620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Bei der Gründung von schweren Bauwerken (z.B. Hochhäusern auf Gründungsplatten und pfählen) wird der Lastabtrag in den Baugrund durch eine starke Interaktion zwischen Bauwerk und Baugrund bestimmt. Der Baugrund kann phänomenologisch als Mehrphasenkontinuum beschrieben werden, bei dem die Phasen Feststoff, Flüssigkeit und Gas in mechanische Wechselwirkung treten. Die Wechselwirkung zwischen der Deformation des Feststoffes und der Strömung des Porenwassers spielt unter der Lasteinwirkung des Bauwerks und unter dynamischer Erregung eine zentrale Rolle. Bei komplexen Gründungsverhältnissen können die Deformations- und Spannungszustände realitätsnah nur durch dreidimensionale Modelle erfasst werden. Je nach Baufortschritt stellen sich die Probleme dabei unterschiedlich dar. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der für die mit der Simulation mit der Methode der finiten Elemente notwendigen Modellierung und der rechnergestützten Netzgenerierung für die Baugrund-Tragwerk-Strukturen. Bei komplexen dreidimensionalen Gründungskonstruktionen ist eine solche rechnergestützte Diskretisierung mit finiten Elementen zweckmäßig, die das geotechnische System und dessen Randbedingungen und Lasten umfassend beschreiben und verwalten kann. Dafür werden geeignete Software-Werkzeuge vorgestellt, mit denen sich dreidimensionale, zeitabhängige Systeme modellieren und diskretisieren lassen. Die Kontaktproblematik zwischen Baugrund und Tragwerk und die Besonderheiten des Mehrphasenkontinuums stellen besondere Ansprüche an die Diskretisierung. Zudem werden Methoden vorgestellt, die das akkumulierte Gründungsmodell, das sich über den Bauablauf ergibt, verwalten und die verschiedenen Bauzustände in einem dynamischen Modell bereitstellen.
We show a transformation K which allows us to rewrite the Dirac equation in its covariant form in a purely real quaternionic equation. We discuss how this transformation allows us for obtaining a involutive symmetry of the Dirac equation, as well as one simplification of the traditional vector of currents of the Dirac equation in traditional form. We also show the corresponding quaternionic equation for the problem of charge conjugation in the hole theory, and the quaternionic equation of conservation of currents. Finally, we discuss one decomposition of the quaternionic Dirac operator in two Maxwell's operators corresponding to time-harmonic case in homogeneous media, without sources which surprisingly agrees with the well known relation in quantum mechanics between the frequency ù and the impulse p E=p²c²+m²c, where E denotes the energy.
With the aid of factorization of the Schrödinger operator by quaternionic differential operators of first order proposed in recent works by S. Bernstein and K. Gürlebeck we study the system describing forcefree magnetic fields with nonconstant proportionality factor, the static Maxwell system for inhomogeneous media, the Beltrami condition and the Dirac equation with different types of potentials depending on one variable. We obtain integral representations for solutions of these systems.
At present time neuronet's technologies have got a wide application in a different fields of technique. At the same time they give insufficient consideration to using neuron nets in the field of building. Use of approximating neuron nets will allow to definite the deflected mode of constructions elements using noticeably less computing facilities then by using universal methods, finite-element method for instance. Today neuron nets are used for calculation separate elements of building constructions. In this work use of neuron nets for calculation deflected mode of construction which consists of many elements is consider. The main idea of suggested analysis is using neuron nets for calculation internal intensities and transferences pieces of model which are selected by there functional destination. For example, a plate is destine for adoption intensity distributed among area, the purpose of core is taking up surface distributed intensity. Elements involved as intensity converter. Plate serve for intensities dispersion and their transfer. A template is associated with functional destination. A template regards as composition of model elements which has define functional destinations. A single template can incarnate several functional destinations. On receipt values of components transference the estimation of their permissibility is put into practice. In the case of detection a violation of permissible limit, in the component database is making a search for component with analogous functional destination, according to the type of violation. If such component is found than a change a previous component into new one is realized. Thus besides control a condition of construction by components there is a possibility to make a search for decisions of revealed problem....
The development of a consistent material model for textile reinforced concrete requires the formulation and calibration of several sub-models on different resolution scales. Each of these models represents the material structure at the corresponding scale. While the models at the micro-level are able to capture the fundamental failure and damage mechanisms of the material components (e.g. filament rupture and debonding from the matrix) their computational costs limit their application to the small size representative unit cells of the material structure. On the other hand, the macro-level models provide a sufficient performance at the expense of limited range of applicability. Due to the complex structuring of the textile reinforced concrete at several levels (filament - yarn - textile - matrix) it is a non-trivial task to develop a multiscale model from scratch. It is rather more effective to develop a set of conceptually related sub-models for each structural level covering the selected phenomena of the material behavior. The homogenized effective material properties obtained at the lower level may be verified and validated using experiments and models at the higher level(s). In this paper the development of a consistent material model for textile reinforced concrete is presented. Load carrying and failure mechanisms at the micro, meso and macro scales are described and models with the focus on the specified scales are introduced. The models currently being developed in the framework of the collaborative research center are classified and evaluated with respect to the failure mechanisms being captured. The micromechanical modeling of the yarn and bonding behavior is discussed in detail and the correspondence with the experiments focused on the selected failure and interaction mechanisms is shown. The example of modeling the bond layer demonstrates the application of the presented strategy.
Building design, realization, operation and refurbishment have to take into account the environmental impacts as well as the resulting costs over a long period of time. LCA methods had to be developed for buildings because of their complexity, their long life duration and through a large number of actors who are involved. This was realized by integrating life cycle analysis, life cycle costing and building product models in integrated LCA models. However the use of such models leads to difficulties. The principal ones are the uncertainty treatment in LCA models and the lack of experience of practitioners who are not LCA specialists. Answers to these problems are the management of uncertainty and the development of simplified models for building design, construction and operation. This can be achieved with the mean of experimental plans or Monte Carlo simulation. The paper will focus on how these techniques can be used, what are their possibilities and disadvantages, particularly concerning the development of simplified models.
In [1] a quaternionic reformulation of the time-harmonic Maxwell equations for chiral media was proposed and used in [2] in order to construct complete systems of quaternionic fundamental solutions convenient for numerical analysis of scattering boundary value problems. In the present contribution we give a quaternionic reformulation of time-dependent Maxwell's equations for chiral media. The Maxwell system is written as a single quaternionic equation. We obtain a fundamental solution of this equation and use it for solving Maxwell's system with sources. This is a joint work with V. V. Kravchenko. [1] Khmelnytskaya, K. V., Kravchenko, V. V. and H. Oviedo: Quaternionic integral representations for electromagnetic fields in chiral media. Telecommunications and Radio Engineering 56 (2001), # 4&5, 53-61. [2]Khmelnytskaya, K. V. , Kravchenko, V. V. and V. S. Rabinovich: Quaternionic Fundamental Solutions for Electromagnetic Scattering Problems and Application. Zeitschrift für Analysis und ihre Anwendungen 22 (2003), 147--166.
Im Rahmen eines BMWT-geförderten Projekts entstand innerhalb einer Kooperation der Ritter Energie-und Umwelttechnik mit der Universität Karlsruhe (Fachbereich Bauphysik und Technischer Ausbau) eine bedarfsgeführte Fuzzy-Regelung für eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung. Da bei Niedrigenergie-und Passivhäusern die Wärmeverluste über die Lüftung vergleichsweise hoch sind, besteht hier noch Einsparbedarf.Eine bedarfsgeführte Regelung kann die Lüftungsrate reduzieren, wenn z.B. mehrere Bewohner abwesend sind oder Fensterlüftung betrieben wird und die Luftqualität somit gut genug ist. Ausserdem wird die Lüftung reduziert, wenn die Raumluft in der Heizperiode zu trocken wird. Die sog. Fuzzy-Logik eignet sich gut für solche Regelungsaufgaben, bei denen menschliches Empfinden und Entscheiden nachgebildet werden soll. Fuzzy bedeutet eigentlich >unscharf<, d.h. es wird mit unscharfen Begriffen gearbeitet. Eine typische Anweisung in einer Fuzzy-Regelbasis lautet z.B. >Wenn die Luft trocken ist dann wenig lüften<. Der Prozess, in dem die Zugehörigkeit einer scharfen Messgröße zu den verschiedenen Fuzzy-Sets wie >trocken<, >mittel< und >feucht< bestimmt wird, heisst >Fuzzifizierung<. Das Anwenden der Regeln und das Extrahieren des unscharfen Ergebnisses heisst >Interferenz<. Abschließend wird eine >Defuzzifizierung< vorgenommen, um wieder ein scharfes Ergebnis zu erhalten. Die Fuzzy-Lüftungsregelung hat sich in Feldtests sehr gut bewährt. Simulationsrechnungen mit dem Gebäudesimulationsprogramm >ColSim< haben ausserdem gezeigt, dass im Passivhaus bis zu 16% der für Heizen und Lüften verbrauchten Primärenergie eingespart werden kann, wenn die Fuzzy-Regelung gegen eine konventionelle Drei-Stufen-Regelung auf Stufe >Normal< antritt. Gleichzeitig wird der Wohnkomfort deutlich erhöht, da Luftqualität und Feuchte stets im richtigten Bereich bleiben.
Der Beitrag basiert auf den Ansätzen und Ergebnissen des Forschungsprojekts >Prozessorientierte Vernetzung von Ingenieurplanungen am Beispiel der Geotechnik<, das im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1103 >Vernetzt-kooperative Planungsprozesse im Konstruktiven Ingenieurbau< von der DFG gefördert wird. Ziel des gemeinsam mit dem Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen an der TU Darmstadt durchgeführten Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer netzwerkbasierten Kooperationsplattform zur Unterstützung von geotechnischen Ingenieurplanungen. Daher konzentriert sich das Forschungsprojekt auf die Abbildung und Koordination der Planungsprozesse für Projekte des Konstruktiven Ingenieurbaus vor dem Hintergrund der stark arbeitsteiligen Projektbearbeitung in einer verteilten Rechnerumgebung. Der Beitrag stellt die Abstraktion von Prozessmustern im Bauplanungsprozess als Basis für die dynamische Prozessmodellierung in einem Kooperationsmodell dar. Ziel ist es, durch die Identifikation der mit dem Entwurf und der Dimensionierung eines Bauteils verbundenen Planungs- und Abstimmungsprozesse einen bauteilbezogenen Katalog von Prozessmustern zu abstrahieren. Die einzelnen Prozessmuster werden in jedem Bauplanungsprozess dynamisch über geeignete Kopplungsmechanismen in das aktuelle Prozessmodell integriert, so dass die für den Bauplanungsprozess typischen Veränderungen der Konstruktion und der Zusammensetzung des Planungsteams im Prozessmodell berücksichtigt werden können. Dazu werden im Beitrag die bisherigen Ergebnisse der Analyse des Planungsprozesses eines großen innerstädtischen Bauvorhabens, das als Referenzobjekt dient, sowie typischer Planungsszenarien in der Geotechnik vorgestellt. Anschließend werden Grundlagen und methodische Ansätze zur Modellierung von Prozessen mit der Methode der farbigen Petri-Netze mit individuellen Marken vorgestellt. Anhand von Beispielen für bauteilorientierte Prozessmuster wird die Funktionalität der Prozessmuster in sich und im gegenseitigen Zusammenspiel erläutert
Neue Konstruktionsentwicklungen erwarten von Bauingenieuren auch neue Berechnungs- und Analysenmethoden. Zu solchen Konstruktionen gehören Polystyrol-Massiv-Rippendecken. Die Decken, die eine wichtige Rolle im Neubau sowie in der Sanierung und Rekonstruktion von Altbauten spielen, haben eine umfangreiche Technologiebeschreibung, jedoch relativ kleine Berechnungsbase zur statischen Analyse der Ausnutzugs- und Statischfestigkeitsparametern. In den Vortrag wurde eine Methode zu Analyse solche Decken dargestellt. Das interessante Problem befindet sich in der sogennaten zweiten Phase, wenn der Decke keine elastische Platte ist. Eine wichtige Rolle bei Berechnung spielen die veränderte Steifigkeit und Rheology.
A computational strategy that employs a multi-level approach to model the physical phenomena that occur during a structural collapse is used to simulate demolition of a multi-story precast concrete building. The building is modeled by means of beam elements, whose rigidity relations have been derived from a fracture mechanics-based model of cracked RC panels and joints. The motion and deformation of the collapsing building are solved as a transient dynamic problem in the finite displacements/ rotations range. The presented approach appears as an efficient way to verify whether a proposed demolition method leads to the desired mechanism of building collapse. By simulating various blasting scenarios, the most suitable demolition procedure is identified.
In Bauplanungssystemen können XML-Technologien in vielen Bereichen eingesetzt werden mit dem Ziel, diese Systeme modular und webfähig zu gestalten. Der Einsatz lohnt als Basis-Datenstruktur für verschiedene rechnerinterne Modelle, Steuerungsstruktur für Customizing von Anwendungen, Bindeglied zwischen objektbasierten Systemen, Kommunikationsprotokoll zwischen Komponenten. Es ist möglich, komplexe Objekte aus dem Planungsalltag mittels XML arzustellen, zu speichern und zu verarbeiten. Es ist möglich, entsprechende Komponenten im Netz zu verteilen bzw. über Internet zu verbinden. Die heute dominierende Sicht auf XML als Austauschmedium wird ergänzt um die Idee eines XML-basierten Systems: Entwurfsobjekte können als >XML-Objekte< formuliert und im Sinne eines late binding verwendet werden.
The pavement is one of the basic components of road infrastructure and, therefore, directly influences general levels of transport safety, as well as the quality of transportation services in human and cargo traffic. It also exerts a major influence on the final logistic costs of production and services in many aspects of everyday life. The continuity of transportation, which is closely tied to the development of a number of areas in the economy of every State, depends on the technical condition of the road pavement. Making proper investments in the complete course of life of the road pavement, a policy which makes sure that the conditions for continuous, safe, efficient, and economically optimised transportation are satisfied, is a priority for every administration managing municipal funds. If investments in the road pavement are not carried out properly, there usually are more and more road pavements the condition of which causes delays in transportation, and directly compromises traffic safety. Such a situation increases the running costs of vehicles, and decreases the transportation service levels and comfort of travelling. At the moment, the majority of pavements in Europe, (nearly 90% of all pavements) are flexible road pavements. Due to the prevalent number of flexible pavements in Europe, the author analyses investment in the course of full-time of life cycle of the pavements, with a stress on flexible pavements. The paper presents basic assumptions and definitions in the area of analysis of life cycle costs of a flexible road pavement, as well as profits associated with proper long range investment. The classification of damages to flexible road pavement has also been presented, and their influence on technical and use related assessment of road pavement conditions, basing on the traditional road pavement structures, with relation to the catalogue of typical flexible pavements used in Poland, as well as regarding French, British, and American experience in constructing long life road pavements. The second part of the paper discusses different investment strategies in the course of a full-time of life cycle of the road pavement, and proposes a procedure of evaluating investment strategies. The summary presents some assumptions for a global index of investment evaluation during the full-time of life cycle of a pavement, based on the Best Return Index (BRI).
Business enterprises find themselves forced to choose between plots within a predetermined site instead of choosing a site within a region to be distinguished for industrial uses. Their traditional role in making their own market studies regarding inputs and outputs is no longer valid under the new circumstances. The central planner has taken over their role and given them limited paths along which they can practice their production. Site selection has turned into plot selection within a predetermined site. Modeling is a technique used in regional planning, which allows the demonstration of certain industrial park related relations in a numerical form. The science of mathematics is widely used in this technique because of its ability to set relations in a logical relationship that can clarify the dilemma under discussion and reflect results in numerical form. This paper observes the relationship between the architectural product and its effect on the urban fabric in regions and provinces by means of scientific modeling. The developed method for the clarification of the relationship between the industrial parks and urban localities in Jordan can by used to determine similar cases elsewhere. A new model for the evaluation of big-scale projects, such as industrial parks, which was developed in the author's dissertation at the Graz University of Technology, is going to be presented. This modeling technique was called the Ranking Model (RM). The constructed RM gives no solutions for existing regional planning disparities, but rather points to possible solutions according to the strategies followed in each country.
Die Aufgaben des Bauwesens erfordern den direkten Zugriff auf Objekte einer Datenbasis, die in dem Arbeitsspeicher einer Sitzung und in mehreren Binärdateien verteilt sind. In den Methoden einer Anwendung soll jedes Objekt unabhängig vom Ort seiner Speicherung mit seinem Namen als persistentem Identifikator direkt ansprechbar sein. Bei Bedarf sollen Objekte automatisch aus Dateien nachgeladen werden. Der Anwender soll bestimmen können, in welcher Datei ein bestimmtes Objekt gespeichert wird. Die Zugriffszeit auf ein Objekt soll im Mittel mit der Zugriffszeit auf ein Objekt in einer Java-Methode vergleichbar sein. Ein Konzept einer generalisierten Datenbasis wird vorgestellt. Seine Leistungsfähigkeit wird mit der vorhandenen Software für die Aufbewahrung und Verwaltung von Daten im Bauwesen verglichen. Es erweist sich als zweckmäßig, bereits im Entwurf einer Anwendung streng zwischen persistenten und transienten Objekten zu unterscheiden. Alle persistenten Objekte der Anwendung werden benannt. Unbenannte persistente Objekte der Java Plattform, beispielsweise Kollektionen und graphische Objekte, sind ebenfalls mit einem Griff (einem von der Datenbasis zugeteilten Namen) speicherbar. Der Zugriff auf ein Objekt ist schnell, da nur primitive Datentypen und Strings in binärer Form ohne Rückgriff auf Datenbanken gespeichert werden.
Ein simultanes Lösungsverfahren für Fluid-Struktur-Wechselwirkungen aus dem Bereich des Bauingenieurwesens wird vorgestellt. Die Modellierung der Tragwerksdynamik erfolgt mit der geometrisch nichtlinearen Elastizitätstheorie in total Lagrangescher Formulierung. Die Strömung wird mit den inkompressiblen Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben. Wenn Turbulenzeffekte massgeblich sind, kommen die Reynolds-Gleichungen in Verbindung mit dem k-omega-Turbulenzmodell von Wilcox zum Einsatz. Zur Beschreibung von komplexen freien Oberflächen wird die Level-Set-Methode eingesetzt. Die einheitliche Diskretisierung von Fluid und Struktur mit der Raum-Zeit-Finite-Element-Methode führt zu einem konsistenten Berechnungsmodell für das gekoppelte System. Da die isoparametrischen Raum-Zeit-Elemente ihre Geometrie in Zeitrichtung ändern können, erlaubt die Methode eine natürliche Beschreibung des infolge der Strukturbewegung zeitveränderlichen Strömungsgebiets. Die gewichtete Integralformulierung der Kopplungsbedingungen mit globalen Freiwerten für die Interface-Spannungen sichert eine konservative Kopplung von Fluid und Struktur. Ausgewählte Anwendungsbeispiele zeigen die Leistungsfähigkeit der entwickelten Methodik und belegen die guten Konvergenzeigenschaften des simultanen Lösungsverfahrens.
Prädiktive Wärmeflussregelung solaroptimierter Wohngebäude - Thermische Simulation komplexer Gebäude
(2003)
Moderne Wohngebäude heute, besonders aber die der Zukunft, werden sich zu einem großen Teil selbst mit Wärme versorgen. Hierbei spielen Entwicklungen im Bereich der Fassadenkonstruktionen eine zentrale Rolle. Zum erhöhten solaren Wärmeeintrag kommen die Eigenschaften der Wärmespeicherung und verzögerten Wärmeabgabe hinzu. Aufgrund dieser Eigenschaften definiert sich das Gebäudeverhalten neu und komplexer. Im Rahmen der Entwicklungen von Wärmeflussregelungen in solarthermisch beheizten Wohngebäuden mit neuartigen Fassaden wird in diesem Beitrag auf die Modellentwicklung moderner Fassadenkonstruktionen hinsichtlich Transparenter Wärmedämmung und Phasenwechselmaterialien im Wandverbund, kombiniert mit der regelungstechnisch interessanten Neuentwicklung von Verschattungseinrichtungen über schaltbare Schichten am Fenster, eingegangen. Der Beitrag beschreibt den Entwurf eines Regelungskonzeptes für die thermische Raumklimaregelung. Diese Untersuchungen basieren auf komplexen Simulationsmodellen, wobei bei der Modellentwicklung der neuartigen Fassadenelemente auf reale Messwerte zurückgegriffen werden konnte.
Ausgehend von mathematischen Überlegungen haben wir einfache Modellansätze zur Bearbeitung des folgenden Optimierungsproblems erarbeitet und numerische Tests durchgeführt: Eine Landkarte wird in Quadrate unterteilt, wobei jedes Quadrat mit einem Faktor zu bewerten ist. Dieser Wichtungsfaktor sei klein, wenn das Gebiet problemlos passierbar ist und entsprechend groß, wenn es sich um ein Naturschutz-gebiet, einen See oder ein schwer befahrbares Gebiet handelt. Gesucht wird nach einer günstigen Verbindung vom Punkt A zum Punkt B, wobei die durch den Wichtungsfaktor gegebenen landschaftlichen Besonderheiten zu berücksichtigen sind. Wir formulieren das Problem zunächst als Variationsproblem. Eine notwendige Bedingung, der die Lösungsfunktion genügen muß, ist die Euler-Lagrangesche Differentialgleichung. Mit Hilfe der Hamiltonschen Funktion ist es möglich, diese Differentialgleichung in kanonischer Form zu schreiben. Durch Vereinfachung des Modelles gelingt es, das System der kanonischen Gleichungen so zu konkretisieren, daß es als Ausgangspunkt für numerische Untersuchungen betrachtet werden kann. Dazu verwandeln wir die ursprüngliche Landschaft in eine >Berglandschaft<, wobei hohe Berge schwer passierbare Gebiete charakterisieren. Das einfachste Modell ist ein einzelner Berg, der mit Hilfe der Dichtefunktion einer zweidimensionalen Normalverteilung erzeugt wird. Zusätzlich haben wir Berechnungen an zwei sich überlagernden Bergen sowie einer Schlucht durchgeführt.
Seit die Datenverarbeitung in ihrer Komplexität sich der Thematik des Computer Integrated Manufacturing widmet gehört die Produktionsplanung und Steuerung zu jenen Bereichen, in denen eine Computerunterstützung am vordringlichsten erschien. Später sind betriebswirtschaftliche Gesamtlösungen entstanden, die (bis heute recht unpräzise) als Enterprise Resource Planning (ERP)-Systeme bezeichnet werden und in ihren Logistik-Modulen auch Funktionen der Produktionsplanung abdecken. Alle bekannten MRP-, PPS- und auch ERP-Systeme beruhen auf einer Sukzessivplanung. Advanced Planning and Scheduling (APS) Systems finden seit etwa 1995 zunehmend Interesse. Neben Demand Planning, Production Planning and Scheduling, Distribution Planning, Transportation Planning und Supply Chain Planning werden Lösungen für Anzahl und Standorte von Produktionsstätten und Auslieferungslagern, Zuordnung zu Produktionsstätten, Kapazitätsbestimmung für Arbeitskräfte und Betriebsmittel je Standort, Lagerhaltung je Teil und Lager, Bestimmung benötigter Transportmittel und Häufigkeit ihres Einsatzes, Zuordnung von Lagern zu Produktionsstätten von Märkten zu Lagern u.a.m. von APS-Systemen erwartet. D.h. APS-Systeme ergänzen ERP-Lösungen, nutzen die bereits durch das ERP-System vorhandenen Daten und benötigen neuartige Algorithmen und (Meta-) Heuristiken. Im Rahmen des Vortrages werden Modelle und Echtzeitalgorithmen zur Optimierung der Logistik für Prozesse mit kurzfristigen Anforderungen, geographisch verteilter Produktion, Lagerhaltung der Ausgangs-, Zwischen- und Endprodukte und wechselnden Transport-Bedingungen aus der Sicht der praktischen Umsetzung und Anwendung in Form einer ASP-Lösung aufgezeigt und diskutiert.
We give a summary of our results based on discrete Cauchy-Riemann operators in the plane. These operators are defined in a way that the factorization of the real Laplacian into two adjoint Cauchy-Riemann operators is possible. This property is similar to the continuous case and can especially be used for calculating the discrete fundamental solution of our finite difference operators. Based on the discrete fundamental solution we define a discrete operator that is right inverse to the discrete Cauchy-Riemann operator. In relation with this operator and an operator on the boundary we are able to prove a discrete version of the Borel-Pompeiu formula. In the second part we present a possibility to solve discrete Stokes and Navier-Stokes problems. The concept is based on the orthogonal decomposition of the space l2 into the space of discrete holomorphic functions and its orthogonal complement. By introducing the orthoprojectors P+h and Q+h we can prove the existence and uniqueness of the solution of discrete Stokes problems. In addition we state a problem that is equivalent to the discrete Navier-Stokes problem and can be used in an iteration procedure to describe the solution of this problem. For a special case of the Navier-Stokes equations we are able to calculate discrete potential and stream functions. The adapted model includes important algebraical properties and can immediately be used for numerical calculations. A numerical example is presented at the end of the article.
Usually, the co-ordination of design and planning tasks of a project in the construction industries is done in a paper based way. Subsequent modifications have to be handled manually. The effects of modifications cannot be determined automatically. The approach to specify a complete process model before project start does not consider the requirements of the construction industries. The effort of specification at the beginning and during the process (modifications) does not justify the use of standard process model techniques. A new approach is presented in the according paper. A complete process model is deducted on the basis of a core. The core consists of process elements and specific relations between them. Modifications need to be specified in the core only. The effort of specification is therefore reduced. The deduction of the complete process is based on the graph theory. Algorithms of the graph theory are also used to determine the effects of modifications during project work.
Modellverwaltungssysteme sind eine geeignete technologische Basis zum Management digitaler Bauwerksmodelle bei Planungstätigkeiten für den Neubau als auch für die Revitalisierung von Bauwerken. Die Unterstützung von Revitalisierungsprozessen impliziert für den Entwurf integrierter Planungsumgebungen spezifische Anforderungen wie die Repräsentation von Informationen, die mit verschiedenen Typen von Vagheit behaftet sind, die Notwendigkeit, den Soll- sowie den Ist- Zustand des Bauwerks abzubilden und die Fähigkeit des Umgangs mit temporal inkonsistenten Modellzuständen. Die erforderliche Dynamik der Domänenmodelle und die erforderliche Nutzbarkeit in Virtual Enterprises stellen weitere Ansprüche an die Realisierungsbasis der Modellverwaltungssysteme. Zur Implementierung derartiger Systeme erweist es sich als vorteilhaft, Eigenschaften objektorientierter Programmiersprachen mit nichtstatischen Typsystemen auszunutzen, da diese durch die vorhandene Metaebene sowie Introspektions- und Reflektionsmechanismen eine effiziente Realisierungsbasis bereitstellen. Zur effektiven Unterstützung synchroner kooperativer Planungstätigkeiten innerhalb einzelner Fachdisziplinen wurde ein Benachrichtigungsmechanismus realisiert, der an das Modellverwaltungssystem angekoppelte Fachapplikationen über nebenläufig vorgenommene Modifikationen am zugehörigen Domänenmodell oder an Projektinformationen informiert. Weiterhin existiert ein Mechanismus zur vereinfachten Anbindung von existierenden Applikationen, die auf statischen Partialmodellen beruhen oder standardisierte, modellbasierte Austauschformate unterstützen. Abschließend wird eine aus einem zentralen Projektserver, Domänenservern und Domänenclients bestehende hybride Systemarchitektur vorgestellt, die geeignet ist, unter den Randbedingungen kooperativer und geographisch verteilter Arbeit bei Revitalisierungsvorhaben in Virtual Enterprises eingesetzt zu werden.
Der lebensdauerorientierte Entwurf von Stabbogenbrücken, mit Zuschnitt auf die Auslegung von Hängern, die durch Ermüdung infolge wirbelinduzierter Querschwingungen gefährdet sind, wird als stochastisches semi-infinites Optimierungsproblem formuliert. Zur Lösung dieses Problems sind mehrere Modellierungsebenen erforderlich, so dass ein Mehrebenenproblem entsteht. Es wird der derzeitige Entwicklungs- und Implementierungsstand bei der Umsetzung des Mehrebenenproblems in ein Entwurfsleitsystem (Software) aufgezeigt. Außerdem werden die Konzepte der noch ausstehenden Forschungsarbeit, die bereits erfolgreich beim lebensdauerorientierten Entwurf von Industriehallen mit Rahmensystem als Haupttragwerk eingesetzt wurden, diskutiert und ihre Einbildung in die bisher umgesetzte Forschungsarbeit erläutert.
Objektorientierte Anwendungen aus dem Ingenieurwesen bestehen aus strukturierten Mengen, deren Elemente Objekte sind. Zwischen den Objekten bestehen vielfältige Abhängigkeiten. Die Beziehungen sind zur Zeit der Entwicklung einer Anwendung nur teilweise bekannt. Beziehungen zwischen Objekten müssen deshalb auch zur Laufzeit der Anwendung erzeugt und gelöscht werden können. Aufgrund des hohen Rechenaufwandes wird die Objektbasis einer Anwendung verzögert aktualisiert. Eine objektorientierte Anwendung wird auf Grundlage der Systemtheorie als System formal beschrieben. Als Elemente des Systems werden Attribute, Objekte und Objektmengen eingeführt. Die in den Methoden der Objekte implementierten Algorithmen bestimmen die Bindungsrelation des Systems. Auf Grundlage der Graphentheorie wird die Reihenfolge der Aktualisierung der Objektbasis berechnet. ...
Bei der Untersuchung hybrider Strukturen kann eine Kopplung von Modellen unterschiedlicher Modellebenen vorteilhaft sein. Durch selektive Kopplung von Tragwerks- und Querschnittsmodellen in ausgewählten Bereichen der Konstruktion kann z.B. eine Verbesserung der Abbildungsgenauigkeit erzielt werden. Dadurch werden erweiterte Aussagen über das Querschnittstragverhalten in extrem beanspruchten Teilen des Tragwerks bei optionaler Skalierbarkeit des Modellumfangs möglich. Im Beitrag werden ausgewählte Varianten der Modellbildung gegenübergestellt und bewertet. Hierbei werden Aspekte der physikalischen Nichtlinearität von hybriden Konstruktionen insbesondere von Stahlbetonkonstruktionen berücksichtigt. Die Einbeziehung von Verfahren der mathematischen Optimierung in die Berechnungsstrategie ermöglicht die Lösung der zugrunde liegenden nichtlinearen Problemstellungen unter Vorgabe von Bemessungszielen und unter Beachtung von Grenzzustandsbedingungen.
A geometrical inclusion-matrix model for the finite element analysis of concrete at multiple scales
(2003)
This paper introduces a method to generate adequate inclusion-matrix geometries of concrete in two and three dimensions, which are independent of any specific numerical discretization. The article starts with an analysis on shapes of natural aggregates and discusses corresponding mathematical realizations. As a first prototype a two-dimensional generation of a mesoscale model is introduced. Particle size distribution functions are analysed and prepared for simulating an adequate three-dimensional representation of the aggregates within a concrete structure. A sample geometry of a three-dimensional test cube is generated and the finite element analysis of its heterogeneous geometry by a uniform mesh is presented. Concluding, aspects of a multiscale analysis are discussed and possible enhancements are proposed.
We consider an industrial application consisting of the mass minimization of a frame in an injection moulding machine. This frame has to compensate the forces acting on the mould inside the machine and has to fulfill certain critical constraints. The deformation of that frame with constant thickness is described by the plain stress state equations for linear elasticity. If the thickness varies then we use a generalized plain stress state with constant thickness in the coarse grid elements. These direct problems are solved by an adaptive multigrid solver. The mass minimization problem leads to a constrained minimization problem for a non-linear functional which will be solved by some standard optimization algorithm which requires the gradients with respect to design parameters. For the shape optimization problem, we assume that the machine components consist of simple geometrical primitives determined by a few design parameters. Therefore, we calculate the gradient in the shape optimization by means of numerical differentiation which requires the solution of approximately 4 direct problems per design parameter. The adaptive solver guarantees the detection of critical regions automatically, and ensures a good approximation to the exact solution of the direct problem. This rather slow approach can be significantly accelerated by using the adjoint method to express the gradient. It will be combined with a direct implementation of several terms that appear after applying the chain rule to the gradient.
In this paper we revisit the so-called Bergman kernel method (BKM) for solving conformal mapping problems. This method is based on the reproducing property of the Bergman kernel function. The main drawback of this well known technique is that it involves an orthonormalization process and thus is numerically unstable. This difficulty can be, in some cases, overcome by using the Maple system, which makes no use of numeric quadrature. We illustrate this implementation by presenting a numerical example. The construction of reproducing kernel functions is not restricted to real dimension 2. Results concerning the construction of Bergman kernel functions in closed form for special domains in the framework of hypercomplex function theory suggest that BKM can also be extended to mapping problems in higher dimensions, particularly 3-dimensional cases. We describe such a generalized BKM-approach and present numerical examples obtained by the use of specially developed software packages for quaternions.
In ersten Teil des Vortrages wird eine Heuristik zur Approximation der Pareto Menge multikriterielle verallgemeinerter Job-Shop Scheduling-Probleme vorgestellt. Der Algorithmus basiert auf einer genetischen lokale Suche Heuristik. Die Mittelwertbildung der Startzeiten der Vorgänge wurde hierbei als Rekombinationsoperator verwendet. Als lokale Suche wurde ein Threshold Accepting Algorithmus implementiert. Der Algorithmus wurde auf einer großen Menge von Benchmark-Instanzen und den Zielfunktionen Makespan, Tardiness, Lateness und Summe der Fertigstellungszeiten getestet. Die Ergebnisse zu den verschiedenen Zielfunktionen werden vorgestellt. Die vom Algorithmus erzeugte Approximation der Pareto Menge kann eine große Anzahl von Lösungen enthalten. Aus dieser Menge muss der Entscheidungsträger eine Lösung auswählen. Da die Datenmenge schon bei moderaten Problemdimensionen sehr umfangreich wird, stellt dies ein Problem für den Entscheider dar. Deshalb muss die große Menge der Lösungen auf eine überschaubare Anzahl reduziert werden. Bei dieser Reduktion der Lösungen muss die Diversität der verbleibenden Lösungen beachtet werden. Diese Reduzierung wird als Short Listing bezeichnet und im zweiten Teil des Vortrages vorgestellt. Im ersten Schritt des Short Listings werden die Lösungen mittels Abstandsmaßen im Lösungsraum geclustert. Die dazu verwendeten Abstandsmaße werden auf den Permutationen der Vorgänge auf den Ressourcen definiert. Es wurden fünf Abstandsmaße und zwei Clusterverfahren, ein hierarchisches und ein nicht-hierarchisches, untersucht. Im zweiten Schritt wird aus jedem Cluster jeweils eine Lösung ausgewählt und dem Entscheidungsträger vorgelegt. Dabei wurden zwei Methoden untersucht. Im ersten Fall wurde die bezüglich einer Ranking-Funktion beste Lösung und im zweiten Fall die Medianlösung bezüglich des Abstandsmaßes ausgewählt. Die Abstandsmaße, Clusteralgorithmen und Auswahlmethoden wurden auf einer großen Menge von Benchmark-Instanzen verglichen. Die Ergebnisse werden im Vortrag vorgestellt.
Bei der Kopplung unterschiedlicher Bussysteme oder der Anbindung von Geräten an externe Netzwerke (z.B. an das Internet) stellt sich oft heraus, dass für diesen Anwendungszweck grundlegende Sicherheitsmechanismen fehlen. Durch intelligente Zusatzkomponenten, z.B. Residential Gateways, können bestehende Netzwerke erfolgreich miteinander gekoppelt werden, auch wenn sie sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die erforderlichen Anpassungen, Dienstekonversionen und Protokollumsetzungen können in die Gateways integriert werden, so dass gewohnte Betriebsarten, besonders bei der Konfiguration oder der Diagnose, beibehalten werden können. Bei der Nutzung vorhandener Hausbus-Infrastrukturen für sicherheitsrelevante Zusatzfunktionen wie Zugangskontrollen, Zeiterfassungen oder Alarmanlagen hingegen stellt dieser Ansatz keine Lösung dar, da hier die Sicherheit innerhalb des Systems erhöht werden muss. Daher wird für solche sicherheitsrelevanten Anwendungen oft eine separate Kommunikationsinfrastruktur verwendet, obwohl ein Gebäudebus, z.B. ein EIB-System, zur Verfügung steht. Eine praktikable Lösung stellt hierbei die Verwendung der Standard-Übertragungsmechanismen des EIB dar, bei denen jedoch die eigentlichen Nettodaten verschlüsselt werden. Auf diese Weise kann normaler Datenverkehr mit gesichertem Datenverkehr gemischt werden, wobei natürlich die sicherheitsrelevanten Teilnehmer erweiterte Funktionalitäten wie Ver- und Entschlüsselung aufweisen müssen. Dem Residential Gateway kommt in solchen Systemen neben der Kopplung der internen Netzwerke und deren Anbindung an das Internet auch das intelligente Management der Schlüssel zu. ...
Um die entsprechende Qualität der ÖPNV zu erreichen, sollte man das Verhältnis zwischen der Bedienungsqualität und dem Kostenaufwand analysieren. In den Bedingungen der anwachsenden Konkurenz aus der Seite der PKW und anderen Fuhrunternehmern soll man die Handlungen, die grösste Effektivität gewährleisten, aufnehmen. Es gibt viele Möglichkeiten die diese Qualität verbessern können, wie z.B. steigernde Frequenz der Fahrzeuge, Vergrößerung der Geschwindigkeit, Pünktlichkeit und Regelmäßigkeit, Einführung der Niederfußfahrzeuge und vieles mehr. Ich versuche in meinem Referat die Aspekte zu analysieren, die mit der Frequenz verbunden sind, d.h. die Erhöhung der Frequenz und das Erhalten der konstanten Häufigkeit der Linienbusse. Das Referat umfasst die Modelle und die Beispiele. In Verbindung mit den Untersuchungen, die die Bereitschaft der Bezahlung für die Verbesserung der Qualität betreffen, kann man schon Entscheidungen treffen, die unterschiedlichen Standard der Fahrt bestimmen.
Im Vortrag wird der Frage nachgegangen, inwieweit ein Zusammenhang zwischen der Zuverlässigkeit und gewissen strukturellen Parametern eines Verkehrsnetzes besteht. Das Verkehrsnetz wird hierzu als bewerteter Graph aufgefasst. Zur Analyse der Verkehrsnetzzuverlässigkeit werden die Kanten mit ihren Verfügbarkeiten (>Zuverlässigkeiten<) bewertet. Die Zuverlässigkeit des Verkehrsnetzes hat einen großen Einfluss auf die Beurteilung des Straßennetzes. Im Sinne einer Regressionsanalyse soll der Zusammenhang mit weiteren, speziell für die Betrachtung von Verkehrsnetzen entwickelten strukturellen Kenngrößen untersucht werden, das sind insbesondere die Dispersion des Verkehrsnetzes und die Unterentwicklung des Netzes. Aus der Vielzahl der theoretisch denkbaren Verkehrsnetzstrukturen spiegelt die Ring-Radius-Struktur die realen Straßennetze am besten wider. Solche Ring-Radius-Strukturen kommen in vielen Städten vor. Die Berechnung der Verkehrsnetzzuverlässigkeit erfolgt mittels eines Algorithmus, der auf dem Prinzip der vollständigen Enumeration aller möglichen Kombinationen der Verfügbarkeit bzw. Nichtverfügbarkeit der einzelnen Kanten basiert und die gewünschte Kenngröße exakt bestimmt. Obwohl der Algorithmus speziell auf eine möglichst geringe Rechenzeit ausgerichtet ist, bleibt das Verfahren doch numerisch recht aufwendig. An Hand von zehn verschiedenen Ring-Radius-Strukturen wird der Nachweis eines Zusammenhangs zwischen den strukturellen Kenngrößen und der Verkehrsnetzzuverlässigkeit geführt. Damit können mittels struktureller Bewertungen (die mit einem vergleichsweise geringen Aufwand an Input-Daten und Rechenzeit bestimmbar sind) Aussagen über die Zuverlässigkeit des Verkehrsnetzes getroffen werden.
Die Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit im Bereich des Bauwesens, insbesondere kleinerer und mittelständischer Betriebe erfordert ein aktives Handeln als Antwort auf die sich ändernde Wettbewerbssituation. Einen wesentlichen Wettbewerbsvorteil können kleine unternehmerische Einheiten durch höhere Flexibilität, schnelle Reaktion auf Kundenwünsche oder aktuelle Situationen auf der Baustelle und Marktnähe erreichen. Dazu ist es nötig, die Informations- und Kommunikationsströme durch Einsatz standardisierter und kostengünstiger Hard- und Software wie z.B. Handhelds zu unterstützen und insbesondere die existierenden Hindernisse im Informationsfluss zwischen Baustelle und Büro zu beseitigen. Am Beispiel der Projekte >IuK - SystemBau< und >eSharing< wird eine Einführungsstrategie für >Mobile Computing< in kleinen unternehmerischen Einheiten des Bauwesens (KMU) basierend auf einer umfangreichen Anforderungsanalyse vorgestellt. Folgende Aspekte sollen beschrieben werden: durchgängiger Einsatz der Technik unter Beachtung der verschiedenen Qualifikationsniveaus, Einführungsunterstützung durch Schulungen, Prozessanalyse und mögliche Integration in bestehende Software-Umgebungen sowie Feldtests.
Poland is not situated in any seismic region of the earth, however there are still areas were underground mining is being conducted. In these areas, so-called 'paraseismic tremors', are very frequent phenomena. In the situation when a building examination is realized in order to define its safety, it is necessary to make a complete analysis, in which an influence of tremors should be included. To decide if a building is able to carry out any dynamic loads or not, it is necessary to compute its dynamic characteristics, i.e. natural frequencies. It is not possible using any standard techniques. After diagnosis a building in situ by an expert, computer techniques together with specialized software for dynamic, static, and strength analyses become a suitable tool. In this paper a special attention was paid to a typical twelve-store WGP (Wroclaw Great Plate) prefabricated building, concerning special type of joints. During dynamic actions these joints have a decisive influence on building's behavior. Paraseismic tremors are especially dangerous for these buildings and can be the reason of pre-failure states. It can be difficult and very expensive to prepare laboratory investigations of the part of a building or of a separate joint; therefore the computer modeling suitable to investigate behavior of such elements and whole buildings under different kinds of loads was used.
The vibration control of complicated mechanical structures is impossible without proper mathematical models that allow to have a true apprehension of events occurring in structural member before the starting of the experiment and correct the diagnostic experiment in case of need. An approach that implies using of a discrete model reflecting all required features of a prototype system and permitting of an effective analytical and numerical investigation is proposed in the work. At first a discrete model of a bladed disk with flaw is considered. Taking into account the symmetry of the structure by utilization of mathematical tools of group presentation theory the number of degrees of freedom of the system is diminished. Small damage of the disk is regarded as perturbation of structure symmetry. The distinction of vibration characteristics such as natural frequencies and mode shapes of damaged and undamaged systems is determined theoretically with the help of perturbation theory and can be used as an effective diagnostic criterion of a small-scale damage of the structure. In the second part of the work a non-linear two-mass model of an acoustic emission in a damaged structure is proposed. On basis of the numerical integration of the nonlinear differential equations and expansion of the derived solution into a Fourier series free and forced vibrations of the model are investigated. It is shown that proposed model reflects all characteristic properties of vibrations of damaged structures: reduction of natural frequency, sub- and super-resonances, acoustic effects.
Die digitale Unterstützung der Planungsprozesse ist ein aktueller Forschungs- und Arbeitsschwerpunkt der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) und der Juniorprofessur Architekturinformatik der Fakultät Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. Verankert in dem DFG Sonderforschungsbereich 524 >Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken< werden Konzepte und Prototypen für eine fachlich orientierte Planungsunterstützung entwickelt. Im Rahmen unseres Forschungsschwerpunkt zur digitalen Unterstützung der Planungsprozessen, das folgende Forschungsprojekt namens, >Integrated Planning Support System for Low-Income Housing< (IPSS) konzentriert sich auf die Entwicklung einer Sammlung von computergestützten Werkzeugen, um Benutzer-entworfene Wohnungen zu unterstützen, mittels der integrativen Kombinierung von Information Systems Leistungen, Computer Assisted Designwerkzeugen und online Kommunikationstechniken. Mit diesem Set von integrierten Planungswerkzeugen erwarten wir, Bewohnern von ressourcenmangelnden Gemeinden zu ermöglichen, ihre Wohnungen-Ausdehnung effizient zu planen. In diesem Sinne, ist es auch unser Ziel die räumliche, funktionale und vielleicht auch die konstruktive Qualität Benutzer-entworfener Wohnungen zu verbessern.
In dem interdisziplinären und internationalen Verbundprojekt >2MN - Module für die multimediale netzbasierte Hochschullehre< werden diverse Lehr- und Lernmodule für ingenieur- und informationswissenschaftliche Studiengänge realisiert. Die benötigten Funktionalitäten für die Bereitstellung der verschiedenen Unterrichtsmaterialien sowie für Kommunikation, Betreuung der Kurse oder auch administrative Aufgaben im Netz werden von der in diesem Projekt entwickelten systemunabhängigen Lernplattform ELAT, der >Environment for Learning and Teaching<, zur Verfügung gestellt. Speziell für das Fachgebiet Baustatik werden vom Institut für Mechanik und Statik der Universität der Bundeswehr München einzelne Kapitel nach didaktischen Gesichtspunkten multimedial mit Text, Graphik, Bildern, Animationen und kurzen Videoclips zum systematisch angeleiteten Wissenserwerb aufbereitet. Interaktive Übungen geben Rückmeldung über den individuellen Lernfortschritt des Online-Studenten. Die Förderung der Eigeninitiative der Lernenden spielt dabei ebenso eine wichtige Rolle wie die Berücksichtigung nutzerspezifischer Lernpräferenzen. Einfach zu bedienende Statikprogramme wie der >Drehwinkeltrainer< sollen den angehenden Statikern als Kontroll- und Experimentierumgebung dienen. Das Online-Dictionary >Wörterbuch Bauwesen< erleichtert die Arbeit bei der Übersetzung baustatischer Fachtermini. Weitere Baustatik-Anwendungen, beispielsweise die Stabilitätsberechnung von Stabwerken, die Bestimmung von Querschnittswerten und die Berechnung von Biege- und Einflusslinien mit der Methode, können ortsunabhängig mit einem Pocket-PC genutzt werden.
We present a model derived to describe tunnel fires. The model originates in a compressible description of the air in the tunnel. It takes into account the strong buoyancy forces and at the same time the small Mach-number of the airflow. We comment on the derivation, on analytical results and on numerical simulations of the model. The model has been validated using data from real tunnel fire experiments. It shows good agreement with the real situation.
Der Bauablauf unterliegt vielen Unwägbarkeiten. Von besonderer Bedeutung ist dieses Problem im Umfeld der Revitalisierung von Bauwerken. In weiten Teilen sind die auszuführenden Arbeiten nur schwer im Vorfeld planbar. Die Ursachen hierfür liegen großteils in der Problematik des Bauens im Bestand und dem aus wirtschaftlichen Gründen geringen Umfang von Analysen. Häufig treten verdeckte, im Vorfeld der Baumaßnahme nicht erkannte Schäden auf oder Materialstrukturen und Bauteilqualitäten wurden in der Planung unzureichend berücksichtigt. Alte Ausführungsunterlagen sind oft nicht verfügbar. Viele zur Ausführung bestimmter Arbeiten nötige Informationen fehlen und werden erst zum unmittelbaren Ausführungszeitpunkt bekannt. Einzelne Arbeiten sind nur schwer kalkulierbar bzw. planbar. Sie sind in Art und Umfang zunächst nicht bekannt und müssen gegebenenfalls als neue Vorgänge im Plan berücksichtigt werden. Diese besondere Situation bedarf einer gezielten Berücksichtigung. Die Planung des Bauablaufes muss in einer flexiblen und leicht anpassbaren Art und Weise erfolgen. Im folgenden Beitrag wird ein Ansatz zur Entwicklung eines solchen Prozessmodells vorgestellt, der im Rahmen des SFB 524 >Werkstoffe und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken< an der Bauhaus-Universität Weimar untersucht und vorangetrieben wurde und wird. Das vorgestellte Modell kann kurzfristig flexibel auf die realen Gegebenheiten reagieren und ermöglicht trotzdem eine Planung und Steuerung des gesamten Ablaufs. Es enthält nicht wie bisher üblich deterministische Daten in starren Anordnungsbeziehungen. Vielmehr werden die Daten der Prozesse und die Beziehungen der Prozesse untereinander in einer nichtdeterministischen, unscharfen Form modelliert....
The goal of the collaborative research center (SFB 532) >Textile reinforced concrete (TRC): the basis for the development of a new material technology< installed in 1998 at the Aachen University is a complex assessment of mechanical, chemical, economical and productional aspects in an interdisciplinary environment. The research project involves 10 institutes performing parallel research in 17 projects. The coordination of such a research process requires effective software support for information sharing in form of data exchange, data analysis and data archival. Furthermore, the processes of experiment planning and design, modification of material compositions and design parameters and development of new material models in such an environment call for systematic coordination applying the concepts of operational research. Flexible organization of the data coming from several sources is a crucial premise for a transparent accumulation of knowledge and, thus, for a successful research in a long run. The technical information system (TRC-TIS) developed in the SFB 532 has been implemented as a database-powered web server with a transparent definition of the product and process model. It serves as an intranet server with access domains devoted to the involved research groups. At the same time, it allows the presentation of selected results just by granting a data object an access from the public area of the server via internet.
Hyperbolic Qp-scales
(2003)
The Qp-scales were first introduced in [1] as interpolation spaces between the Bloch and Dirichlet spaces in the complex space. ... However, such treatment presents the disadvantage of only considering the Euclidean case. In order to obtain an approach to homogeneous hyperbolic manifolds, the projective model of Gel'fand was retaken in [2]. With the help of a convenient fundamental solution for the hyperbolic (homogeneous of degree ®) D® (see [5]) it was introduced in [7] and [3] equivalent Qp scales for homogeneous hyperbolic spaces. In this talk we shall present and study some properties of this hyperbolic scale.
As it is well known, the approximation theory of complex valued functions is one of the main fields in function theory. In general, several aspects of approximation and interpolation are only well understood by using methods of complex analysis. It seems natural to extend these techniques to higher dimensions by using Clifford Analysis methods or, more specific, in lower dimensions 3 or 4, by using tools of quaternionic analysis. One starting point for such attempts has to be the suitable choice of complete orthonormal function systems that should replace the holomorphic function systems used in the complex case. The aim of our contribuition is the construction of a complete orthonormal system of monogenic polynomials derived from a harmonic function system by using sistematically the generalized quaternionic derivative
Die Bearbeitung von Bauprojekten erfordert ein hohes Maß an Fachwissen verschiedener Disziplinen. Dabei kommt eine Vielzahl spezialisierter Fachmodelle zum Einsatz. Zur Übernahme der Daten von anderen Planern in das eigene, neu zu erstellende Fachmodell sind die verfügbaren Inhalte aus verschiedenen Modellen vom Fachplaner entsprechend seiner Anforderungen anzupassen und um spezifische Inhalte zu ergänzen. Dabei ergeben sich Beziehungen, welche die Zusammenhänge und Abhängigkeiten der Fachmodelle untereinander aufzeigen. Eine zugleich allgemeingültige sowie vollständige Vordefinition des durch die Beziehungen beschriebenen Modellverbundes ist kaum möglich. Zur rechnerinternen Abbildung erfolgt aus diesem Grund eine Zerlegung des Modellverbundes in Partialmodelle und entsprechende Verknüpfungen. Die Beschaffenheit des Beziehungsgeflechtes hängt sowohl von der Qualität der Datenmodelle als auch von der Beschreibungsgüte der Verknüpfungstypen, deren Definition ein hohes Maß an Fachwissen erfordern, ab. Mit einem Konzept zur Strukturierung und Zerlegung der Verbindungen in Basiselemente sowie der Integrationsmöglichkeit zu komplexeren Elementen wird eine einfachere Erstellung, Wartung und Anpassung von umfassenden baufachlichen Inhalten ermöglicht. Zur Sicherung einer hochwertigen Beschreibung des Modellverbundes ist ein an die Fähigkeiten des Ingenieurs ausgerichteter Zugang zur Spezifikation und Anpassung der Beziehungsdefinitionen unverzichtbar.
Iso-parametric finite elements with linear shape functions show in general a too stiff element behavior, called locking. By the investigation of structural parts under bending loading the so-called shear locking appears, because these elements can not reproduce pure bending modes. Many studies dealt with the locking problem and a number of methods to avoid the undesirable effects have been developed. Two well known methods are the >Assumed Natural Strain< (ANS) method and the >Enhanced Assumed Strain< (EAS) method. In this study the EAS method is applied to a four-node plane element with four EAS-parameters. The paper will describe the well-known linear formulation, its extension to nonlinear materials and the modeling of material uncertainties with random fields. For nonlinear material behavior the EAS parameters can not be determined directly. Here the problem is solved by using an internal iteration at the element level, which is much more efficient and stable than the determination via a global iteration. To verify the deterministic element behavior the results of common test examples are presented for linear and nonlinear materials. The modeling of material uncertainties is done by point-discretized random fields. To show the applicability of the element for stochastic finite element calculations Latin Hypercube Sampling was applied to investigate the stochastic hardening behavior of a cantilever beam with nonlinear material. The enhanced linear element can be applied as an alternative to higher-order finite elements where more nodes are necessary. The presented element formulation can be used in a similar manner to improve stochastic linear solid elements.
The conventional way of describing an image is in terms of its canonical pixel-based representation. Other image description techniques are based on image transformations. Such an image transformation converts a canonical image representation into a representation in which specific properties of an image are described more explicitly. In most transformations, images are locally approximated within a window by a linear combination of a number of a priori selected patterns. The coefficients of such a decomposition then provide the desired image representation. The Hermite transform is an image transformation technique introduced by Martens. It uses overlapping Gaussian windows and projects images locally onto a basis of orthogonal polynomials. As the analysis filters needed for the Hermite transform are derivatives of Gaussians, Hermite analysis is in close agreement with the information analysis carried out by the human visual system. In this paper we construct a new higher dimensional Hermite transform within the framework of Quaternionic Analysis. The building blocks for this construction are the Clifford-Hermite polynomials rewritten in terms of Quaternionic analysis. Furthermore, we compare this newly introduced Hermite transform with the Quaternionic-Hermite Continuous Wavelet transform. The Continuous Wavelet transform is a signal analysis technique suitable for non-stationary, inhomogeneous signals for which Fourier analysis is inadequate. Finally the developed three dimensional filter functions of the Quaternionic-Hermite transform are tested with traditional scalar benchmark signals upon their selectivity at detecting pointwise singularities.
On the basis of the little material available (an architecture plan and some photographs) a computer model is developed for a bullet shaped dome, part of the Belgian Congo pavilion, created by the architect Henry Lacoste for the International Colonial Exhibition of 1931 in Paris. The ingenious and elegant wooden skeleton of the dome is approximated in two stages. The first approximation focusses on the curves traced on the dome by the wooden laminae, which appear to be loxodromes, cutting the meridians by a constant angle. In a second approximation the very specific joints of the laminae are taken into consideration. The resulting computer image shows an astonishing resemblance with the photographs. Finally, the shapes and dimensions of all laminae are calculated, enabling a possible reconstruction of the dome.
Die heutige Situation in der Tragwerksplanung ist durch das kooperative Zusammenwirken einer größeren Anzahl von Fachleuten verschiedener Disziplinen (Architektur, Tragwerksplanung, etc.) in zeitlich befristeten Projektgemeinschaften gekennzeichnet. Bei der Abstimmung der hierdurch bedingten komplexen, dynamischen und vernetzten Planungsprozesse kommt es dabei häufig zu Planungsmängeln und Qualitätseinbußen. Dieser Artikel zeigt auf, wie mit Hilfe der Agententechnologie Lösungsansätze zur Verbesserung der Planungssituation erreicht werden können. Hierzu wird ein Agentenmodell für die vernetzt-kooperative Tragwerksplanung vorgestellt und anhand der Planung einer Fußgängerbogenbrücke anschaulich demonstriert. Das Agentenmodell erfasst (1) die beteiligten Fachplaner und Organisationen, (2) die tragwerksspezifischen Planungsprozesse, (3) die zugehörigen (Teil-)Produktmodelle und (4) die genutzte (Ingenieur-)Software. Hieraus leiten sich die drei Teilmodelle (1) agentenbasiertes Kooperationsmodell, (2) agentenbasierte Produktmodellintegration und (3) Modell zur agentenbasierten Software-Integration ab. Der Fokus des Artikels liegt auf der Darstellung des agentenbasierten Kooperationsmodells.
Seit mehr als fünfzig Jahren werden zur Untersuchung der Tragwerkssicherheit auch Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung herangezogen. Ungeachtet der inzwischen erreichten Fortschritte und der offensichtlichen Vorzüge, konnte dieses Vorgehen in der Praxis bis jetzt noch nicht ausreichend Fuß fassen. Im Beitrag wird das Problem der Tragwerkssicherheit mit einem neuartigen Verfahren behandelt. Im Unterschied zu den üblichen probabilistischen Methoden geht es nicht von Verteilungsfunktionen aus. Vielmehr werden die maßgebenden Zufallsgrößen in den Mittelpunkt gestellt und direkt in die Rechenvorschrift eingeführt. Als mathematisches Hilfsmittel dienen die WIENERschen Chaos-Polynome. Sie stellen im Raum der Zufallsgrößen mit beschränkter Varianz eine Basis dar, mit der sich eine beliebige Zufallsgröße nach orthogonalen Polynomen GAUSSscher Zufallsgrößen entwickeln läßt. So entsteht ein effektiver Formalismus, der sich eng an die herkömmliche Deformationsmethode anlehnt und als deren probabilistische Verallgemeinerung angesprochen werden darf. Die Methode liefert die Grenzzustandsbedingung als Funktion der auf das Tragwerk wirkenden Zufallsgrößen. Die Versagenswahrscheinlichkeit kann daher durch Monte-Carlo-Simulation bestimmt werden. Die mit der Auswertung des Wahrscheinlichkeitsintegrals der First Order Reliability Method (FORM) verbundenen Schwierigkeiten werden vermieden. An einem Beispieltragwerk wird dargestellt, wie sich Veränderungen gewisser Konstruktionsparameter auf die Versagenswahrscheinlichkeit auswirken.
Maxwell's equations can be rewritten in terms of a Dirac operator D+a. The advantage is that in this setting Maxwell's equations are treated as a system of first order differential equations. To ensure the uniqueness of a non-homogeneous differential equation in the whole space additional conditions are needed.
A realistic and reliable model is an important precondition for the simulation of revitalization tasks and the estimation of system properties of existing buildings. Thereby, the main focus lies on the parameter identification, the optimization strategies and the preparation of experiments. As usual structures are modeled by the finite element method. This as well as other techniques are based on idealizations and empiric material properties. Within one theory the parameters of the model should be approximated by gradually performed experiments and their analysis. This approximation method is performed by solving an optimization problem, which is usually non-convex, of high dimension and possesses a non-differentiable objective function. Therefore we use an optimization procedure based on genetic algorithms which was implemented by using the program package SLang...
In modernen Gebäuden nimmt die Komplexität der Heizungstechnik ständig zu. Damit wird es auch immer schwieriger, ein ökologisch und ökonomisch vernünftiges Zusammenspiel der Komponenten zu gewährleisten. Die Vernetzung der verschiedenen Komponenten eines Heizsystems mittels Netzwerktechnik aus der EDV soll helfen, die Energieeffizienz zu erhöhen. Embedded Systems und Mikrocontroller fungieren als Regler für die Teilsysteme. Durch Kommunikation untereinander sollen sie ihr Regelverhalten aneinander anpassen. Eine Internetanbindung ermöglicht die Nutzung weiterer Informationen für die Betriebsführung. Außerdem kann der Internetanschluss für die Fernwartung der Anlage genutzt werden. Mit kleinen, im Webbrowser eines Rechners ausgeführten Java-Programmen, sogenannten Applets, können die Betriebszustände von Heizsystemen in Echtzeit visualisiert werden. Durch das Aufzeichnen von Betriebsdaten wird deren Analyse ermöglicht.
SYSBAT - An Application to the Building ProductionBased on Computer Supported Cooperative Work
(2003)
Our proposed solution is to enable partners of a construction project to share all the technical data produced and handled during the building production process by building a system through the use of internet technology. The system links distributed databases and allows building partners to access remotely and manipulate specific information. It provides an updated building representation that is being enriched and refined all along the building production process. A recent collaboration with Nemetschek France (subsidiary company of Nemetschek AG, AEC CAD software leader) focus on a building product repository available in a web context. The aim is to help building project actors to choose a technical solution that fits its professional needs, and maintain our information system with up to date information. It starts with the possibility to build on line building product catalogs, in order to link Allplan CAD entities with building technical features. This paper presents the conceptual approaches on which our information system is built. Starting from a general organization diagram organization, we focus on the product and the description branches of construction works (including last IFC model specifications). Our aim is to add decisional support to the construction works selection process. To do so, we consider the actor's role upon the system and the pieces of information each one needs to achieve a given task.
The research of the best building design requires a concerted design approach of both structure and foundation. Our work is an application of this approach. Our objective is also to create an interactive tool, which will be able to define, at the early design stages, the orientations of structure and foundation systems that satisfy as well as possible the client and the architect. If the concerns of these two actors are primarily technical and economical, they also wish to apprehend the environmental and social dimensions of their projects. Thus, this approach bases on alternative studies and on a multi-criterion analysis. In this paper, we present the context of our work, the problem formulation, which allows a concerted design of Structure and Foundation systems and the feasible solutions identifying process.
Wahrnehmung und Verarbeitung von Ereignissen bei der verteilten Planung im baulichen Brandschutz
(2003)
Der Bauplanungsprozess ist durch ein hohes Maß an Kooperation zwischen Planungsbeteiligten verschiedener Fachrichtungen gekennzeichnet. Hierbei werden zum einen Planungen auf der Basis von Planungsinformationen anderer Planungsbeteiligter detailliert, zum anderen geben Planungen einzelner auch wichtige Rahmenbedingungen für die Gesamtplanung vor. Der vorliegende Beitrag beschreibt einen Ansatz zur ganzheitlichen Unterstützungen verteilter Planungen am Beispiel des baulichen Brandschutzes. Der Antrag trägt hierbei der verteilten und parallelen Planung Rechnung, wie sie heute bei der Planung großer und mittlerer Bauwerke angewendet wird. Die Verteiltheit wird nicht nur für die Planungsbeteiligten modelliert, sondern auch die einzelnen Planungsinformationen liegen im gemeinsamen Kooperationsverbund verteilt vor. Der Fokus dieses Beitrags liegt auf der Wahrnehmung von Planungsänderungen und Ereignissen während der Planung und die Verarbeitung dieser Informationen um eine durchgängige Planung zu gewährleisten. Dies wird zum einen durch das CoBE Awarenessmodell erreicht, mit dem Ereignisse erkannt und dem Informationsverbund zur Verfügung gestellt werden können. Zum anderen werden die Ereignisbehandlung und die darauf folgende fachgerechte Informationsverarbeitung mit Hilfe eines Multi-Agentensystems beschrieben.
Mobile Software-Agenten für neuartige Funktionen und Nutzeffekte in intelligenten Gebäudesystemen
(2003)
Anwendungsbezogene Software innerhalb vernetzter Gebäude nimmt immer mehr zu. Neue Standards erlauben den einfachen Fernzugriff, um neue Services zu installieren oder um Updates aufspielen zu können. Zu diesem Thema wird der OSGi-Standard vorgestellt, der ein Management von Software während des Betriebs vornehmen kann. Außerdem nimmt die Netzlast der heterogenen Netze innerhalb und zu den Häusern stetig zu. Hier können mobile Softwareagenten ihre Vorteile gegenüber herkömmlichen, statischen Kommunikationsmechanismen hervorheben. Im folgenden Text wird die Integration solcher mobilen Softwareagenten in bestehende Standards intelligenter Häuser beschrieben und anhand des Innovationszentrum Intelligentes Haus Duisburg (www.inhaus-duisburg.de) beispielhaft erläutert. Nach der Einleitung wird in Kapitel 2 der aktuelle Stand der Technik beschrieben. Dabei wird vor allem auf den OSGi-Standard und die Technik der mobilen Softwareagenten eingegangen. Im Kapitel 3 wird stehen vor allem Voranalysen zur Fernwartung, Optimierungen von Regelungen und die Integration dynamischer Netzteilnehmer im Vordergrund, die durch die beschriebenen Mechanismen erleichtert werden. Im Kapitel 4 werden die Ergebnisse kurz zusammengefaßt und einen Ausblick gegeben.
There exists a big gap between the capabilities of current 3D-CAD applications and their actual usage in practice. Many architects and planners still prefer to draft in 2D because the benefits of 3D modeling are difficult to explain. This presentation offers a basis to view the 3D building model not merely as the source for 2D plan generation. By adding extra dimensions like Time and Cost to the 3D building model it becomes possible to generate dynamic information on building construction progress with regards to used material, resources and cost. These additional benefits are key elements to many planners and contractors and may therefore widen the acceptance of 3D building modeling in general.
In this Paper, we explored the relation between the electricity consumption in residential sector and the automobile energy consumption in transportation sector in accordance with the location of city by employing Geographic Information System (GIS). We found in the study that the electricity consumption per capita has a tendency that is higher in city center and lower in suburbs in Utsunomiya city. It is also noted that there is little difference among total consumption between city center and suburbs, despite the fact that the density of electric appliances tends to increase in a small size house of city center and the amount of automobile energy consumption from residence is lower in city center than in suburbs.
Digital maps are very easily applied as route guide maps. Route guide maps are provided through Web or a mobile phone services, and demand for such services is increasing. However, the production of a route guide map requires a great deal of time. Therefore, it is difficult for general users to make route guide maps. The purpose of the present research is the development of a system that can generate a route guide map using the Digital Map 2500 (Spatial Data Framework) published by the Geographical Survey Institute. This system will not require advanced equipment or expert knowledge. Therefore, anyone can produce route guide maps easily and quickly. By using the Digital Map 2500, the time and cost required in order to generate a map are reduced. Moreover, a useful route guide map can be created by simplifying the map form based on the human cognitive map.
A large-scale computer modeling and simulation method is presented for environmental flows in urban area. Several GIS and CAD data were used for the preparation of shape model and an automatic mesh generation method based on Delaunay method was developed. Parallel finite element method based on domain decomposition method was employed for the numerical simulation of natural phenomena. The present method was applied to the simulation of flood flow and wind flow in urban area. The present method is shown to be a useful planning and design tool for the natural disasters and the change of environments.
The paper introduced the research and application of the highway construction management information integrated system. Explained the development and application of highway survey applet run on mobile telephone supporting Java and the technique of transmitting engineering data by GPRS wireless network technology. And expounded the development and application of highway engineering construction field data collecting software run on Pocket-PC. Recommended the technique of engineering long distance data transmitting based on C/S structure adopting VPN (Virtual Private Networks) technology. Especially expatiated on the research on the platform of highway construction management information integrated system adopting geography information system (GIS) technique, database technique and network technique. And said all to subsystem about bid manage, contract management, engineering design drawing, engineering survey calculation, measure and pay, data processing on engineering experiment, quantity assessing, project plan and progress, engineering document management etc. Besides? proposed highway construction project visual analysis and inquiry system based on Web-GIS; Explained the research and application of highway engineering construction OA based on B/S structure; real-time workflow and information processing such as the management of administration, business and procedure of authorization and information distribution. At last, the author described the prospect of the application of C/S and B/S structure in trade software development in the highway construction management.
Pre-stressed structural elements are widely used in large-span structures. As a rule, they have higher stiffness characteristics. Pre-stressed rods can be applied as girders of different purpose, and as their separate parts, e.g. rods of trusses and frames. Among numerous ways of prestressing the compression of girders, trusses, and frames by tightenings from high-strength materials is under common application.
Research on Establishment of a Standard of Traffic Impact Assessment with Integrated Database System
(2004)
Planning support systems, such as geographical information system (GIS) and traffic flow simulation models, are widely in use in recent urban planning research. In this paper we propose a method to apply traffic impact assessment (TIA) to large-scale, commercial developments. In TIA research we often encounter the problem of increasing amount of data that is necessary for detailed investigation and analysis, as the scale of commercial developments become larger and more complex. As a result, TIA presents two problems. The first problem is the difficulty of data acquisition. The second problem is the reliability of data. As a solution, we developed an integrated database system.
Modeling of Freeway Traffic
(2004)
An integrated modeling of freeway traffic is developed, whose implementation in an uniform computer –aided simulation model facilitate comparative evaluation and systematic coupling of several traffic simulations, traffic controls, traffic measurements and traffic scenarios. The integrated modeling of freeway traffic is a basic mapping of freeway networks, control methods, measurements and different simulations of traffic flow...
Development of Urban Land Use Model to Compare Transit-Oriented and Automobile-Oriented Cities
(2004)
This study is an attempt to develop a simple simulation model that can compare the differences between automobile-oriented and transit-oriented cities, and clarify the difference between city forms by transportation modes. Following a theoretical model development, a series of simulation runs are tried. The model allocates people who commute to CBD from residential zones along a transportation corridor. As a result of many simulation analyses, it is shown that automobiles need much more traffic space in comparison with the transit as is shown by the proposed traffic space ratio both in CBD and along the corridor.
This paper presents an innovative software platform OpenSTEP intended to build advanced distributed integrated systems and to conduct multidisciplinary collaborative projects in both academy and industry. The paper discusses an open system architecture, methodology, component library and CASE toolkit enabling the developers to build a wide range of interoperable applications and systems compliant with STEP and, particularly, with IFC becoming the increasingly important standard for information integration in architecture, engineering and construction.
A wide variety of behavioural models exist in microscopic traffic simulation. Commercial programms often use closed-source policies and are confined to their respective simulation platforms. Open-source approaches mainly focus on distinctive, highly specialized traffic situations. In the scope of this paper, an open-source framework for developing modular, objectoriented simulation systems is presented, capable of simultaneously accommodating different driving models and enabling the user to modify and extend the catalogue of driving behaviours. The existing driving behaviours and the computational implementation of the simulation are being described.
This paper presents the combination of two different parallelization environments, OpenMP and MPI, in one numerical simulation tool. The computation of the system matrices and vectors is parallelized with OpenMP and the solution of the system of equations is done with the MPIbased solver MUMPS. The efficiency of both algorithms is shown on several linear and nonlinear examples using the Finite Element Method and a meshless discretization technique.
Effective knowledge management is increasingly considered as a cornerstone of sustainable business success. Knowledge management systems are strategically valuable for both ensuring consistency and continuous improvement of various aspects such as quality delivery, productivity and competitiveness. The small and medium enterprises (SMEs) in the construction industry are mostly operating under tighter timeframes, narrower profit margins and more constrained resources. Hence the recently commenced SMILE-SMC (Strategic Management with Information Leveraged Excellece for Small and Medium Contractors) project aims to support the information and knowledge management needs of the small and medium contractors in Hong Kong. This paper presents some snapshots on the SMILE-SMC project, and its conceptualized deliverables with some highlights of recent developments.
Civil engineering decision support systems (construction, building life cycle, refurbishment, total quality management, innovation, etc.) created in Lithuania are described in this paper. The above decision support systems comprise of the following constituent parts: data (database and its management system), models (model base and its management system) and a user interface. Presentation of information in databases may be in conceptual (digital, textual, graphical, photographic, video) and quantitative forms. Quantitative information presented involves criteria systems and subsystems, units of measurement, values and initial weight fully defining the variants provided. The databases were developed providing a multiple criteria analysis of alternatives from economical, infrastructure, technical, technological, qualitative, legislative, social and other perspectives. This information is provided in a user-oriented way. Since the analysis of alternatives is usually performed by taking into account economical, infrastructure, technical, technological, qualitative and other factors, a model-base include models which enable a decision maker to carry out a comprehensive analysis of the variants available and make a proper choice. These systems, related questions and practical case study were analysed the paper.
This paper presents an evaluation system for steel structures of hydroelectric power stations, including hydraulic gates and penstocks, based on Fault Tree Analyasis (FTA) and performance maps. This system consists of fault tree diagrams of FTA, performance maps, design and analysis systems, and engineerin databases. These four modules are integrated by appropriate hyperlinks so that the user of this system can use it easily and seamlessly. A well developed system was applied to some illustrative example cases, and they showed that the developed methodology and system worked well and the users found the system useful and effective for their maintenance tasks at powerstations.
Transport problems, as, for instance, the transport of sediment in hydraulic engineering and the transport of harmful substances through porous media, play an important role in many fields of civil engineering. Other examples include the dissipation of heat or sound as well as the simulation of traffic with macroscopic models. The contribution explains the analysis of the applicability of Voronoi-based finite volume methods for the approximation of solutions of transport problems. A special concern is the discretisation of the transport equation. Current limitations of the method as well as ideas for stabilisation are explained with examples.
Analysis System for Bridge Test (Chinese name abbr.: QLJC) is an application software specially designed for bridge test to analyze the static and dynamic character of bridge structures, calculate efficiency ratio of load test, pick up the results of observation points and so on. In this paper, research content, system design, calculation theory, characteristics and practical application of QLJC is introduced in detail.
The influence of vortex-induces vibrations on vertical tie rods has been proved as a determinant load factor in the lifetime-oriented dimensioning of arched steel bridges. Particularly, the welded connection plates between the suspenders and the arches often exhibit cracks induced primarily rods. In this context, the synchronization of the vortex-shedding to the rod motion in a critical wind velocity range, the so-called lock-in effect, is of essential interest.
The method of the finite elements is an adaptable numerical procedure for interpolation as well as for the numerical approximation of solutions of partial differential equations. The basis of these procedure is the formulation of suitable finite elements and element decompositions of the solution space. Classical finite elements are based on triangles or quadrangles in the two-dimensional space and tetrahedron or hexahedron in the threedimensional space. The use of arbitrary-dimensional convex and non-convex polyhedrons as the geometrical basis of finite elements increases the flexibility of generating finite element decompositions substantially and is sometimes the only way to get a clear decomposition...
In this paper, systematic analyses for the shoring systems installed to support the applied loads during construction are performed on the basis of the numerical approach. On the basis of a rigorous time-dependent analysis, structural behaviors of reinforced concrete (RC) frame structures according to the changes in design variables such as the types of shoring systems, shore stiffness and shore spacing are analyzed and discussed. The time-dependent deformations of concrete such as creep and shrinkage and construction sequences of frame structures are also taken into account to minimize the structural instability and to reach to an improved design of shoring system because these effects may increase the axial forces delivered to the shores. In advance, the influence of the column shortening effect, generally mentioned in a tall building structure, is analyzed. From many parametric studies, it has been finally concluded that the most effective shoring system in RC frame structures is 2S1R (two shores and one reshore) regardless of the changes in design variables.
Development and Analysis of Sparse Matrix Concepts for Finite Element Approximation on general Cells
(2004)
In engineering and computing, the finite element approximation is one of the most well-known computational solution techniques. It is a great tool to find solutions for mechanic, fluid mechanic and ecological problems. Whoever works with the finite element method will need to solve a large system of linear equations. There are different ways to find a solution. One way is to use a matrix decomposition technique such as LU or QR. The other possibility is to use an iterative solution algorithm like Conjugate Gradients, Gauß-Seidel, Multigrid Methods, etc. This paper will focus on iterative solvers and the needed storage techniques...
The paper investigates accuracy of deflection predictions made by the finite element package ATENA and design code methods ACI and EC2. Deflections have been calculated for a large number of experimental reinforced concrete beams reported by three investigators. Statistical parameters have been established for each of the technique at different load levels, separately for the beams with small and moderate reinforcement ratio.
Creation of hierarchical sequence of the plastic and viscoplastic models according to different levels of structure approximations is considered. Developed strategy of multimodel analysis, which consists of creation of the inelastic models library, determination of selection criteria system and caring out of multivariant sequential clarifying computations, is described. Application of the multimodel approach in numerical computations has demonstrated possibility of reliable prediction of stress-strain response under wide variety of combined nonproportional loading.
Framed-tube system with multiple internal tubes is analysed using an orthotropic box beam analogy approach in which each tube is individually modelled by a box beam that accounts for the flexural and shear deformations, as well as the shear-lag effects. A simple numerical modeling technique is proposed for estimating the shear-lag phenomenon in tube structures with multiple internal tubes. The proposed method idealizes the framed-tube structures with multiple internal tubes as equivalent multiple tubes, each composed of four equivalent orthotropic plate panels. The numerical analysis is based on the minimum potential energy principle in conjunction with the variational approach. The shear-lag phenomenon of such structures is studied taking into account the additional bending moments in the tubes. A detailed work is carried out through the numerical analysis of the additional bending moment. The moment factor is further introduced to identify the shear lag phenomenon along with the additional moment.
The displacements and stresses in arch dams and their abutments are frequently determined with 20-node brick elements. The elements are distorted near the contact plane between the wall and the abutment. A cantilever beam testbed has been developed to investigate the consequences of this distortion. It is shown that the deterioration of the accuracy in the computed stresses is significant. A compatible 18-node wedge element with linear stress variation is developed as an alternative to the brick element. The shape of this element type is readily adapted to the shape of the contact plane. It is shown that the accuracy of the computed stresses in the vicinity of the contact plane is improved significantly by the use of wedge elements.
The primary objective of initial shape analysis of a cable stayed bridge is to calculate initial installation cable tension forces and to evaluate fabrication camber of main span and pylon providing the final longitudinal profile of the bridge at the end of construction. In addition, the initial cable forces depending on the alternation of the bridge’s shape can be obtained from the analysis, and will be used to provide construction safety during construction. In this research, we conducted numerical experiments for initial shape of Ko-ha bridge, which will be constructed in the near future, using three different typical methods such as continuous beam method, linear truss method, and IIMF (Introducing Initial Member Force) method
The paper presents a general map-based approach to prototyping of products in virtual reality environments. Virtual prototyping of products is considered as a consistent simulation and visualization process mapping the source product model into its target visual representations. The approach enables to interrelate formally the product and visual information models with each other by defining mapping rules, to specify a prototyping scenario as a composition of map instances, and then to explore particular product models in virtual reality environments by interpreting the composed scenario. Having been realized, the proposed approach provides for the strongly formalized method and the common software framework to build virtual prototyping applications. As a result, the applications gain in expressiveness, reusability and reliability, as well as take on additional runtime flexibility...
In this paper we present a computer aided method supporting co-operation between different project partners, such as architects and engineers, on the basis of strictly three-dimensional models. The center of our software architecture is a product model, described by the Industry Foundation Classes (IFC) of the International Alliance for Interoperability (IAI). From this a geometrical model is extracted and automatically transferred to a computational model serving as a basis for various simulation tasks. In this paper the focus is set on the advantage of the fully three-dimensional structural analysis performed by p-version of the finite element analysis. Other simulation methods are discussed in a separate contribution of this Volume (Treeck 2004). The validity of this approach will be shown in a complex example.
In current AEC practice client requirements are typically recorded in a building program, which, depending on the building type, covers various aspects from the overall goals, activities and spatial needs to very detailed material and condition requirements. This documentation is used as the starting point of the design process, but as the design progresses, it is usually left aside and changes are made incrementally based on the previous design solution. These incremental small changes can lead to a solution that may no longer meet the original requirements. In addition, design is by nature an iterative process and the proposed solutions often also cause evolution in the client requirements. However, the requirements documentation is usually not updated accordingly. Finding the latest updates and evolution of the requirements from the documentation is very difficult, if not impossible. This process can lead to an end result, which is significantly different from the documented requirements. Some important requirements may not be satisfied, and even if the design process was based on agreed-upon changes in the scope and requirements, differences in the requirements documents and in the completed building can lead to well-justified doubts about the quality of the design and construction process...
The complexity of the relationships between the actors of a building project requires high efficiency in communication. Among other things, data sharing is crucial. The exchange of data is made possible by interfaces between expert programs, which rely on product models. The latter are neutral standards with formal definitions of building objects and their attributes. This paper deals with the state of the art and the research activities concerning product models in the steel construction domain and the advantages provided by this technology for the sector.
The goal of the research is to increase the understanding of dynamic behaviors during the crane operation, and develops computer-aided methods to improve the training of crane operators. There are approximately 125,000 cranes in operation today in the construction industry, responsible for major portion of erection activities. Unfortunately, many accidents occur every year in the U.S. and other countries related to the operation of cranes in construction sites. For example on November 28, 1989 a tower crane collapse during the construction of a building in San Francisco killing four construction workers, one civilian and injuring 28. According to the statistics from Occupational Safety Health Administration (OSHA), there were 137 crane-related fatalities from 1992 to 2001 in the US. A well-known internet website that keeps track of crane-related accidents (craneaccidents.com), reports 516 accidents and 277 fatalities from 2000 to 2002. These statistics show that even though many measures have been taken to decrease the number of crane-related accidents (Braam, 2002), the number of crane related accidents is still very large. It is important to recognize that each construction related fatality is not only a great human loss but also increases the costs of insurance, lawsuits, and the construction budget due to delay of a project (Paulson 1992)...
Physically Based Modeling and Multi-Physical Simulation System for Wood Structure Fire Performance
(2004)
This research is devoted to promoting the performance-based engineering in wood structure fire. It looks into the characteristic of the material, structural composing and collapse detecting to find out the main factors in the wood structure collapse in fire. The aim of the research is to provide an automatic simulation platform for the complicated circulation. A physically based model for slim member for beams and columns and a frame of multi-physical simulation are provided to implement the system. The physically based model contains material model, structural mechanics model, material mechanics model, as well as geometry model for the compositive simulation. The multi-physical simulation is built on the model and has the capacity to carry out a simulation combining structural, fire (thermal, CFD) and material degradation simulation. The structural and fire simulation rely on two sophisticated software respectively, ANSYS (an FEA software) and FDS (with a core of CFD). Researchers of the paper develop system by themselves to combine the two existing ones. The system has the capability to calculate the wood char to find out the loss of cross-section and to detect the collapse caused in different ways. The paper gives a sample of Chinese traditional house to show how this simulation system works.
Particle Simulation and Evaluation of Personal Exposure to Contaminant Sources in an Elevation Space
(2004)
An elevator, which figures a small volume, is normally used by everyone for a short period of time and equipped with simple ventilation system..Any contaminant released within it may cause serious problem. This research adapt a fire and smoke simulation software (FDS) into non-fire indoor airflow scario. Differently from previous research, particles are chosen as a risk evalution unit. A personal and multi-personal exposure model is proposed. The model takes the influence of the human thermal boundary, coughing, inhalation, exhalation, standing position, and the fan factor into account. The model is easy-to-use and suitable for the design of elevator system in practice.
The presented work focuses on the presentation of a discrete event simulator which can be used for automated sequencing and optimization of building processes. The sequencing is based on the commonly used component–activity–resource relations taking structural and process constraints into account. For the optimization a genetic algorithm approach was developed, implemented and successfully applied to several real life steel constructions. In this contribution we discuss the application of the discrete event simulator including its optimization capabilities on a 4D process model of a steel structure of an automobile recycling facility.
Buildings require both for construction and, due to their comparatively long life cycle for maintenance, significant raw material and energy resources. So far available knowledge about resource consumption during an entire life cycle of a building is still quite rare, because various criteria affect each other and/or overlay mutually. In this contribution a model based software concept is presented using an integrated approach for life cycle simulation and assessment of buildings. The essential point of the development consists of connecting an IFC compliant product model of a building via the Internet with data bases for the resource and energy requirement of building materials. Furthermore, numerical simulations allow calculating and minimizing the energy consumption, the resource requirement, the waste streams and also the noxious emissions. In the context of this paper we present the first release of software programs for architects and engineers, which help them to evaluate their design decisions objectively in early planning steps. Additionally the usage of the software is demonstrated by a test case study for a real world building. By applying this software in practice a substantial contribution for saving energy and natural resources can be provided in the sense of sustainable and ecological building design.
The highway product model based on the length information of the centerline, and the application system is developed. This paper shows the schema and the modeling process of the product model, which includes geometric elements such as an alignment, lanes, sidewalks, shoulders and sprits, and accessories such as guard fences, plantings and signs. Furthermore, The Highway Sequence Editor (HSE) is developed as an application system to verify the model.
Current building product models explicitly represent components, attributes of components, and relationships between components. These designer-focused product models, however, do not represent many of the design conditions that are important for construction, such as component similarity, uniformity, and penetrations. Current design and construction tools offer limited support for detecting these construction-specific design conditions. This paper describes the ontology we developed using the manufacturing concept of features to represent the design conditions that are important for construction. The feature ontology provides the blueprint for the additions and changes needed to transform a standard product model into a constructionspecific product model. The ontology formalizes three classes of features, defines the attributes and functions of each feature type, and represents the relationships between features explicitly. The descriptive semantics of the ontology allows practitioners to represent their varied preferences for naming features, specifying features that result from component intersections and the similarity of components, and grouping features that affect a specific construction domain. A software prototype that implements the ontology enables practitioners to transform designer-focused product models into feature-based product models that represent the construction perspective.
The goal of the research is the development of a computer system to plan, simulate and visualize erection processes in construction. In the research construction cranes are treated as robots with predefined degrees of freedom and crane-specific motion planning techniques are developed to generate time-optimized and collision-free paths for each piece to be erected in the project. Using inverse kinematics and structural dynamics simulation, the computer system then computes the crane motions and velocities necessary to achieve the previously calculated paths. The main benefits of the research are the accurate planning and scheduling of crane operations leading to optimization of crane usage and project schedules, as well as improving overall crane safety in the project. This research is aimed at the development of systems that will allow computer-assisted erection of civil infrastructure and ultimately to achieve fully-automated erection processes using robotic cranes...
Individual views on a building product of people involved in the design process imply different models for planning and calculation. In order to interpret these geometrical, topological and semantical data of a building model we identify a structural component graph, a graph of room faces, a room graph and a relational object graph as aids and we explain algorithms to derive these relations. The application of the technique presented is demonstrated by the analysis and discretization of a sample model in the scope of building energy simulation.
This paper presents an application of dynamic decision making under uncertainty in planning and estimating underground construction. The application of the proposed methodology is illustrated by its application to an actual tunneling project—The Hanging Lake Tunnel Project in Colorado, USA. To encompass the typical risks in underground construction, tunneling decisions are structured as a risk-sensitive Markov decision process that reflects the decision process faced by a contractor in each tunneling round. This decision process consists of five basic components: (1) decision stages (locations), (2) system states (ground classes and tunneling methods), (3) alternatives (tunneling methods), (4) ground class transition probabilities, and (5) tunneling cost structure. The paper also presents concepts related to risk preference that are necessary to model the contractor’s risk attitude, including the lottery concept, utility theory, and the delta property. The optimality equation is formulated, the model components are defined, and the model is solved by stochastic dynamic programming. The main results are the optimal construction plans and risk-adjusted project costs, both of which reflect the dynamics of subsurface construction, the uncertainty about geologic variability as a function of available information, and the contractor’s risk preference.
Recently, many reseraches on active control systems of building structures are preformed based on modern control theory and are installed real buildings. The authors have already proposed intelligent fuzzy optimal active control (IFOAC) systems. IFOAC systems imitate intelligent activities of human brains such as prediction, adaptation, decision-kaking and so on. In IFOAC systems, objective and subjective judgements on the active control can be taken into account. However, IFOAC systems are considered to be suitable for far-field erathquake and control effect becomes small in case of near-field earthqaukes which include a few velosity pules with large amplitudes. To improve control effect in case of near-souece earthquakes, the authors have also proposed hybrid control (HC) systems, in which IFOAC systems and fuzzy control system are combined. In HC systems, the fuzzy control systems are introduced as a reflective fuzzy active control (RFAC) system and imitates spinal reflection of human. In HC systems, active control forces are activated to buildings in accordance with switching rules on active control forces. In this paper, optimizations on fuzzy control rules in RFAC system and switching rules of active control forces in HC system are performed by Parameter-Free Genetic Algorithms (PfGAs). Here, the optimization is performed by using different earthquake inputs. The results of digital simulations show that the HC system can reduce maximal response displacements under restrictions on strokes of the actuator effectively in case of a near-source earthquake and the effectiveness of the proposed HC system is discussed and clarified.
The processes in the life cycle of buildings are characterised by highly distinct teamwork. The integration of all the distributed working participants, by providing an environment, which especially supports the communication and collaboration between the actors, is a fundamental step to improve the efficiency of the involved processes and to reduce the total costs. In this article, a link based modelling approach and its “intelligent” link management is introduced (1). This approach realises an integration environment based on a special building model that acts as a decision support system. The link-based modelling is characterised by the definition and specialisation of links between partial models. These intelligent managed links enable a very flexible and task specific data access and exchange between all the different views and partial models of the participants.
In this research project we intend to transfer the whole AEC-Bidding process to an agent-based virtual marketplace. Hereby, the existing legal regulations have to be considered. Important aspects in developing the virtual marketplace are to provide the possibility to realize an agentbased bidding consortium as well as to integrate subcontractors.