülle, geometrischer Schnitt und Interpolation angewendet werden. Hierzu werden diese Algorithmen, die alle auf der klassischen Geometrie des euklidischen Raumes beruhen, auf ihre Übertragbarkeit hin analysiert und überarbeitet. Am Beispiel einer Parameteridentifikation wird eine systematische Vorgehensweise vorgestellt, die es ermöglicht, trotz weniger Versuchsrechnungen den Bereich der in Frage kommenden Parameter umfassend zu beschreiben. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis der Zusammenhänge der Parameter untereinander. Häufig existieren mehr als eine Parameterkombination, so daß diese eine Isolinie formen, die ihrerseits unendlich viele Lösungen des gestellten Problemes im Untersuchungsgebiet beschreibt.
Die Gesamtheit der Produktinformationen im Bauwesen stellt sich als sehr inkonsistente und redundante Informationsmenge dar. Die Hersteller stehen vor der Aufgabe, diese Produktinformationen nicht nur in der üblichen Katalogform sondern auch in neuen Medien wie CD-ROM und WWW zu publizieren. Einmal betriebener Erfassungsaufwand muß sich dabei durch eine einfache Mehrfachverwendung der Daten rentieren. Wegen seiner technologischen Eigenschaften eignet sich das WWW sehr gut als primäre Quelle für Produktinformationen. Vor allem wegen der möglichen Aktualität sollte es Grundlage für Publikationen in den anderen Medien sein. Mit verhältnismäßig geringem Aufwand lassen sich die WWW-Präsentation von Produktdaten so strukturieren, daß eine automatisierte Erfassung und Verarbeitung dieser Daten vereinfacht wird. So kann die Datenkonsistenz von der visuellen Präsentation in herkömmlichen Katalogen bis zur automatisch erstellten Produktdatenbank durchgängig gesichert werden. Vor dem Hintergrund der von Schnittstellenproblemen, heterogener Softwarestruktur und unzureichender Ausnutzung der Möglichkeiten der Informatik gekennzeichneten Situation im Bauwesen wird in generalisierter Ansatz mittels SGML vorgestellt. Mit einem derartigen Datenangebot werden neue, verteilte und vernetzte Anwendungen auf Grundlage derselben Produktdaten ermöglicht.
Gegenstand der Betrachtung ist ein spezielles Tourenproblem der Schüttgutoptimierung. Man stelle sich als Realitätsbezug ein Transportunternehmen vor, das eine Anzahl von gleichartigen Fahrzeugen in einem Fuhrpark stationiert hat. Vorgegebene Mengen von Schüttgut müssen von einer Kiesgrube zu mehreren Baustellen transportiert werden. Dabei sind Be- und Entladezeiten, unterschiedliche mittlere Geschwindigkeiten für Leer- bzw. Lastfahrten und Schichtzeiten zu berücksichtigen. Gesucht ist eine optimale Anzahl von einzusetzenden Fahrzeugen und die zugehörigen Tourenpläne mit dem Ziel der Minimierung der Transportkosten unter Beachtung der Lieferverträge. Die Lösung des Problems erfolgt in zwei Phasen. Zuerst wird die Frage geklärt, wieviele Fahrzeuge bei minimalem Kostenniveau einzusetzen und welche zu den Leerfahrten gehörigen Teilstrecken wie oft zu befahren sind. Anschließend wird mit heuristischen Verfahren versucht, die Menge der zu fahrenden Teilstrecken so auf die Fahrzeuge aufzuteilen, daß für jedes Fahrzeug eine zulässige Tour entsteht. Zur komplexen Lösung einer denkbaren Aufgabe liegt ein Programm in der Programmiersprache PASCAL vor. Die erzielten numerischen Resultate belegen, daß auch für Probleme größerer Dimension eine Optimallösung oder sehr gute Näherungen in vernünftiger Zeit gefunden werden.
Eine der wichtigsten Aufgaben und Herausforderungen der Bauinformatik ist gegenwärtig die Realisierung des durchgängigen, fachübergreifenden Datenflusses im Planungsprozeß eines Bauvorhabens. Im Hinblick auf die internationale Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Bauwirtschaft ist es unumgänglich, vorhandene Effizienzpotentiale in der Bauplanung auszuschöpfen, welche durch eine qualitative Verbesserung der Planung sowie durch eine Verringerung der Bearbeitungszeit aller beteiligten Fachplanern erreicht werden können. Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik werden die Informationsobjekte standardisiert, damit sie durchgängig nutzbar sind. Diese werden in einem allgemeingültigen Format den speziellen Programmen der Fachplaner zur Verfügung gestellt. In dieser Arbeit wird der Ansatz verfolgt, eine Integration durch die Standardisierung der Kommunikation zwischen den Informationsobjekten und ihren Anwendungsprogrammen zu erreichen. Dabei kann auf die Standardisierung der zu übertragenden Objekte verzichtet werden. Ziel der Ausarbeitung ist die Definition von implementationstechnischen Regeln, die alle auszutauschenden Objekte sowie die Anwendungen, die solche Objekte aufnehmen wollen, erfüllen müssen. Die Bearbeitung der Objekte soll in den gewohnten Anwendungen in unveränderter Weise erfolgen.