620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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In many engineering applications two or more different interacting systems require the numer-ical solution of so-called multifield problems. In civil engineering the interaction of fluid and structures plays an important role, i.e. for fabric tensile structures of light and flexible materials often used for large roof systems, capacious umbrellas or canopies. Whereas powerful numerical simulation techniques have been established in structural engineering as well as in fluid mechan-ics, only relatively few approaches to simulate the interaction of fluids with civil engineering constructions have been presented. To determine the wind loads on complex structures, it is still state-of-the-art to apply semi-empirical, strongly simplifying methods or to perform expensive ex-periments in wind tunnels. In this paper an approach of a coupled fluid-structure simulation will be presented for membrane and thin shell structures. The interaction is described by the struc-tural deformation as response to wind forces, resulting in a modification of the fluid flow domain. Besides a realistic determination of the wind loads, information on the structural stability can be obtained. The so-called partitioned solution is based on an iterative frame algorithm, integrating different codes for Computational Fluid Dynamics (CFD) and for Computational Structural Dy-namics (CSD) in an explicit or an implicit time-stepping procedure. All data exchange between the two different applications is performed via a neutral geometric model provided by a coupling interface. A conservative interpolation method is used for the interpolation of the nodal loads. The time-dependent motion of the structure requires a dynamic modification of the different grids and a redefinition of the Navier-Stokes equations in an Arbitrary Langrangian Eulerian (ALE) formulation. As an example for the present implementation, results of a coupled fluid-structure simulation for a textile membrane canopy will be presented.
There was suggested a phenomenological modified quadratic condition of the beginning of plasticity for plastic and quasifragile orthotropic materials. Limiting surface in the shape of a paraboloid with an axis bend over hydrostatic axis corresponds to the condition. The equations of theory of current with the isotropic and anisotropic hardenings, associated with the suggested yield condition, modified into the version of determining equations of strain theory of plasticity are received. These defining equations formed the basis of highlyprecise non-classic continual (along thickness) theory of non-linear deformation of thick sandwich plates and sloping shells. In the approximations along the cross coordinate the specificity of flexural and non-flexural deformations is taken into account. The necessity of introducing the approximations of higher order, as well as accounting for the cross compression while decreasing of the relatively cross normal and shear layer rigidness is shown. The specifications, obtained in comparison with the known physically nonlinear specified model of the bending of plates with orthotropic layers are distinguished. An effective procedure of linearization of the solving equations and getting the solutions in frames of the discrete-continual scheme of the finite-element method is suggested. The approximations of higher order let to model the appearance of the cracs of layers being split by the introducing of slightly hard thin layers into the finite element, not violating the idea of continuality of theory. Calculation of a threelayer plate with rigid face diaphragms on the contour is considered
Es wird das gemeine Schema der Projektierung, die die Analyse des Marktes einschließt, betrachtet, die Einschätzung der Nomenklatur und des Umfanges des Produktionsausstoßes der Erzeugnisse, und die Schlüsselaufgabe der Wahl der Regimes der Bearbeitung. Die letzte Aufgabe wird - konkretisiert es werden die Formeln berichtet und die Algorithmen der Optimierung nach den Kriterien der Produktivität und den Selbstkostenpreisen. Es sind die Formeln für die Produktivität der Systeme mit der flexiblen Verbindung, präzisiert sowie die Abhängigkeiten für die Standhaftigkeit bei den kleinen Geschwindigkeiten des Schneidens. Die Schlüsselwörter: der Markt, die Regimes der Bearbeitung, die Produktivität, der Selbstkostenpreis, die Optimierung
Dynamic testing for damage assessment as non-destructive method has attracted growing in-terest for systematic inspections and maintenance of civil engineering structures. In this con-text the paper presents the Stochastic Finite Element (SFE) Modeling of the static and dy-namic results of own four point bending experiments with R/C beams. The beams are dam-aged by an increasing load. Between the load levels the dynamic properties are determined. Calculated stiffness loss factors for the displacements and the natural frequencies show differ-ent histories. A FE Model for the beams is developed with a discrete crack formulation. Cor-related random fields are used for structural parameters stiffness and tension strength. The idea is to simulate different crack evolutions. The beams have the same design parameters, but because of the stochastic material properties their undamaged state isn't yet the same. As the structure is loaded a stochastic first crack occurs on the weakest place of the structure. The further crack evolution is also stochastic. These is a great advantage compared with de-terministic formulations. To reduce the computational effort of the Monte Carlo simulation of this nonlinear problem the Latin-Hypercube sampling technique is applied. From the results functions of mean value and standard deviation of displacements and frequencies are calcu-lated. Compared with the experimental results some qualitative phenomena are good de-scribed by the model. Differences occurs especially in the dynamic behavior of the higher load levels. Aim of the investigations is to assess the possibilities of dynamic testing under consideration of effects from stochastic material properties
Die Eisenbahnbrücken des Lehrter Bahnhofs in Berlin - Ein ganzheitliches FE-Berechnungskonzept
(2000)
Der Komplexität moderner Brückenbauwerke scheinen die verwendeten Berechungsmodelle oft nicht angemessen. Tragwerksberechnungen basieren in vielen Fällen noch auf der Vorgehensweise, das Brückenbauwerk in Einzelbauteile zu zerlegen und mit unterschiedlichen Teilmodellen zu behandeln. Das erscheint, auch vor dem Hintergrund ständig wachsender Rechnerleistung, nicht mehr zeitgemäß. Dies gilt zum Beispiel auch für die gängige Praxis, flächenhafte Brückenüberbauten mit Balkenmodellen zu berechnen. Der vorliegende Beitrag stellt ein ganzheitliches Berech-nungskonzept vor, welches auf der Basis eines einzigen FE-Modells die Berechnung des Gesamtbauwerks erlaubt. Damit wird für alle Bauteile neben der Zustandsgrößenberechnung auch die Bemessung von Stahl- und Spannbetonbauteilen bis hin zu Nachweisen wie zur Beschränkung der Rissbreite geführt. Die Anwendung dieses Berechnungskonzeptes wird am Beispiel der Eisenbahnüberführung des neuen Lehrter Bahn-hofs in Berlin gezeigt. Das verwendete FE-Modell umfasst Baugrund, Fundamente, Stahl- bzw. Gußstahlunterkonstruktion sowie den Stahl- bzw. Spannbetonüberbau. Besonderheiten sind unter anderem die Modellierung des plattenbalkenartigen Überbaus durch exzentrische, vorspannbare Schalenelemente und das getrennte Vorhalten von tragwerks- und lastbezogenen Eingabefiles. Damit gelingt die sequentielle Erfassung unterschiedlicher Bettungsmoduli zur Simulation statischer und dynamischer Beanspruchungen, die Berücksichtigung des Anspannens und der Interaktion zwischen vorgespannten Stahlverbänden zur Aufnahme von Horizontallasten sowie die Berücksichtigung unterschiedlicher statischer Systeme bei der Herstellung des Spannbetonüberbaus.
The steel structure design codes require to check up the member strength when evaluating plastic deformations. The model of perfectly plastic material is accepted. The strength criteria for simple cross-sections (I section, etc.) of steel members are given in design codes. The analytical strength criteria for steel cross-sections and numerical approaches based on stepwise procedure are investigated in many articles. Another way for checking the carrying capacity of cross-sections is the use of methods that are applied for defining strain-deformed state of elastic perfectly plastic systems. In this paper non-iterative methods are suggested for checking strength of cross-sections. Carrying capacity of cross section is verified according to extremum principle of plastic fail under monotonically loading and the strain-deformed state of cross-section is defined according to extremum energy principals of elastic potential of residual stresses and complementary work of residual displacements. The mathematical expressions of these principals for discrete cross-section are formulated as problems of convex mathematical programming. The cross-section of steel member using finite element method is divided into free form plane elements. The constant distribution of stresses along the finite element is accepted. The relationships of finite elements for static formulation of the problem are formed so, that kinematics formulation relationships could be obtained in a formal way using the theory of duality. Numerical examples of determination of cross-section strength, composition of interactive curves and composition of moment-curvature curves for different axial force levels are presented.
The cost of keeping large area urban computer aided architectural design (CAAD) models up to date justifies wider use and access. This paper reviews the potential for collaborative groupwork creation and maintenance of such models and suggests an approach to data entry, data management and generation of appropriate levels of detail models from a Geographic Information System (GIS). Staff at the University of the West of England (UWE) modelled a large area of Bristol to demonstrate millennium landmark proposals. It became swiftly apparent that continued amendment of the model to keep it an accurate reflection of changes on the ground was a major data management problem. Piecing in new CAAD models received from Architectural Practices to visualise them in context as part of the planning negotiation process has often taken staff several days of work for each instance. The model is so complex and proprietary that Bristol City operates a specialist visualisation bureau service. UWE later modelled the environs of the Tower of London to support bids for funding and to provide the context for judging the visual impact of iterative design development. Further research continued to develop more effective approaches to. Data conversion and amalgamation from all the diverse sources was the major impediment to effective group working to create the models. It became apparent that a GIS would assist retrieving all the appropriate data that described the part of the model under creation. It was possible to predict that management of many historic part models stepping back through time, allowing for different expert interpretations to co-exist would be in itself a major task requiring a spatial database/GIS. UWE started afresh from the original source data, to explore the collaborative use of GIS and Virtual Reality Modelling Language (VRML) to integrate models and interventions from various sources and to generate an overall navigable interactive whole. Current exploration of the combination of event driven behaviours and Structured Query Language is seeking to define how appropriately to modify objects in the VRML model on demand. This is beginning to realise the potential for use of this process for: asynchronous group modelling on the lines of a collaborative virtual design studio; historic building maintenance management; visitor management; interpretation of historic sites to visitors and public planning information.
DETERMINATION OF THE DYNAMIC STRESS INTENSITY FACTOR USING ADVANCED ENERGY RELEASE EVALUATION
(2000)
In this study a simple effective procedure practically based upon the FEM for determination of the dynamic stress intensity factor (DSIF) depending on the input frequency and using an advanced strain energy release evaluation by the simultaneous release of a set of fictitious nodal spring links near the crack tip is developed and applied. The DSIF is expressed in terms of the released energy per unit crack length. The formulations of the linear fracture mechanics are accepted. This technique is theoretically based upon the eigenvalue problem for assessment of the spring stiffnesses and on the modal decomposition of the crack shape. The inertial effects are included into the released energy. A linear elastic material, time-dependent loading of sine type and steady state response of the structure are assumed. The procedure allows the opening, sliding and mixed modes of the structure fracture to be studied. This rational and powerful technique requires a mesh refinement near the crack tip. A numerical test example of a square notched steel plate under tension is given. Opening mode of fracture is studied only. The DSIF is calculated using a coarse mesh and a single node release for the released energy computation as well a fine mesh and simultaneous release of four links for more accurate values. The results are analyzed. Comparisons with the known exact results from a static loading are presented. Conclusions are derived. The values of the DSIF are significantly larger than the values of the corresponding static SIF. Significant peaks of the DSIF are observed near the natural frequences. This approach is general, practicable, reliable and versatile.
COMPARISON OF SOME VARIANTS OF THE FINITE STRIP METHOD FOR ANALYSIS OF COMPLEX SHELL STRUCTURES
(2000)
The subject of this paper is to explore and evaluate the semi-analytical, analytical and numerical versions of the finite strip method (FSM) for static, dynamic and stability analyses of complex thin-walled structures. Many of bridge superstructures, some roof and floor structures, reservoirs, channels, tunnels, subways, layered shells and plates etc. can be analysed by this method. In both semi-analytical and analytical variants beam eigenvalue vibration or stability functions, orthogonal polynomials, products of these functions are used as longitudinal functions of the unknowns. In the numerical FSM spline longitudinal displacement functions are implemented. In the semi-analytical and numerical FSM conventional transverse shape functions for displacements are used. In the analytical FSM the accurate function of the strip normal displacement and the plane stress function are applied. These three basic variants of the FSM are compared in quality and quantity in view to the following: basic ideas, modelling, unknowns, DOF, a kind and order of the strips, longitudinal and transverse displacement and stress functions, compatibility requirements, boundary conditions, ways for obtaining of the strip stiffness and load matrices, a kind and size of the structure stiffness matrix and its band width, mesh density, necessary number of terms in length, accuracy and convergence of the stresses and displacements, approaches for refining results, input and output data, computer resources used, application area, closeness to other methods, options for future development. Numerical example is presented. Advantages and shortcomings are pointed. Conclusions are given.
Bei komplexen Gründungskonstruktionen sind Planungsfehler durch eine konsistente Modellierung vermeidbar. Manuelle Berechnungsmethoden ermöglichen im allgemeinen ein dreidimensionales Vorgehen nicht. Numerische Berechnungsmethoden, wie z.B. die Finite-Element-Methode, sind ein optimales Werkzeug zur ganzheitlichen Simulation des Problems. Die für die Finite-Element-Analyse notwendige Diskretisierung komplexer Bau- grundstrukturen ist manuell nicht zu bewältigen. Der vorliegende Beitrag zeigt wie ein Finite-Element-Modell automatisch aus einem geotechnischen Modell unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen der Baugrund-Tragwerk-Struktur und des Bauablaufes erzeugt werden kann. Hierbei wird die Berücksichtigung der geometrischen und der mechanischen Besonderheiten bei der Netzgenerierung dargestellt.
Thin-walled spatial structures are broadly used in the modern technician and building. In fuel industry for long-term keeping of oil and gas are used reservoirs of various capacity, which on technological reasons can be shipped under the soil. Shells of reservoirs combine in itself high toughness and low specific consumption of materials. At the same time, being under the soil, they feel steady-state and dynamic loads from ambiance, which particularly in the event, when reservoir is empty, can bring about the loss of stability of its form. On the other hand contact interactions of shell and soil greatly depend on features of ambiance and its saturating of liquid. For building generalized porous springy ambiance models, saturated by the liquid, it is possible to use Bio equations of motion for displacement of hard and fluid phases. Elaboration of mathematical specified interaction models and theirs realization by means of modern computing software allows to study behaviour of spatial thin-walled designs on base of geometric nonlinear theory of shells
Der Schwerpunkt von Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Tragwerksplanungs-Software lag in den letzten Jahren auf der Erweiterung des funktionalen Umfangs. In der Folge ist es notwendig, den gestiegenen Funktionsumfang einem möglichst breiten Anwenderkreis durch ingenieurgemäß gestaltete Arbeitsumgebungen zugänglich zu machen, so dass ein möglichst effizientes und fehlerarmes Arbeiten ermöglicht wird. Aus der Sicht der Tragwerksplaner muss eine ingenieurgemäß gestaltete Software eine dem spezifischen Arbeitsablauf angepasste Nutzer-Software-Interaktion aufweisen. Dabei sind die benötigten Funktionalitäten in ein einheitliches System zu integrieren und eine Anpassbarkeit durch den Anwender sicherzustellen. Die Berücksichtigung dieser Anforderungen mit herkömmlichen Mitteln würde einen unverhältnismäßig hohen Entwicklungsaufwand erfordern. Infolgedessen muss aus der Sicht der Software-Entwickler eine moderne Software-Architektur für die Tragwerksplanung eine Erhöhung des Wiederverwendungsgrades und eine unabhängige Erweiterbarkeit als zusätzliche Anforderungen erfüllen. In diesem Beitrag wird ein auf Verbunddokumenten basierendes Konzept vorgestellt, mit dem eine Zusammenführung von Standard-Software und fachspezifischen Software-Komponenten zu einer ingenieurgemäßen Arbeitsumgebung ermöglicht wird. Damit kann die Analyse und die Dokumentation eines Tragelementes einschließlich der zugehörigen Datenhaltung innerhalb eines Verbunddokumentes erfolgen. Gleichzeitig kann der software-technische Wiederverwendungsgrad durch die Definition eines Component Frameworks als unabhängig erweiterbare Software-Architektur und durch den Einsatz von Software-Komponenten mit eigener Nutzeroberfläche über das bisher erreichte Niveau hinaus gesteigert werden. Die Umsetzbarkeit des Konzeptes wird durch eine Pilotimplementierung demonstriert.
Die Versagenswahrscheinlichkeit nach einem Grenzzustand wird gewöhnlich mit dem Integral I der Basisvariablen-Verteilungsdichte über den Versagensbereich bestimmt. Dabei ist eine geschlossene Lösung nur im Spezialfall normalverteilter Basisvariablen bei Linearität der Grenzzustandsgleichung möglich. In anderen Fällen sind verschiedene Näherungsverfahren gebräuchlich, die auf den Momenten der Basisvariablen und geeignet gewählten Indizes als Sicherheitskenngrößen beruhen. Eine größere Genauigkeit bieten die Zuverlässigkeitstheorien erster bzw. zweiter Ordnung, die ebenfalls von I ausgehen. Im Beitrag wird ein neuartiges Verfahren vorgestellt, dessen Ausgangspunkt nicht I, sondern das Kraftgrößenverfahren als einem Standardalgorithmus des konstruktiven Ingenieurbaus ist. Die Einbeziehung der maßgebenden Zufallsgrößen in die Matrix der Vorzahlen und die Belastungszahlen führt zur Verallgemeinerung des Systems der Elastizitätsgleichungen zum zufälligen System der Elastizitätsgleichungen. Dessen Lösung, die durch den Übergang zu einem deterministischen Ersatzsystem gewonnen wird, liefert die statisch Unbestimmten als Funktionen der im System wirkenden Zufallsgrößen (z.B. E-Modul der Stäbe und Belastung). Da dieser Zusammenhang analytisch vorliegt, kann die Wirkung einzelner Zufallseinflüsse auf die statisch Unbestimmten und die daraus folgenden sicherheitsrelevanten Zustandsgrößen beurteilt werden. Die Dichtefunktion der Grenzzustandsgleichung kann berechnet oder durch Simulation ermittelt werden. Daraus folgt . Nicht normalverteilte Zufallsgrößen werden durch Entwicklung in orthogonale Polynome Gaußscher Zufallsgrößen berücksichtigt.
Rectangular steel frames are considered and subjected to strong ground motion. Their behavior factor is numerically evaluated using nonlinear time history analysis and different ground acceleration records. The behavior factor is determined assuming severe collapse mechanism occurs throughout the time history. The system of equations is transformed into single equation end then the energy balance concept is applied. The expression for the behavior factor is derived and its application to four story two bays steel frame is illustrated and the corresponding results are discussed.
Im Zusammenhang mit der Revitalisierung von Plattenbauwerken kommt der Bewertung bzw. Neubewertung der vorhandenen Aussteifungssysteme große Bedeutung zu. Zur Aussteifung werden im allgemeinen raumbreite, raumhohe und meist unbewehrte Betonelemente verwendet, die lediglich konstruktiv miteinander verbunden sind. Im Rahmen der Untersuchung wird ein vorhandenes Berechnungsmodell zur physikalisch nichtlinearen Analyse von Aussteifungssystemen mehrgeschossiger Gebäude unter Horizontallast so erweitert, dass unbewehrte Horizontalfugen berücksichtigt werden können. Die Analyse der Aussteifungssysteme wird auf der Basis der Methode der mathematischen Optimierung realisiert, wobei die aussteifenden Wände als offene dünnwandige, schlanke Stäbe betrachtet werden, die über dehnstarre Deckenscheibe (Diaphragmen) gekoppelt sind. Im Beitrag wird gezeigt, dass sich bei Berücksichtigung des physikalisch nichtlinearen Tragverhaltens und der damit verbundenen Schnittgrößenumlagerungen Tragreserven erschließen lassen, die auf die Standsicherheit sowohl vorhandener als auch revitalisierter Gebäude angerechnet werden können.
Humans are able to think, to feel, and to sense. We are also able to compute but not very well. In contrast, computers are giants in computing. Yet, they can not do anything else besides computing. Appropriate combinations of the different gifts and strengths of human and computer may result in impressive performances. In the 3-Hirn approach one human and two computers are involved. On the computers different programs are running. The human starts the machines and inspects the solutions they propose. He compares these candidate solutions and finally decides for one of the alternatives. So, the human makes the final choice from a small number of computer proposals. In performance-oriented chess, 3-Hirn combinations consisting of an amateur player and commer-cial software have reached world class level. 3-Hirn is a Decision Support System with Multiple Choice Structure. Such Multiple Choice Systems will be exhibited and discussed.
A method of automatic maintenance of vibration amplitude of a number of mechanisms at given level, when exiting force amplitude is varied greatly is given. For this purpose a pendulum is attached to a mechanism through a viscoelastic hinge. Load of a pendulum can move along an arm and it is viscoelastic connected to it.
Die Modelle früher CAD-Zeichnungen sind unstrukturierte Mengen graphischer Elemente. Heute werden CAD-Zeichnungen aus semantischen Objektmodellen von Bauwerken abgeleitet, deren Informationsbasis systematisch geordnet und deren Nutzung zweckmäßig geregelt ist. Softwaremodule werden getrennt entwickelt und unter aktiver Mitwirkung der Anwender vereint eingesetzt.Ein zentrales Problem der aktuellen Forschung und Entwicklung im CAD ist die Handhabung der Beziehungen zwischen Objekten und ihrer Änderungen in verteilten Arbeitsumgebungen. Hierfür wird ein Konzept mit der Relationenalgebra als theoretische Grundlage vorgestellt.
IT support for field personnel is starting to appear on bridge inspection sites, construction sites, and on the manufacturing floor. ENR magazine now regularly advertises palm computing-based systems for recording data on a construction site. This support can, and should, take on many forms and functions and needs to be carefully designed and evaluated like any other important tool used in the field. With careful design and implementation, IT devices for the field should have tremendous impact on the productivity of field personnel. If the devices are not carefully designed to take account of the field context and the abilities and preferences of the field personnel, field workers will not use these tools.
Eine der wichtigsten Aufgaben und Herausforderungen der Bauinformatik ist gegenwärtig die Realisierung des durchgängigen, fachübergreifenden Datenflusses im Planungsprozeß eines Bauvorhabens. Im Hinblick auf die internationale Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Bauwirtschaft ist es unumgänglich, vorhandene Effizienzpotentiale in der Bauplanung auszuschöpfen, welche durch eine qualitative Verbesserung der Planung sowie durch eine Verringerung der Bearbeitungszeit aller beteiligten Fachplanern erreicht werden können. Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik werden die Informationsobjekte standardisiert, damit sie durchgängig nutzbar sind. Diese werden in einem allgemeingültigen Format den speziellen Programmen der Fachplaner zur Verfügung gestellt. In dieser Arbeit wird der Ansatz verfolgt, eine Integration durch die Standardisierung der Kommunikation zwischen den Informationsobjekten und ihren Anwendungsprogrammen zu erreichen. Dabei kann auf die Standardisierung der zu übertragenden Objekte verzichtet werden. Ziel der Ausarbeitung ist die Definition von implementationstechnischen Regeln, die alle auszutauschenden Objekte sowie die Anwendungen, die solche Objekte aufnehmen wollen, erfüllen müssen. Die Bearbeitung der Objekte soll in den gewohnten Anwendungen in unveränderter Weise erfolgen.
For modeling of singular fields of stresses and deformations in elasters with a crack is offered to use of three-dimesional a special finite element. Weak compessible of elasters is taken into account on the basis of threefold approximation of fields of displacements, deformations and function of volume change. At intensive cyclic loading of the elastomer constructions with a crack it is necessary to take into account warming and large deformations at the crack top. The stress-deformed state elasters with a crack is determined from the decision of a nonlinear problem by a modified method Newton-Kantorovich. Account stress intensity factors for a rectangular plate with a various arrangement of a through crack is executed. Process of development of a surface crack and dissipative warming in prismatic a element of shift is investigated.
Die Gesamtheit der Produktinformationen im Bauwesen stellt sich als sehr inkonsistente und redundante Informationsmenge dar. Die Hersteller stehen vor der Aufgabe, diese Produktinformationen nicht nur in der üblichen Katalogform sondern auch in neuen Medien wie CD-ROM und WWW zu publizieren. Einmal betriebener Erfassungsaufwand muß sich dabei durch eine einfache Mehrfachverwendung der Daten rentieren. Wegen seiner technologischen Eigenschaften eignet sich das WWW sehr gut als primäre Quelle für Produktinformationen. Vor allem wegen der möglichen Aktualität sollte es Grundlage für Publikationen in den anderen Medien sein. Mit verhältnismäßig geringem Aufwand lassen sich die WWW-Präsentation von Produktdaten so strukturieren, daß eine automatisierte Erfassung und Verarbeitung dieser Daten vereinfacht wird. So kann die Datenkonsistenz von der visuellen Präsentation in herkömmlichen Katalogen bis zur automatisch erstellten Produktdatenbank durchgängig gesichert werden. Vor dem Hintergrund der von Schnittstellenproblemen, heterogener Softwarestruktur und unzureichender Ausnutzung der Möglichkeiten der Informatik gekennzeichneten Situation im Bauwesen wird in generalisierter Ansatz mittels SGML vorgestellt. Mit einem derartigen Datenangebot werden neue, verteilte und vernetzte Anwendungen auf Grundlage derselben Produktdaten ermöglicht.
In the rpocess of project construction organization under conditions of limited resources the problem of investor arises, which in onecriteria setting is as follows N invsted projects reindexed i=1,2,...,n are considered, initial parameters of the problem are:- duraion of iproject construction, - expected profit per unit of time from i project after putting it info operation ,-the time fixed , after the expiry of it a fine is paid for each overdued unit of time units in number. The investor resources are limited, i.e., at every moment of time investor can provid delivering of necessary resources only for one project .Any admissible problem decision of investor represents one of n! permutation of of numbers 1,2,..,n. X={x}-is the set of all admissible solutions (SAS) of this problem . In works of different authors the quality of decision is evaluated either by objective function (OF) of the type MINSUM where,by the objective function of the of the type MINMAX
Pseudorigidity method for solving the problem of limit equilibrium of rigid-plastic constructions
(1997)
1.Design calculations , based upon the theory elasticity , cannot completely satisfy engineers and designers , because cannot answer to basic question about overload capability . Only design calculations of limit equilibrium of rigid-plastic constructions can answer to this question completely enough. As a rule , such design calculations are made issue from hypothesis, that material of construction has rigid-plastic diagram Prandtl .This scheme of calculation gives qualitatively more correct results, then usual calculation, based upon law Hooke’s , and allows more really estimate ultimate strength of construction due to different loads. Universal algorithms for solving the problem of limit equilibrium have been created since the middle of the 60’s.These algorithms are based upon two basic theorems about limit analysis - static and kinetics. It was found , that with the help of above-mentioned theorems the problem of limit equilibrium can be formulated as a problem of linear programming (for linear yield) or nonlinear programming (for yield Guber-Mizes). The method of linear programming conformably to calculation of rod systems got the most development in the reports Prager W. [1] and Chiras A. [ 2 ]. The method of linear programming conformably to plates and shells was widely used by Rganizin A.[3]. [3[ contains more full bibliography about this problem. Calculation of limit equilibrium with the help of linear and nonlinear programming has a few significant lacks: - complexity and laboriousness preliminary preparation of problem for PC; - necessity to use special program means , which are not in usual program packet for strength analysis. Author worked out a new method about design calculation of limit equilibrium without above-mentioned lacks . The method is based upon analogy of relations between internal generalized efforts and generalized deformations in elastic system and between generalized efforts and velocities of change generalized deformations in rigid-plastic system. Because later rigid-plastic deformation would be treated as an elastic deformation in the system with special constructed rigidities , this method could be called >pseudorigidity method<.
Problem of discretic programming in conditions of manycriterial is considered. Set of work, being subject to fulfilment, is available. Are certain also: set of the executors; set, machines; set of resources (materials, semifinished items and etc.) and other set. As a functional complex name set, which will be formed, when on one representative of each of the specified sets is nominated to one working place. The allowable decision of a examined problem represents set of not crossed complexes provided that, for each working place one functional complex is certain in the accuracy. The elementary case of a formulated above problem is known under the name >a problem about purposes< [1], when the complex is defined as a pair >an executor - working place<. In case of three-element complexes we come to a problem about three-combinations. In a general case the complex consists from m of elements and the problem of formation of m-element complexes is formulated on the m-colour column.
Model of stressed-strained State of Multilayer Masses with regard for Non-Ideal Contact of Layers
(1997)
Thus, mathematical model stressed- strained of a condition of layered masses is constructed. The model has high accuracy. It allows to simulate slippery contact of layers without friction. Thus not the order of permitting system of the equations is increased, and at its realization the method of fenite elements does not increase quantity of required degrees freedom. The differential operators included in system the equations are similar known in the classical theory of shells. It facilitates construction of a finite element. Presence in system of the differential equations of derivative of external forces allows to use her for the decision of contact problems with a stain of contact commensurable with thickness of a masses.
Analytical models, describing oscillations of systems of interconnected solid and deformable bodies,making a complex movement in fields of inertia forces and gravitation forces, are resulted. Method of numerical investigation of dynamics of the specified systems, based on sharing of parameter prolongation method, Newton-Kantorovich algorithm, Flocke and Liapunov hteories, is developed. On the basis of constructed analytical models and numerical techniques a new, practically important problems of dynamics of systems, consisting of solid bodies, flexible rods, membranes and soft shells, which make a complex movement in fields of forces of inertia and gravity are solved. The received results are used during designing of responsible elements of structures, making a complex movement, which find application in construction and mechanical engineering.
The phenomenological and computational aspects of the various damage models applications for the low and multi cyclic fatigue processes are investigated. Damage is considered as internal state variable, describing macroscopic effects of the progressive material degradation, within the framework of continuum damage mechanics. Present analysis is restricted to the case of isotropic damage, which can be modeled by a scalar variable. The strain, force and power types of kinetic equations for the damage evolution description are considered. The original mixed strain-power type damage model is developed for taking into account the different physical fracture mechanism in monotone and cyclic loading. The constitutive equations of plastic flow theory coupled and uncoupled to damage has been considered. The rational algorithm of implementation into finite element code is considered for developed damage models. Set of the computational experiments has been carried out for the various structures (huge aerials, pipelines, fastening units, vessel of nuclear reactor) and cases of loading. The comparison of the predictions of the developed model with experimental data is performed for 1X18H10T steel tubular specimens for complex paths of loading and for complex profiles beams under cyclic loading. Damage field distribution is the basic information for the prediction of crack initiation in structures. The developed method of structural parameter for stress concentration zones is discussed for correcting of crack location. It allows to describe the crack initiation near surface domain as observe in numerous experiments.
In the design of a structure, the implementation of reliable soil-foundation-structure interaction into the analysis process plays a very important role. The paper presents a determination of parameters of a suitably chosen soil-foundation model and their influence on the structure response. Since the mechanical data for the structure can be determined with satisfactory accuracy, the properties of the soil-foundation model were identified using measured dynamic response of the real structure. A simple model describing soil-foundation structure was incorporated into the classical 3-D finite element analysis of the structure with commercial software. Results obtained from the measured data on the pier were afterwards compared with those obtained with the finite model of the pier-foundation-soil structure. On the basis of this comparison the coefficients describing the properties in the soil-foundation model were adjusted until the calculated dynamic response coincided with the measured ones. In this way, the difference between both results was reduced to 1%. Full-scale tests measuring eigenmotion of the bridge were performed through all erection stages of the new bridge in Maribor. In this way an effective and experimentally verified 3-D model for a complex dynamic analysis of the bridge under the earthquake loading was obtained. The significant advantage of the obtained model is that it was updated on the basis of the dynamic measurements thus improving the model on the basis of in-situ geomechanical measurements. The model is very accurate in describing the upper structure and economical in describing the soil mass thus representing an optimal solution regarding computational efforts.
The frame of this paper is the development of methods and procedures for the description of the motion of an arbitrary shaped foundation. Since the infinite half-space cannot be properly described by a model of finite dimensions without violating the radiation condition, the basic problems are infinite dimensions of the half-space as well as its non-homogeneous nature. Consequently, an approach has been investigated to solve this problem indirectly by developing Green's function in which the non-homogeneity and the infiniteness of the half-space has been included. When the Green's function is known, the next step will be the evaluation of contact stresses acting between the foundation and the surface of the half-space through an integral equation. The equation should be solved in the area of the foundation using Green's function as the kernel. The derivation of three-dimensional Green's function for the homogeneous half-space (Kobayashi and Sasaki 1991) has been made using the potential method. Partial differential equations occurring in the problem have been made ordinary ones through the Hankel integral transform. The general idea for obtaining the three-dimensional Green's function for the layered half-space is similar. But in that case some additional phenomena may occur. One of them is the possibility of the appearance of Stonely surface waves propagating along the contact surfaces of layers. Their contribution to the final result is in most cases important enough that they should not be neglected. The main advantage of results presented in comparing to other obtained with numerical methods is their accuracy especially in the case of thin layers because all essential steps of Green's function evaluation except of the contour integration along the branch cut have been made analytically. On the other hand the disadvantage of this method is that the mathematical effort for obtaining the Green's function is increasing drastically with the increase of the number of layers. Future work will therefore be directed in simplifying of the above described process
Thin elastic plates are the basic constructional elements and are very often subjected to dynamic effects especially in the machine-building structures. Their saving design of resonance conditions of operation is an extremely complicated task which cannot be solved analytically. In the present report an efficient and sufficiently general method for optimal design of thin plates is worked out on the basis of energy resonance method of Wilder, the method of the finite elements for dynamic research and the methods of parameter optimization. By means of these methods various limitations and requirements put by the designer to the plates can be taken into account. A programme module for numerical investigation of the weight variation of the plate depending on the taken variable of the designed thickness at different supporting conditions is developed. The reasons for the considerable quantity and quality difference between the obtained optimal designs are also analysed.
In the abstract proposed is the Instrumental System of mechanics problems analysis of the deformed solid body. It supplies the researcher with the possibility to describe the input data on the object under analyses and the problem scheme based upon the variational principles within one task. The particular feature of System is possibility to describe the information concerning the object of any geometrical shape and the computation sheme according to the program defined for purpose. The Methods allow to compute the tasks with indefinite functional and indefinite geometry of the object (or the set of objects). The System provides the possibility to compute the tasks with indefinite sheme based upon the Finite Element Method (FEM). The restrictions of the System usage are therefore determined by the restrictions of the FEM itself. It contrast to other known programms using FEM (ANSYS, LS-DYNA and etc) described system possesses more universality in defining input data and choosing computational scheme. Builtin is an original Subsytem of Numerical Result Analuses. It possesses the possibility to visualise all numerical results, build the epures of the unknown variables, etc. The Subsystem is approved while solving two- and three-dimensional problems of Elasticiti and Plasticity, under the conditions of Geometrical Unlinearity. Discused are Contact Problems of Statics and Dynamics.
In this paper the results of the investigations of the free oscillations of the pre-stressed flexible structure elements are presented . Two cases of the central preliminary stress are investigated : without intermediate fastening of the tie to the flexible element and with the intermediate fastening in the middle of the element length. The given physical model can be applied to the flexible sloping shells and arches, membranes, large space antenna fields (besides flexible elements). The peculiarity of these systems is the possibility of the non-adjacent equilibrium form existence at the definite relations of the physical parameters . The transition from one stable equilibrium form to another, non-adjacent form, may be treated as jump. In this case they are called systems with buckling or the systems with two potential «gaps». These systems commenced the new section of the mathematical physics - the theory of chaos and strange attractors. The analysis of the solutions confirms the received for the first time by the author and given in effect of the oscillation period doubling of the system during the transition from the «small» oscillations relatively center to the >large< relatively all three equilibrium conditions. The character of the frequency (period) dependence on the free oscillation amplitudes of the non-linear system also confirms the received earlier result of the duality of the system behaviour : >small< oscillations possess the qualities of soft system; >large< oscillations possess the qualities of rigid system. The >small< oscillation natural frequency changing, depending on the oscillation amplitudes, is in the internal . Here the frequency takes zero value at the amplitude values Aa and Ad (or Aa and Ae ); the frequency takes maximum value at the amplitude value near point b .The >large< oscillation natural frequency changes in the interval . Here is also observed . The influence of the tie intermediate fastening doesn't introduce qualitative changes in the behaviour of the investigated system. It only increases ( four times ) the critical value of the preliminary tension force
The effectiveness of working processes accomplished by various technological machines to a large extend depends on working quality of supply, transporting and orientating mechanisms which are very often produced as positional hydro-mechanical systems. The choice of their best type and regimes of work requires construction and analysis of models of their optimum steering which are complicated by nonlinearness, multy-criterialness of problem and also by occasional outbreaks of parameters and moments of steering regime changing. It was developed the common structure of such systems allowing within common scheme to vary the complexity degree of PHMS and the methods of inhibitory efforts supplement. For some systems which are complicated in series (from two-measured linear system to nine-measured non-linear) puzzles of the most fast zero-ambit getting are solved and two-criterial problems are analyzed. (T-min-speed, Z(T)- accuracy). There are suggested the computing procedures of optimum PHMS synthesis. The effectiveness of accepted methods of solving is asserted by the analogy of the results of gradually complicated models investigation and by their good analogy with the natural experiment. It was exposed the sense of heuristic methods of improving of approximately optimum steering, their elaboration on the base of theoretical models. The basic methods of optimum PGMS construction were also nominated.
The problem of the computation of stresses and settlements in the half-space under various types of loads is often presented in geotechnical engineering. In 1885 Boussinesq advanced theoretical expressions to determine stresses at a point within an ideal mass. His equation considers a point load on the surface of a semi-infinite, homogeneous, isotropic, weightless, elastic half-space. Newmark in 1942 performed the integration of Boussinesq's equations for the vertical stress under a corner of a rectangular area loaded with a uniform load. The problem of the determination of vertical stresses under a rectangular shaped footing has been satisfactorily solved with renewal integration of the Boussinesq's equation over the arbitrary rectangle on surface of the half-space, with a non-uniform load represented with piecewise linear interpolation functions. The problem of the determination of stresses in the case when the footing shape is an arbitrary quadrilateral however remains unsolved. The paper discusses an approach to the computation of vertical stresses and settlements in an arbitrary point of the half-space, loaded with a uniform load, which shape in the ground plan can be a general four noded form with straight edges. Since the form is transformed into a biunit square and all integrations are performed over this area, all solutions are valid also for an arbitrary triangle by the implementation of the degeneration rule.
The paper analyses the influence of the effect of inertia on the reliability of production systems. Systems inertia represents the phenomenon of continuing work for some time after the breakdown of one of the former phases. In our considerations, inertia is treated as the time elapsed from the onset of breakdown till the system's inability to work. A special method had to be devised to investigate the effect of inertia in order to evaluate the reliability of production systems and to attempt algorithmization to control the reliability of production system by means of inertia or reserving. The method of reliability analysis is presented only in an inform aspect. The possibilities of increasing reliability of production systems are listed. A comparison of the redundancy method and inertia method is presented. The results of this comparison and simulated investigations of influence of inertia on reliability of system are essential scope of the paper. Selected conclusions are as follows: when inertia approaches the last phase in the system, its influence on the shape of the distribution of the system's ability increases; an increase in inertia causes an increase in the availability of the system which approaches a certain border value; dependence of the average of a system's disability on inertia has a saddle-like character whereas dependence of the number of breakdowns (stoppages) in the system has the nature of an S-curve.
Parallele Netzgenerierung
(1997)
Bei der Berechnung von statischen oder dynamischen Problemen mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente ist eine Diskretisierung des zu berechnenden Gebietes notwendig. Bei einer sinnvollen Modellierung des Gebietes ist die Elementgröße meist nicht konstant, sondern ist an kritischen Stellen kleiner. Die Vorgaben hierfür können einerseits aus Erfahrungen des Anwenders, andererseits aus einer Fehlerabschätzung einer vorangegangenen FE-Berechnung resultieren [5]. Soll die FE-Berechnung auf einem Parallelrechner geschehen, ist eine Partitionierung des Gebietes, d.h. eine Zuordnung der Elemente zu den Prozessoren, notwendig. Bei dem hier beschriebenen Ansatz werden nun im Gegensatz zu den üblichen Verfahren erst die Eingangsdaten für den Netzgenerator umgewandelt und dann das Elementnetz direkt auf dem Parallelrecher gleichzeitig auf allen Prozessoren erzeugt. Eine Aufteilung der Elemente auf die Prozessoren entsteht als Nebenprodukt der Netzaufteilung. Die entstehenden Teilgebietsgrenzen werden geometrisch minimiert. Die Lastbalance der Netzaufteilung sowie der FE-Rechnung wird durch ein annähernd gleiche Anzahl der Elemente je Partition gewährleistet. Als Eingabedaten wird eine Beschreibung des Gebietes durch Polygonzüge, sowie einer Netzdichtefunktion, z.B. durch Punkte mit Angaben über die angestrebte Elementgröße, benötigt.
Die d - Dirac - Funktion d(x-xi) und Heviside - Funktion wurden vor allem zur Beschreibung diskontinuierlicher Belastungsfunktionen von gebogenen Balken angewendet. Im Referat werden die mathematischen Operationen auf den erwähnten Funktionen dargestellt. Darüber hinaus wird die Möglichkeit eindeutiger Aufschreibung von belibigen Belestungsfunktionen vorgeschlagen, die fast alle Fälle der in der Ingenieurpraxis auftretenden Belastungen umfassen. Die vorgeschlagenen Lösungen geben die Möglichkeit leichter Aufschreibung im Form eines Algorithmus, das die Ausnutzung von Komputertechnik in statischen Berechnungen ermöglicht. Am Ende des Referates werden die Zahlebeispiele dargestellt, die die Möglichkeiten praktischer Anwendungen der besprochenen Funktionen darstellen.
Renovation's peculiarities of industrial enterprises in conditions of economic selfsufficiency
(1997)
Probleme of recrienfation of building complex, to the sharp increase of share of reconstruction works, capital repair and modernisation of in-dustrial plants are concidered in this work. The conception of develop-ment and creation of unitified system of expluatation and renovation of industrial plants are worded out. This system is based on date-computer technology and taking into conciderations of real economic relations.
Multimodel Numerical Analysis of the Elasto-Visco-Plastic Deformation of Materials and Constructions
(1997)
At the present time there is no a generally accepted theory of visco-plasticity which is applicable for a wide class of materials and arbitrary paths of loading. The multimodel approach, based on the creation of hierarchical sequence of the models, is the most rational. The developed library of elasto-visco-plastic models includes both simplest and sophistic models demanding numerous experimental data. A unified general form of constitutive equations for all used elasto-visco-plastic models are presented based upon the concept of tensorial internal state variables. It permits to use unified algorithm of boundary tasks solution for different variants of material models. The developed selection criteria system generates the necessary conditions and provides the choice of the simplest variant of theory sufficient for correct problem solution. Formulation of the selection criteria system is based on peculiarities of viscoplastic materials behavior for the wide range thermomechanical loading and numerous computational experiments with structures different complexity levels. A set of effective schemes of integration stress-strain relations and non-linear finite element system solution are discussed for the considered class of material models. Application possibility of different material models is studied both for material element and for complicated structures. Application of the multimodel approach in numerical computations has demonstrated possibility of reliable prediction of stress-strain response under wide variety of combined loading.
The purpose of this paper is to review model for finite element techniques for non-linear crack analysis of reinforced concrete beams and slabs. The non-linear behaviour of concrete and steel were described. Some calculations of >self-stress< for concrete and reinforced concrete beam was made. Current computational aspects are discussed. Several remarks for future studies are also given. The numerical model of the concrete and reinforced concrete was described. The paper shows the results of calculations on a reinforced concrete plane stress panel with cracks. The non-linear, numerical model of calculations of reinforced concrete was assumed. Using finite elements method some calculations were made. The results of calculations like displacements, stresses and cracking are shown on diagrams. They were compared with experimental results and other finding. Some conclusions about the described model and results of calculation are shown.
Authors' own research in applied unicriterial and multicriterial optimisation of bar structures, and also an analysis of accessible bibliography on structural synthesis allows to present herein an attempt to define a general algorithm for proceeding in formulation of a structural optimisation problem. A practical aspect of such an algorithm consists, in author's opinion, in enabling a designer a correct creation of a mathematical model of synthesis problems, independently of known mathematical methods employed to looking for an unconditional extremum of function of several variables. A proposed algorithm is not a ready-for-use tool for solving all the optimisation problems, but it constitutes an easy-to-expand theoretical basis. This basis should allow a designer to create a proper set of compromises on the way to construct a mathematical model of a specific optimisation problem. The algorithm, presented in the paper, is constructed as a sequence of the one-after-another problem questions, on which the designer answers: yes or no, and a set of selections from the knowledge base consisting of the elements of an optimisation problem components. The order of making questions adopted by the authors in the algorithm is subjective, however it is supported by their experience, both in applied optimisation and in designing of structures like trusses or frames.
Der Funktionsumfang von 3D-Modellierern und die Leistung allgemein zur Verfügung stehender Rechnersysteme gestatten die Modellierung beliebiger Objekte in jeder nur denkbaren Fachdisziplin. Das potentielle Leistungsvermögen von 3D-Modellierern sollte Anreiz sein, sie so alltäglich einzusetzen, wie die etablierten Standardapplikationen. Die im Vortrag gezeigten Modelle umfassen ein kleines Spektrum der möglichen Anwendungsgebiete. Weder vom (Daten)Umfang noch von ihrem Kompliziertheitsgrad stellen sie etwas Besonderes dar. Sie sollen nur das Interesse für einen alltäglichen Einsatz von 3D-Modellierern wecken und eventuell vorhandenen Einsatzschwellen abbauen helfen. Die im Vortrag gezeigten Bildfolgen sind unter http://www.uni-weimar.de/animationen zu finden.
Der englische Physiker und Mathematiker Roger Penrose hat eine mathematische Pflasterung entdeckt, deren Formenreichtum neue Impulse in der Architektur setzen kann. In der Gemeinde Bütgenbach im Hohen Venn, Belgien, wurde das Verwaltungszentrum durch den Essener Architekten Ernst Burghartz mit mehrereren Penrose-Pflasterungen versehen. Diese beruhen auf einem Computer-Programm, welches der Vortragende zusammen mit Dr. Frank Martini entwickelt hat. Herr Burghartz hat jedoch diesen Vorentwurf nach seinen künstlerischen Vorstellungen abgewandelt.
Seit mehreren Jahren wird im Fachbereich Gestaltung, Studiengang Innenarchitektur 3D-Computergrafik und -animation in Lehrveranstaltungen ausgebildet und in Projekt- und Diplomarbeiten als Darstellungsmedium angewandt. Eine besondere Herausforderung stellen dabei die 3D-Visualisierungen von historischen Gebäuden dar. Mit den beiden nachfolgenden Beispielen soll der Einsatz und die curricularen Verknüpfung der CA-Technologie mit Studienarbeiten und Projekten zum Thema >Denkmalpflege< aufgezeigt werden. Rekonstruktion und Visualisierung des ehemaligen >Jagdschlosses Platte< bei Wiesbaden. Mit Unterstützung einer Kunsthistorikerin wurde in einer Studienarbeit das im Krieg zerstörte ehemalige Jagdschloß im Computer nachgebildet. Neben der Darstellung des Gebäudeäußeren und des zentralen Innenbereiches wurde eine Animation über die Triangulierung der klassizistischen Geometrie erstellt. Umnutzung historischer Bausubstanz am Beispiel der ehemaligen Klostersanlage >Schiffenberg< bei Gießen. Im Rahmen einer Projektarbeit wurden mehrer Konzepte entwickelt, Entwürfe erstellt und mittels Computeranimationen öffentlich präsentiert. In Kooperation mit dem Studiengang Fernsehtechnik (FH-Wiesbaden) wurde von zwei Studenten eine Videodokumentation über den gesamten Projektverlauf erstellt. Neben dem Aufzeigen der Arbeitsprozesse und dem Vorstellen des Lehrkonzeptes für die curriculare Einbindung der CA-Technologie werden aktuelle Studienergebnisse anhand von Videoprojektionen vorgestellt.
Methods with the convergence order p 2 (Newton`s, tangent hyperbolas, tangent parabolas etc.) and their approximate variants are studied. Conditions are presented under which the approximate variants preserve their convergence rate intrinsic to these methods and some computational aspects (possibilities to organize parallel computation, globalization of a method, the solution of the linear equations versus the matrix inversion at every iteration etc.) are discussed. Polyalgorithmic computational schemes (hybrid methods) combining the best features of various methods are developed and possibilities of their application to numerical solution of two-point boundary-value problem in ordinary differential equations and decomposition-coordination problem in convex programming are analyzed.
In the given paper the generalized formulation of the problem of computer modelling of the complex-composite structure interaction with different types of dynamic loads and effects is discussed. Here the analysis is given as for the usage of some universal computing systems for the solution of such problems. Also if is shown that the quantification of the dynamic models of the complex-composite systems with the variable structure, depending on the character and intensivity of the effects, is necessary. The different variants of the joint and the space structure element modelling are gested. It allows to consider the complex modes of the joint bending-torsional oscillations of such structures as bridges, towers, high-rise buildings. The peculiarities of the modelling and testing of some problems of the objects aerodynamics and the interaction of the frameworks constructions with shock and movable loads are considered. In this paper the examples of the complex-composite structure dynamic analysis are shown. It is achieved by means of some special methods of the input of the real inducements and loads of the exploitated analog-object into the computing model. The suggested models found a wide use both at the design of new structures and the dynamic monitoring of the exploitated structures.
Bei der Betrachtung von Stapelproblemen ergibt sich unter anderem folgendes Problem: Ein gegebener Stapel - bestehend aus den Elementen v i der Menge V - soll an anderer Stelle in einer vorgeschriebenen, veränderten Struktur wieder aufgebaut werden. Dazu stehen Hilfsstapelplätze zur Verfügung. Die Optimierung dieses Problems hinsichtlich der Anzahl der benötigten Hilfsstapelplätze ist NP-vollständig. Es werden Erfahrungen mit einem Branch-and-Bound Algorithmus zur Lösung des Problems vorgestellt sowie ein heuristischer Algorithmus diskutiert
Gegenstand der Betrachtung ist ein spezielles Tourenproblem der Schüttgutoptimierung. Man stelle sich als Realitätsbezug ein Transportunternehmen vor, das eine Anzahl von gleichartigen Fahrzeugen in einem Fuhrpark stationiert hat. Vorgegebene Mengen von Schüttgut müssen von einer Kiesgrube zu mehreren Baustellen transportiert werden. Dabei sind Be- und Entladezeiten, unterschiedliche mittlere Geschwindigkeiten für Leer- bzw. Lastfahrten und Schichtzeiten zu berücksichtigen. Gesucht ist eine optimale Anzahl von einzusetzenden Fahrzeugen und die zugehörigen Tourenpläne mit dem Ziel der Minimierung der Transportkosten unter Beachtung der Lieferverträge. Die Lösung des Problems erfolgt in zwei Phasen. Zuerst wird die Frage geklärt, wieviele Fahrzeuge bei minimalem Kostenniveau einzusetzen und welche zu den Leerfahrten gehörigen Teilstrecken wie oft zu befahren sind. Anschließend wird mit heuristischen Verfahren versucht, die Menge der zu fahrenden Teilstrecken so auf die Fahrzeuge aufzuteilen, daß für jedes Fahrzeug eine zulässige Tour entsteht. Zur komplexen Lösung einer denkbaren Aufgabe liegt ein Programm in der Programmiersprache PASCAL vor. Die erzielten numerischen Resultate belegen, daß auch für Probleme größerer Dimension eine Optimallösung oder sehr gute Näherungen in vernünftiger Zeit gefunden werden.
Priority-rule methods for approximately minimizing the duration of a project subject to minimal and maximal time lags between the activities of the project and limited availability of renewable resources are considered. Such a project can be modelled by a cyclic activity-on-node network. Two generation schemes for constructing feasible schedules are discussed: the serial and parallel schemes. Two different kinds of heuristic procedures are proposed. The sequential or direct method processes the activities or respectively nodes of the project network one after another without considering the strong components separately. The contraction method uses a bottom-up technique. First, a feasible subschedule is determined for each strong component. Second, each strong component is replaced by a single node and the resulting acyclic network is treated by the direct method. In conclusion, some results from an experimental performance analysis of the heuristics are given using a new network generator.
We consider the standardization problem (SP) which can be formulated as follows. It is known demand bi in each type i in {1, 2, ..., n} of items. Production of yi items of the ith type brings a profit fi (yi), where fi is a nondecreasing concave function for each i in {1, 2, ..., n}.It is necessary to satisfy the demand and to maximize the total profit provided that there exist >standardization possibilities< . These possibilities means that some types of items can be replaced by some another types. We introduce generalized standardization problem (GSP) in which titems demand is given as the set of admissible demand vectors. We show that GSP and SP are special cases of the resource allocation problem over a network polymatroid. Ibasing on this observation we propose a polynomial time solution algorithm for GSP and SP.
The idea of representing urban structure and various communication systems (water and energy supply, telephone and cable TV networks) as fractal objects is not absolutely new. However, known works, devoted to this problem use models and approaches from fractal physics. For example, to simulate urban growth Diffusion Limited Aggregation (DLA) model and Dielectric Breakdown (DB) model are used. This study introduces a different approach. Net structure of communication system is described by a graph of special type called regular G(l,r,n)-graph. Authors provide description of such graph, develop iterative process for its generation and prove its self-similarity, i.e. that every regular graph is a pre-fractal. After the infinite number of steps this process generates a fractal. The devised algorithm for generation and grathical representation of regular G(l,r,n)-graphs with different values of l,r and n has been programmed to receive computer simulations. For optimal graphic presentation of pre-fractals the Optimal Space Ordering method was suggested. It is based on the minimization of the >graph energy< value about vertices' coordinates. The effective procedure for optimization was developed that takes into account specific properties of graph energy as objective function For the fractal graph introduced the Hausdorff-Besikovich and similarity dimensions were calculated. It has been shown that >graph energy< is directly related to the graph's fractal properties. For G(3,3,n) and G(4,4,n) graphs fractal dimensions calculated by different methods are the same (D=1,5 and D=2 respectively), while topological dimension of both graphs is 1.
A multicriterial statement of the above mentioned problem is presented. It differes from the classical statement of Spanning Tree problem. The quality of solution is estimated by vector objective function which contains weight criteria as well as topological criteria (degree and diameter of tree). Many real processes are not determined yet. And that is why the investigation of the stability is very important. Many errors are connected with calculations. The stability analysis of vector combinatorial problems allows to discover the value of changes in the initial data for which the optimal solution is not changed. Furthermore, the investigation of the stability allows to construct the class of the problems on base of the one problem by means of the parameter variations. Analysis of the problems with belong to this class allows to obtaine axact and adecuate discription of model
This work was partially supported by DAAD, Fundamental Researches Foundation of Belarus and International Soros Science Education Program We consider a vector discrete optimization problem on a system of non- empty subsets (trajectories) of a finite set. The vector criterion of the pro- blem consists partial criterias of the kinds MINSUM, MINMAX and MIN- MIN. The stability of eficient (Pareto optimal, Slater optimal and Smale op- timal) trajectories to perturbations of vector criterion parameters has been investigated. Suficient and necessary conditions of eficient trajectories local stability have been obtained. Lower evaluations of eficient trajectories sta- bility radii, and formulas in several cases, have been found for the case when l(inf) -norm is defined in the space of vector criterion parameters.
The theory of random matrices, or random matrix theory, RMT in what follows, has been developed at the beginning of the fties to describe the sta- tistical properties of energy levels of complex quantum systems, [1], [2], [3]. In the early eighties it has enjoyed renewed interest since it has been recognized as a very useful tool in the study of numerous physical systems. Specically, it is very useful in the analysis of chaotic quantum systems. In fact, in the last years many papers appeared about the problem of quantum chaos which implies the quantization of systems whose underlying classical dynamics is irregular (i.e. chaotic). The simplest models considered in this eld are billi- ards of various shapes. From the the classical point of view, a point particle in a 2-dimensional billiard displays regular or irregular motion depending on the shape of the billiard; for instance motion in a rectangular or circular billi- ard is regular thanks to the symmetries of the boundary. On the other hand, billiards of arbitrary shapes imply chaotic motion, i.e. exponential diver- gence of initially nearby trajectories. In order to study quantum billiards we have to consider the Schroedinger equation in various 2-dimensional domains. The eigenvalues of the Schroedinger equation represent the allowed energy levels of our quantum particle in the billiard under consideration, while the eigenfunction norms represent the probability density of nding the particle in a certain position. The question of quantum chaos is whether the charac- ter of the classical motion (regular or chaotic) can in uence some properties
With the help of functional analytical methods complex analysis is a powerful tool in treating non-linear first-order partial differential equations in the plane. Some of the most important of these equations are the Beltrami equations. This is due to the fact that the theory of Beltrami systems is related to many problems of geometry and analysis, like non-linear subsonic two-dimensional hydrodynamics, problems of conformal and quasiconformal mappings of two-dimensional Riemannian manifolds, or complex analytic dynamics. The theory of Beltrami equations is strongly connected with the -operator. This singular integral operator is immediately recognized as two-dimensional Hilbert-transform, known also under the name of integral operator with Beurling kernel, acting as an isometry of L2(C) onto L2(C). In hypercomplex function theory the Beltrami equations have not yet this importance, but nevertheless, they are a basic condition for the transfer of complex methods and efforts for solving partial differential equations, especially of non-linear type, to the spatial case. Here we deal with hypercomplex Beltrami systems. For this we restrict ourselves to the quaternionic case, but without any loss of generality. We will show how a spatial generalization of the complex -operator can be used to solve systems of non-linear partial differential equations, in particular different types of spatial Beltrami systems. Also, the for practical purposes so important norm estimates will be derived. Some of our results are stronger as known results in the complex case, but they are applicable in the complex situation, too.
The aim of this talk is to show that the methods used by Métivier and Lapidus to study the eigenvalue distribution of elliptic operators (e.g., of the Dirichlet Laplacian) can be adapted to the study of the similar problem for the Stokes operator. In this way we get asymptotic formulae for the eigenvalues of the latter operator even in the case when the underlying domain has an extremely irregular (fractal) boundary. In the case the boundary is not that irregular (e.g., when it is Lipschitz) the estimates we obtain are much better than the ones we can find in the current literature.
Bauwerke sind in ihrer Betriebszeit vielen nutzungseinschränkenden Einflüssen ausgesetzt. Die dadurch erforderliche Instandhaltung dient zur Gewährleistung und zur Erhöhung der geplanten Nutzungsfähigkeit sowie Dauerhaftigkeit von Bauwerken. Sie spielt eine immer größere Rolle im Bauwesen. Die Kosten der Bauwerksinstandhaltung betragen je nach Art des Bauwerkes in Deutschland pro Jahr ca. 1-6% des Wiederbeschaffungswertes. Die Reduzierung des Instandhaltungsaufwandes durch Technik- und Management-Maßnahmen ist daher wirtschaftlich sinnvoll. Der Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnologie auf dem Gebiet der Bestandsaufnahme und -analyse ist erforderlich, um einerseits die Bearbeitung von multimedialen Informationen über Ist- und Soll-Zustände von Bauwerken effektiver durchzuführen und um andererseits die Analyse von Schäden im Sinne einer Entscheidungshilfe zu unterstützen. Durch den Einsatz der WWW-Technologie kann die Bearbeitung auch verteilt im Datennetz über ferne Rechner hinweg erfolgen. Im Beitrag werden die Konzeptionierung und Implementierung des WWW-fähigen DV-Systems BINAS zur Unterstützung der Bestandsaufnahme und -analyse sowie die dafür erforderlichen Methoden und Werkzeuge vorgestellt.
Die Entwicklung Berlins zur neuen Hauptstadt des vereinigten Deutschlands erfordert den umfangreichen Ausbau der innerstädtischen Verkehrswege und eine umfassende Einbindung in das bundesweite Verkehrsnetz. Der Ausbau der Inter-City-Express-Strecke zwischen Hannover und Berlin bedingte eine Umplanung großer Streckenabschnitte der Deutschen Bahn AG. Im Zeitalter der computergestützten Informationsverarbeitung sind gerade auf dem Gebiet der Tragwerksplanung konstruktiver Ingenieurbauten vielfältige Möglichkeiten gegeben. So ist bei der Planung von Brückenneubauten eine durchgehende computergestützte Konstruktion und Tragwerksplanung vom Vorentwurf bis hin zur Fertigung möglich. Weiterhin gestatten besondere Berechnungsmethoden bei speziellen Belastungsarten eine exaktere Schnittkraft- und Spannungsermittlung und dadurch eine dem wirklichen Tragverhalten entsprechende genauere Nachweisführung. An Beispielen aus dem konstruktiven Ingenieurbau im Zuge der Sanierung der Berliner Stadtbahn wird die Anwendung moderner Rechentechnik und computergestützter Konstruktionsmethoden und Berechnungsverfahren diskutiert. Die Berliner Stadtbahn wird in weiten Abschnitten über gemauerte Ziegelsteinviadukte geführt. Das Konzept der Sanierungsmaßnahmen sah neben der Anordnung einer lastverteilenden Platte einen Gleisaufbau als Feste Fahrbahn vor. Zusätzlich wurden die Gleisabstände den heutigen Bundesbahnvorschriften angepaßt. Aus diesem Grund wurde eine genaue Nachrechnung der Stadbahnviadukte unter Berücksichtigung der verschiedensten Parameter (z.B. Fugen in der lastverteilenden Platte, Rißbildung im Mauerwerk, Schubverformungen in Fugen zwischen Beton und Mauerwerk bei Überschreitung von Grenzwerten) erforderlich. Die zwischen dem Berliner Hauptbahnhof und dem Bahnhof Jannowitzbrücke befindliche Eisenbahnüberführung über die Holzmarktstraße wurden abgebrochen. Das neue Bauwerk besteht aus einer zweifeldrigen, schiefwinkligen Deckbrücke für 4 Gleise. Auf Grund der komplizierten geometrischen Randbedingungen erfolgte eine durchgängige computergestützte Erstellung der Ausführungsunterlagen. Die Hauptabmessungen der Konstruktion wurden mit Hilfe von Vermessungsdaten bestimmt, die im CAD-Programm verarbeitet wurden. Die CAD-Daten bildeten die geometrischen Eingangsgrößen für das Berechnungsprogramm. Die Querschnittsdimensionierung der Berechnung ging dann in die CAD-Bearbeitung ein. Die Koordinaten für die Werkstattfertigung sowie für die Montage auf der Baustelle ergaben sich ebenfalls aus den Berechnungsergebnissen.
Der Entwurf einfacher Konstruktionen stellt für den Tragwerksplaner zumeist eine Routineaufgabe dar. Üblicherweise werden Statik, Zeichnungen sowie Elementelisten separat voneinander erstellt. Das Programmsystem ICAD bietet die Möglichkeit, diese Arbeiten in einer Bearbeitungsstufe durchzuführen. Die Programmierung der Bemessung, Darstellung und Auswertung von Bauteilen wird mit dem Editor Emacs vorgenommen, die grafische Umsetzung des compilierten Quelltextes erfolgt im ICAD-Browser. Innerhalb dieser Benutzeroberfläche steht eine Reihe von Werkzeugen für die Eingabe und Visualisierung von Daten zur Verfügung. Betrachtet man die zu bearbeitenden Bauteile und Anschlüsse als bekannte Konstruktionen des Ingenieurholzbaus, für die es eine festgelegte Anzahl von Abmessungen und Kennwerten gibt, so läßt sich jede dieser Konstruktionen als eigenständiger Modul programmieren. Der Tragwerksplaner ist somit in der Lage, aus einem Katalog an Bauteilen und Anschlüssen die Gesamtkonstruktion zusammenzustellen. Allgemeingültige Kennwerte, Berechnungsverfahren und häufig verwendete Unterprogramme stehen modular als Wissensbasis zur Verfügung und werden von den einzelnen Tragelementen bedarfsgerecht eingebunden. Eine weitere Möglichkeit der wissensbasierten Tragwerksplanung stellt die sogenannte Multi-Criteria-Analyse dar. Bei diesem Verfahren nimmt das Programm selbständig eine Entscheidungsfindung für eine oder mehrere günstige Konstruktionslösungen vor. Dazu sind lediglich Wichtungen verschiedener Randbedingungen durch den Anwender erforderlich.
Der Beitrag beschreibt die Entwicklung eines Softwaresystems zur strukturierten Erfassung und Verwaltung bestehender Gebäude in der Architektur. Die Erfassung erfolgt durch die Aufnahme von geometrischen Daten und Sachdaten in unterschiedlichen Abstraktionsstufen unter Einbeziehung einer vorangehenden Dekomposition. Basis für die Entwicklung eines solchen Systems ist die Analyse und Systematik der Erfassungstechniken, -abläufe und der Gegenstand der architektonischen Bestandsaufnahme. Parallel hierzu erfolgt die Bewertung und Nutzung aktueller Techniken und Werkzeuge der applikativen Informatik. Schwerpunkte der Forschungsarbeit sind die Ableitung einer allgemeinen Gebäude- und Bauteilstruktur, die Einbeziehung aktueller informationstechnischer Verfahren und Werkzeuge und die Entwicklung eines entsprechenden Experimentalsystems. Auf eine Auswahl softwaretechnischer Entwicklungen wird näher eingegangen (objektspezifische Eigenschaften, flexible Geometrieerfassung und Benutzeroberflächen).
SLang - the Structural Language : Solving Nonlinear and Stochastic Problems in Structural Mechanics
(1997)
Recent developments in structural mechanics indicate an increasing need of numerical methods to deal with stochasticity. This process started with the modeling of loading uncertainties. More recently, also system uncertainty, such as physical or geometrical imperfections are modeled in probabilistic terms. Clearly, this task requires close connenction of structural modeling with probabilistic modeling. Nonlinear effects are essential for a realistic description of the structural behavior. Since modern structural analysis relies quite heavily on the Finite Element Method, it seems to be quite reasonable to base stochastic structural analysis on this method. Commercially available software packages can cover deterministic structural analysis in a very wide range. However, the applicability of these packages to stochastic problems is rather limited. On the other hand, there is a number of highly specialized programs for probabilistic or reliability problems which can be used only in connection with rather simplistic structural models. In principle, there is the possibility to combine both kinds of software in order to achieve the goal. The major difficulty which then arises in practical computation is to define the most suitable way of transferring data between the programs. In order to circumvent these problems, the software package SLang (Structural Language) has been developed. SLang is a command interpreter which acts on a set of relatively complex commands. Each command takes input from and gives output to simple data structures (data objects), such as vectors and matrices. All commands communicate via these data objects which are stored in memory or on disk. The paper will show applications to structural engineering problems, in particular failure analysis of frames and shell structures with random loads and random imperfections. Both geometrical and physical nonlinearities are taken into account.
Bauwerke werden heute mit umfassender Systematik Bauwerke werden heute mit umfassender Systematik die Brauchbarkeit der Bauwerke werden durch Normung und Prüfung intensiv beeinflußt. Der Computereinsatz ist in diesem Bereich allgemein üblich. Im Gegensatz zu Planungs- und Ausführungsphase eines Bauwerks ist die Betriebsphase wenig systematisiert. Dies ist überraschend, da die Betriebsphase über die Lebensdauer eines Bauwerks hinweg wesentlich größere Kosten verursacht, als der Rohbau und da der Nutzen des Bauwerks ja nicht in seiner Errichtung sondern in seinem Betrieb liegt. Die mangelnde Systematik der Bewirtschaftung ist beispielsweise daran ersichtlich, daß es im allgemeinen noch keine brauchbare Dokumentation der Gebäudebewirtschaftung, wenige Normen und wenig Software für diesen Aufgabenbereich gibt.
Unterschiedliche Sichten auf einen Anwendungsbereich drücken sich in unterschiedlich strukturierten Modellen aus. Diese Modelle enthalten im allgemeinen unterschiedliche Arten von Informationen über Objekte ihres Anwendungsbereiches. In diesem Beitrag soll ein Konzept zur Modellintegration beschrieben werden, das die Zusammenführung dieser Informationen gestattet. Im Gegensatz zu traditionellen Methoden des Datenaustauschs, bei dem Objekte des einen Modells in Objekte des anderen Modells konvertiert werden, beruht das Integrationskonzept auf dem Erkennen und dem Verbinden einander äquivalenter Objekte in den Modellen. Als Grundlage zur Beschreibung der Modellschemata wurde die in der ISO 10303-11 spezifizierte konzeptuelle Sprache EXPRESS benutzt. Der Objektzugriff wird durch ein Laufzeitsystem realisiert, das auf der Basis des Standard Data Acces Interface (SDAI ISO 10303-22) entwickelt wurde. Die Modellintegration umfaßt zwei Teilbereiche. Zum einen muß ein Abgleich der verschiedenen Schemata (Schema mapping) erfolgen. Zum anderen müssen Regeln zur Objektidentifikation (Object matching) beschrieben werden. Zur Angabe dieser Integrationsinformationen wurden Strukturen entwickelt. Die in diesen Strukturen abgelegten Beziehungen werden durch das Laufzeitsystem ausgewertet. Durch diese Vorgehensweise lassen sich zum einen alle verfügbaren Informationen über Objekte des Anwendungsbereiches zusammenführen, so daß sie im Gesamtkontext sichtbar werden und bearbeitet werden können. Zum anderen können Inkonsistenzen zwischen den Modellen erkannt und ausgewertet werden.
Increasing complexity of today's buildings requires a high level of integration in the planning process. Common planning strategies, where individual project partners cooperate mainly to exchange results, are not suitable to jointly develop project goals and objectives. Integrated planning, a more holistic approach to deal with complex problems, is based on a high degree of communication amoung team members and leads to a goal oriented cooperation. Current approaches in the reasearch area of Computer Supported Cooperative Work (CSCW) poorly meet the requirements in planning. A planning process model, based on the principles of integrated planning will be introduced, aimed to provide the background for the implementation of a CSCW-platform.
We provide a critical overview of the current status of computational support for construction the management and building performance evaluation in North-America. This overview is based on the research conducted in relation to the design and construction of the Intelligent Workplace (IW), Carnegie Mellon University, Pittsburgh, Pennsylvania, USA. With regard to the commercial software products in the field of construction management the following limitations can be identified: Although project planning, cost estimating and construction simulation are supported, tasks like bidding as well as site and material management have not received the same level of attention. Few project management software packages are integrated in a total design support software system. Little analysis or evaluation options are provided to support managerial decision making. Various research groups address the construction planning and scheduling, construction contracting, site layout generation as well as the integration of these three topics. Currently problems such as efficient material management and calculation of environmental and energy responsive site management are insufficiently addressed within the ongoing research projects. In the domain of building performance simulation and decision support one can notice that, the development and application of computational tools is industry driven. As a result the concerns addressed by the tools are mainly issues pertaining to the selection and sizing of systems and components rather than an integrated performance evaluation. Consequently, these programs are rarely used by building designers, especially in the early design stages, where the predictive capabilities of simulation tools could be of significant value. Although many research institutions address the necessity for the integration of performance simulation within the overall design support environments most of the practically available performance simulation tools still remain mono-dimensional and isolated.
Informationstechnische Integration im Bauwesen durch Nutzung fachspezifischen Anwenderwissens
(1997)
Im vorliegenden Beitrag wird ein Integrationskonzept vorgestellt, bei dem das fachspezifische Wissen des Anwenders integraler Bestandteil des Konzeptes ist. Grundgedanke des Konzeptes ist es, die Informationen vorerst im Kontext der Anwendung, mit der sie erstellt wurden, zu belassen. Die Interpretation der Informationen erfolgt durch den Anwender, der diese Informationen zur Integration nutzen möchte. Er weiß, welche Daten er für seine Arbeiten benötigt, und er verfügt über das erforderliche fachspezifische Wissen, um die Informationen anderer Bearbeiter verstehen zu können. Damit ist es nicht erforderlich, die internen Datenstrukturen einer Software zu verstehen und in einem neutralen Format zu beschreiben. Die Integration erfolgt interaktiv am Bildschirm durch den Anwender. Das vorgestellt Konzept wird in den Kontext der in der Literatur beschriebenen Integrationskonzepte eingegliedert. Hierzu werden die Integrationskonzepte klassifiziert. Die Klassifikation erfolgt auf der Grundlage der Software-Architekturen. Das vorgestellte Integrationskonzept wird am Beispiel der Angebotsbearbeitung im Bauwesen konkretisiert.
For many purposes geometric information about existing buildings is necessary, e.g. planing of conservation or reconstruction. Architectural photogrammetry is a technique to acquire 3D geometric data of buildings for a CAD model from images. In this paper the state of the art in architectural photogrammetry and some developments towards automation are described. The photogrammetric process consists of image acquisition, orientation and restitution. Special attention is put on digital methods, from digital image acquisition to restitution methods, supported by digital image processing. There are a few field of development towards automation, e.g. feature extraction, extraction of edges and lines and the detection of corresponding points. The acquired data may be used in a CAD environment or for visualization in Virtual Reality Models, using digital orthoimages for texture mapping.
Due to technological progress and European standardization (e.g. ISO certification) there is an increasing demand to automate the digital recording of building plans. Currently there are two approaches available: (1) labour-intensive redrawing with digitizing tablets or by screen digitizing, (2) automatic scanning and vectorizing where vectorization generally demands an interactive follow-up treatment due to incomplete or ambigues results. This paper proposes a knowledge-based approach for building plan analysis. The procedure reveals the following processing steps: scanning of the building plan, enhancing the image quality and binarization, extraction of lines, line junctions and character fields, knowledge-based interpretation and grouping of image features to domain specific feature aggregates like door symbols, stair symbols etc., optical character recognition and lexicon-based interpretation of character fields, matching of feature aggregates with dimension sets. First results of a prototype implementation are presented. At last an extension of the approach towards a semantic modeling concept showing a coupling between 3D object modeling and an explict 2D modeling of images and technical drawings is presented
There is an increasing need for 3D building extraction from aerial images for various applications such astown planning, environmental- and property-related studies. Aerial images usually reveal on one hand a certain amount of information not relevant for the given task of building extraction like vegetation, cars etc. On the other hand there is a loss of relevant information due to occlusions, low contrasts or disadvantageous perspectives. Therefore a promising concept for automated building reconstruction must incorporate a suffciantly complete model of the objects of interest. We propose a model-based approach to 3D building extraction from aerial images which reveals a tight coupling between a generic 3D object model and an explicit 2D image model. The generic object model employes domain specific volumetric primitives (i. e. building part models) and combination schemes. To cover the gap between 3D object models and 2D image data the image model is employed to predict the projective building appearences in aerial images. We present a strategy for a model-based building extraction based on the recognition-by-components principle and show first experimental results derived from international test sets
Eine Bauunterlage ist in der Regel an mehreren Orten vorhanden. Sie wird von verschiedenen Personen an verschiedenen Orten zu verschiedenen Zeitpunkten geändert. Die Änderungen sind häufig und in vielen Fällen von geringem Umfang. Die Verteilung solcher Unterlagen in Computernetzen, sowie die Durchführung und die Verwaltung von Änderungen stellen hohe Anforderungen an die Informations- und Kommunikationstechnik. Insbesondere ist die Konsistenz der Unterlagen unter Berücksichtigung der typischen Merkmale des Arbeitsablaufes im Bauwesen zu sichern. Im Vortrag wird ein Konzept für die Bearbeitung von Bauunterlagen, insbesondere für Zeichnungen, in Computernetzen vorgestellt. Grundlage dieses Konzeptes ist die Norm ISO 10303 STEP (The standard for exchange of product model data). Das AP 201 >Explicit draughting< der ISO 10303 wurde als Austauschformat für Zeichnungen festgelegt. Im Rahmen des Vortrages wird ein Projektmodell vorgestellt. Das Projektmodell bildet den Informationsfluß während des Bauprozesses ab und ermöglicht die Sicherung der Konsistenz einer Zeichnung während der Bearbeitung der verschiedenen Fachleute. Bei Änderung einer Zeichnung wird ausschließlich die Differenzmenge als Information übertragen. Da die Arbeitsweise des Ingenieurs im Bauwesen eine Vollauthomatisierung des Datenaustausches nicht zuläßt, werden Änderungen nur nach Entscheidung des zuständigen Fachmanns in die ursprüngliche Fassung der Zeichnung übernommen. Werkzeuge für die Unterstützung der Auflösung von Widersprüchen in einem Dokument werden vorgestellt.
Es wird gezeigt, daß im allgemeinen die Zeichnungsinhalte von Entwurfsplänen im konstruktiven Ingenieurbau in Teilzeichnungen zerlegt werden können, denen fachspezifische Objekte des Bauwesen entsprechen. Solche Objekte sind beispiels- weise Querschnitte, Träger, Stützen und Fundamente. Diese Teilobjekte werden durch eine unterschiedliche Anzahl von Parametern festgelegt werden. Wählt man für diese Parameter die entsprechendnen Fachbegriffe, so hat man durch diese die Möglichkeit die Teilobjekte auch in Datenbanken zu speichern. Neben den Sachparametern müssen auch zeichnungs- technische Werte, wie Maßstab, gewählte Längeneinheiten (m,cm..) und Einsatzpunkt - für die Lage des Teilobjektes im Gesamtplan - gespeichert werden. Zeichenmodule für jedes Teilobjekt können dann bei Aufruf eines bestimmten Planes aus den Daten der Datenbank die Teilzeichnungen generieren, sodaß eine Planspeicherung in der übliche Speicherform (Speicherelemente Punkt, Linie usw.) nicht mehr erforderlich ist. Neben der reinen Darstellung können die Programmodule auch dahingehend erweitert werden, daß auch die zugehörigen Berechnungen durchgeführt werden. Die numerischen Ergebnisse wie auch die Eingabewerte werden in einem alfanumerischen Dokument abgelegt. Damit ergibt sich dann ein Konstruktionsystem für den Entwurf, das insbesondere die Berechnung von Varianten sehr erleichertert. In Sonderfällen können auch die Pläne in ein Standard CAD Programm eingelesen werden, um allfällige Besonderheiten interaktiv zu ergänzen. Das relationale Modell wird weiters vorgestellt, nach dem die Zeichnungsinhalte gespeichert werden. Neben reinen Teilobjektsätzen werden auch Tabellensätze verwendet, um unter einem Namen mehrere numersiche Daten verwalten zu können. Es werden auch sogenannte Fort- setzungssätze besprochen, die in Entsprechung der stark unterschiedlichen Anzahl der Objektattibute verwendet werden.
Neben der reinen Bauausführung und den damit verbundenen Roh- und Ausbaukosten stellt insbesondere die Bewirtschaftung von Gebäuden einen wesentlichen Kostenfaktor dar, den zu minimieren Ziel der Bestrebungen auf dem Gebiet des Facilities Management ist. Insbesondere die Integration der verteilt vorliegenden Informationen muß hierbei das Ziel sein, um durch effiziente Informationsverarbeitung eine Einsparung von Unterhaltskosten zu erreichen. Bereits in der Planungsphase lassen sich die späteren Kosten für die Bewirtschaftung modellieren. Dies gilt auch für die Modellierung des Energiehaushaltes von Gebäuden. Für die Modellierung des Wärmeschutzes und der damit verbundenen Ermittlung des Heizenergiebedarfs werden z.Zt. starke Vereinfachungen getroffen, die durch die aktuelle Wärmeschutzverordnung vorgegeben sind, so daß die errechneten Werte meist sehr ungenau sind. Für eine DV-gerechte Modellierung eines Gebäudes während seiner Bewirtschaftung reichen herkömmliche CAD-Systeme nicht aus, da das Modell verschiedene Sichten zulassen muß: Neben einer bauteilorientierten Sicht muß auch eine raumorientierte Sicht vorgehalten werden, damit eine Modellierung von flächenbezogenen Parametern wie z.B. Kosten möglich wird. Dieser Beitrag zeigt einen Ansatz, der eine intensive Nutzung heterogener Ressourcen und Informationen auf der Grundlage eines dreidimensionalen Gebäudemodells ermöglicht. Exemplarisch für die Bereiche Raummanagement (im Sinne von kosten- und nutzungsorientierter Bestandsverwaltung) und Bauphysik wird dieser Ansatz erläutert und die Eingliederung dieser Teilgebiete der Bestandsverwaltung und -bewirtschaftung in ein Gesamtsystem aufgezeigt.
Die Kosten für die Unterhaltung von Bauwerken über den Lebenszyklus sind im Vergleich zu den Planungs- und Herstellungskosten erheblich größer. Insbesondere setzt eine Reduzierung des Instandhaltungsaufwandes als Teilprozeß der Bestandsverwaltung das rechtzeitige Erkennen von Bauschäden und das vorausschauende Ergreifen von Gegenmaßnahmen voraus. Das planmäßige Vorgehen beim Erkennen von Bauschäden, d.h. die regelmäßige Überwachung baulicher Anlagen, dient nicht nur dem sparsamen Umgang mit vorhandenen Mitteln, sondern verringert auch die Gefahr des plötzlichen Versagens von tragenden Bauteilen. Dadurch werden Gefahren für die Nutzer der Bauwerke frühzeitig abgewendet. Die Notwendigkeit der systematischen Instandhaltung mit modernen Methoden wird auch in den Schlußfolgerungen des dritten Bauschadensberichts des Bundesministeriums für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau unterstrichen. Um den Zustand eines Bauteils festzustellen, werden ausreichende Informationen über Struktur, Material, Alter, Belastungen, Umweltbedingungen etc. benötigt. Zur Verarbeitung dieser Fülle von Informationen unterschiedlichen Typs (z.B. technische Dokumente, CAD-Zeichnungen, Photos etc.) bei der Überwachung und Dokumentation baulicher Anlagen ist eine geeignete DV-Unterstützung notwendig. Zur Verwaltung der komplexen Baustrukturinformationen werden objektorientierte Bauwerksmodelle benötigt. Zur bedarfsgerechten Aufbereitung der unterschiedlichen Informationsarten und -qualitäten ist zusätzlich eine multimediale Informationsverarbeitung sowohl intern als auch in der Benutzungsschnittstelle erforderlich. Im Beitrag werden die Grundlagen objektorientierter Methoden zur Bauwerksmodellierung sowie von Multimedia mit den Bereichen Text, Graphik (Vektor- und Pixelgraphik), Audio, Photo und Video einschließlich deren Verknüpfungsmöglichkeiten im Sinne von Hypermedia an Beispielen erläutert. Zusätzlich werden aktuelle Entwicklungstendenzen im Bereich der Telekommunikation mit den Möglichkeiten des Computernetzes INTERNET zur Bestandsverwaltung in verteilten Systemen aufgezeigt. Abschließend werden Anwendungen der objektorientierten und multimedialen Informationsverarbeitung in der täglichen Ingenieurpraxis am Beispiel des DV-Systems BestandManager zur Überwachung und Dokumentation baulicher Anlagen vorgestellt.
Essence of service unreliability on account of irregularity has been given. The reasons of occurance of overcrowded vehicles have been listed. The factor of service unreliability on account of irregularity has been determined. It is probability of the event, that the passenger finds departing vehicle fully filled, i.e. when all places seating and standing are occupied or condition of the travel, which would be not acceptable for passenger. Large dispersion of headways (i.e. irregularity) increases probability of such situations. To calculate the mentioned factor, the computer simulation was used. Both, passenger arrivals and vehicle operation have been modelled as stochastic interacted processes. Distributions of headways and passenger arrivals have been fixed by statistical methods. The >maximal capacity< of a vehicle has been determined. The set of parameters values for simulation runs has been given. The transformed results of computer simulation are series of nomographs for determination of a factor value. They were prepared for many types of trams and city buses, but only one nomograph has been presented. Difficulties in verification of model were discussed. Recommendations for rational utilisation level of public transport means capacity in the condition of randomness of passenger arrivals and disturbances in vehicle operation have been proposed. The other possibilities of service unreliability have been mentioned. General conclusions have been given
Die Zielstellung der ModalSplitBetrachtungen läuft darauf hinaus, Entscheidungs-kriterien zu erarbeiten, nach denen die einzelnen Personen ihre Verkehrsmittel auswählen. In dieser Veröffentlichung wurden alle drei Gruppen der Modelle (klassische, verhaltensorientierte und der Analyse) der Verkehrsaufteilung kurz charakterisiert. Dann wurden vier ausgewählte Modelle genauer beschrieben. Zum Schluß wird das Modell der Verkehrsmittelwahl dargestellt , das für die Untersuchung der Verkehrsaufteilung in Krakau verwendet wurde .
Das Eintreffen der Passagiere einer Haltestelle eines öffentlichen Nahverkehrsmittel wird als stochastischer Prozeß beschrieben . Die Ankünfte der Nahverkehrsmittel stellen einen Erneuerungsprozeß dar , wohingegen die Ankünfte der Personen innerhalb einer Erneuerungsperiode als instationärer Poissonprozeß aufgefaßt wird. Über die Intensitätsfunktion liegen Messungen vor. Betrachtet wird die Gesamt- wartezeit der Personen an einer Haltestelle .
O-D Matrix sind die wichtigste Informationsquelle, die den Bedarf an Transport in der Stadt betrifft. Sie dienen den richtigen Bildung von Straßennetz und Öffentlichen Personen Verkehrslinien. Anhand diesen Grundlagen gerechnet man Verkehrsstärken, die zur Dimensionierung der Verkehrsinfrastruktur benutzt werden. Im Verkehrsplannung zur Rechnung O-D Matrix wird Vier - Stufen - Methode angewendet. In dieser Methode verwendet man die Angaben aus den Haushaltsumfragen und aus den Kordonumfragen. Diese Methode fordert einen großen Arbeitsaufwand und Kosten. Hier wird die andere Methode dargestellt. Bei Schätzung der O-D Matrix verwendet man die Verkehrsstärken, die in den Straßenquerschnitten gemessen werden. Wir brauchen gemessene Verkehrsstärken auch für andere Ziele (z. B. für Signalsteuerung, für Beobachtung des Motorisierungstrendes). Darum ist diese Methode billiger als das traditionelle Verfahren. In diesen Methode haben wir zwei Möglichkeiten. Die erste - von Verkehrsstärkemessungen kann man O-D Matrix direkt schätzen. Und zweite Möglichkeit - zuerst rechnen wir die Verkehrserzeugungen und später O-D Matrix. Das zweite Verfahren hat einen wesentlichen Vorteil und zwar, anhand der Verkehrserzeugungen ist es möglich alle Elemente O-D Matrix zu rechnen. Bei der Schätzung der O-D Matrix unmittelbar von den Messungen (das erste Verfahren) bekommt man nur diese Elemente, die in den beobachtenen Straßenquerschnitten auftreten.
In diese Veröffentlichung werden die Kennziffern dargestellt, die zur Beurteilung der Struktur von Verkehrsnetzen behilflich sein können. Zu diesem Zweck wurde die Graphentheorie angewendet. Eine erste Gruppe von Bewertungen stützt sich auf die Anzahl der Knoten und Bögen des Netzes. Detailliertere Informationen über Engpässe oder Schwachstellen im Verkehrsnetz erhält man durch die Analyse der Kantenzusammenhangs. Die Unabhängigkeit der einzelnen Verkehrsarten , ihre Bewertung und Maßnahmen, sie zu verbessern werden vorgeschlagen und diskutiert. Weiteren Untersuchungen werden angeregt.
Die Sicherheit von Tragwerken hängt von der zuverlässigen Modellierung sämtlicher Tragwerksparameter ab. Üblicherweise werden diese Parameter als deterministische oder stochastische Größen beschrieben. Stochastische Größen sind Zufallsgrößen, die unscharfe Informationen über Tragwerksparameter mit Hilfe von Dichtefunktionen erfassen. Nicht alle unscharfen Tragwerksparameter lassen sich als Zufallsgrößen darstellen. Sie können jedoch als Fuzzy-Größen modelliert werden. Fuzzy-Größen beschreiben unscharfe Tragwerksparameter als unscharfe Menge mit Bewertungsfunktion (Zugehörigkeitsfunktion). Die Fuzzy-Modellierung im Bauingenieurwesen umfaßt die Fuzzifizierung, die Fuzzy-Analyse, die Defuzzifizierung und die Sicherheitsbeurteilung. Sie erlaubt es, Tragwerke mit nicht-stochastischen unscharfen Eingangsinformationen zu untersuchen. Nicht-stochastische Eingangsinformationen treten sowohl bei bestehenden als auch bei neuen Tragwerken auf. Die unscharfen Ergebnisse der Fuzzy-Modellierung gestatten es, das Systemverhalten zutreffender zu beurteilen; sie sind die Ausgangspunkte für eine neue Sicherheitsbeurteilung auf der Grundlage der Möglichkeitstheorie. Bei der Fuzzy-Analyse ist die alpha-Diskretisierung vorteilhaft einsetzbar. Bei fehlender Monotonie der deterministischen Berechnungen und unter Berücksichtigung der Nichtlinearität wird die Fuzzy-Analyse mit Optimierungsalgorithmen durchgeführt. Zwei Beispiele werden diskutiert: die Lösung eines transzendenten Eigenwertproblems und eines linearen Gleichungssystems. Die Systemantworten der Fuzzy-Analyse werden der Sicherheitsbeurteilung zugrunde gelegt. Für ausgewählte physikalische Größen werden Versagensfunktionen definiert. Diese bewerten die Möglichkeit des Versagens. Mit Hilfe von Min-max-Operationen der Fuzzy-Set-Theorie erhält man aus Versagensfunktion und Fuzzy-Antwort die Versagensmöglichkeit bzw. die Überlebensmöglichkeit. Die ermittelte Versagensmöglichkeit repräsentiert die subjektive Beurteilung der Möglichkeit, daß das Ereignis &qout;Versagen&qout; eintritt. Beispiele zeigen die Unterschiede zwischen der Sicherheitsbeurteilung mittels Fuzzy-Modells und mittels deterministischen Modells.
Die geometrische Modellierung hat in den Ingenieurwissenschaften eine große Bedeutung erlangt. Die Visualisierung von zwei- oder dreidimensionalen Problemstellungen ist aus heutigen Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Zunehmend rücken Aufgabenstellungen aus dem Bereich der geometrischen Modellierung in den Vordergrund, die über die etablierten Dimensionen 1-3 hinausgehen und die nicht mehr rein geometrischer Natur sind. Hierzu zählen Aufgabenstellungen aus den Bereichen numerische Simulation, Parameteridentifikation und Strukturanalyse. Auf diese nicht-geometrischen Aufgabenstellungen sollen geometrische Verfahren, wie z.B. Triangulation, konvexe Hülle, geometrischer Schnitt und Interpolation angewendet werden. Hierzu werden diese Algorithmen, die alle auf der klassischen Geometrie des euklidischen Raumes beruhen, auf ihre Übertragbarkeit hin analysiert und überarbeitet. Am Beispiel einer Parameteridentifikation wird eine systematische Vorgehensweise vorgestellt, die es ermöglicht, trotz weniger Versuchsrechnungen den Bereich der in Frage kommenden Parameter umfassend zu beschreiben. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis der Zusammenhänge der Parameter untereinander. Häufig existieren mehr als eine Parameterkombination, so daß diese eine Isolinie formen, die ihrerseits unendlich viele Lösungen des gestellten Problemes im Untersuchungsgebiet beschreibt.
Der Effekt des praktischen Einsatzes von CAD-Systemen im Stahlbau erschöpft sich heute weitgehend in einer Verbesserung der Qualität der Planungsunterlagen und in der Verkürzung der Bearbeitungszeiten. Dabei ist bei schwierigen individuellen Konstruktionen die Einsparung an Arbeitszeit oft nicht sehr markant gegenüber einer traditionellen Arbeitsweise. Die dreidimensionale Erfassung, Speicherung und Verarbeitung von Konstruktionsdaten im Rechner verlangt neben größeren Rechenleistungen neue Verfahren für die Behandlung dieser Daten. Die Möglichkeiten der Automatisierung stahlbautypischer Produktionsvorgänge und einer variablen, computergestützten Planung erfordern wissenschaftlich-technische Betrachtungen des Gesamtproblems. Ausgehend von den Anforderungen des Stahlbaus wird ein neues dreidimensionales Volumenmodell für den rechnergestützten Entwurf und die Konstruktion erarbeitet. Es werden grundlegende Methoden zur Problembehandlung aufgezeigt. Die Methodik basiert im wesentlichen auf der Methode der Inzidenz-Matrizen, um die Beziehungen zwischen topologischen und geometrischen Informationen eines Körpers darzustellen. Die Ermittlung der lokalen Mannigfaltigkeiten wird mit dem Euler-Polyedersatz verglichen und an Beispielen demonstriert. Eine neue Methode zur Ermittlung der lokalen Mannigfaltigkeiten wird dargestellt. Stahlbauspezifische Konstruktionen werden erzeugt und ihre Gestalt nach Anforderungen verändert. Im besonderen werden stahlbauspezifische Ausklinkungen und Verschneidungen erarbeitet und an Beispielen präsentiert.
A technique for using object-oriented technologies to write structural analysis software has been developed. The structural design information of an individual building is stored in an object-oriented database. A global database provides general design values as material data and safety factors. A class library for load elements has been evolved to model the transfer of loads in a building. This class library is the basis for the development of further classes for other structural elements such as beams, columns or slabs. A software has been developed to monitor the forces transferred from one structural member to another in a building for load cases and combinations according to Eurocode 1. The results of the analysis are stored in the projects database from which a structural design report may be generated. The software was developed under Microsoft Visual C++. The Microsoft Foundation Class Library (MFC) was used to program the Graphical User Interface (GUI). Object Linking and Embedding (OLE) technology is useful to include any type of OLE server objects for example texts written with a word processor or CAD drawings in the structural design report. The Object-Oriented Database Management System (OODBMS) ObjectStore provides services to store the large amount of objects.
A Product Model of a Road
(1997)
Many errors and delays frequently appear when data is exchanged between particular tasks in the lifecycle of the road. Inter-task connections are therefore of great importance for the quality of the final product. The article describes a product model of a road wich is the kernel of an integrated information system intended to support all important stages of the road lifecycle: design, evaluation (through different analysis procedures), construction, and maintainance. Since particular tasks are often executed at different places and in different companies, the interconnections are supported by a special metafile which contains all specific data of the product model. The concept of the integrated system is object and component oriented. Additionally, existing conventional program packages are included to support some common tasks (methods). A conventional relational database system as well as an open spatial database system with the relevant GIS functionality are included to support the data structures of the model.
Objektorientierte Modellierungstechniken werden gegenwärtig vor allem Entwicklern von CAD-Systemen angeboten. Sie erzeugen über die Schritte OO-Modellanalyse und OO-Softwaredesign OO-Programme, die mit ihrer Compilation das durch den Softwareingenieur gefundene Modell festschreiben. Generell, aber insbesondere im Bauwerksdesign, ist dieses Vorgehen unbefriedigend, da hier eine Normung von Modellen nicht gelingt, der Entwurfsprozeß vergleichsweise lang ist und eine Kooperation von Ingenieurgewerken mit verschiedenen Modelldomänen die Regel sind. Darüber hinaus weisen die Modelle in frühen Phasen ein hohes Maß an Unschärfe und Abstraktion auf. CAD-Tools, die diese Phasen unterstützen, benötigen deshalb: statt eines genormten Produktmodells ein einheitliches, kognitiv begründetes Modellstrukturierungsparadigma, für das mit der Objektorientierung eine mögliche Ausprägung gegeben ist, ein explizites, verfügbares Domänenmodell zur fortwährenden Interpretation von Bauwerksmodellen, deskriptive Elemente, die die Interpretation von Objekten und Attributen erleichtern, ein Konzept zur Behandlung von Unschärfe und Abstraktion. Hieraus ergeben sich für die Entwicklung von CAD-Systemen folgende Forderungen : Explizite Verfügbarkeit von Klassenobjekten und deren Erzeugung und Veränderung zur Laufzeit, Vererbung auf Klassen- und Instanzniveau, Erweiterte Attributkonzepte (Facetten), Unterstützung der Aggregation als einer wesentlichen Modellstrukturierungsrelation, Verfügbarkeit von OO-Schnittstellen zum Aufbau von CAD-Systemen aus Tools einerseits, sowie zur Trennung von Modellverwaltung und Modellrepräsentation andererseits. Als ein herausragendes Merkmal des Objektorientierten Paradigmas wird die Anwendungsnähe genannt, da Erscheinungen der behandelten Domäne sich analog in Modellen und Programmen wiederfinden (sollen). Unter der Grundannahme, daß dieses Paradigma auch durch den Anwender zur Erstellung seiner Modellwelten verwendet wird, will FLEXOB eine homogene Umgebung schaffen, die die Modellwelt des Softwareingenieurs zu Analysezwecken dem Anwender zur Verfügung stellt und die die Erweiterung dieser Modellwelt auf deskriptivem Niveau ermöglicht. Das Tool FLEXOB und einige wesentliche Implementationsdetails werden im Beitrag vorgestellt. Es handelt sich bei diesem Tools um eine C++ Klassenbibliothek, die entweder als Objektmodul oder als Windows-DLL verwendet werden kann. Aspekte des Nutzungsregimes solch flexibler Modellverwaltungen werden im Beitrag ebenfalls angespochen.
Für die Gestaltung einer durchgängigen Unterstützung des Entwurfsprozesses stehen gegenwärtig deskriptive Modelle der Entwurfsobjekte im Mittelpunkt der Untersuchungen. Diese Modelle gestatten das Ableiten von Repräsentationen sowie eine Weitergabe von Entwurfsergebnissen. Pragmatische Gliederungen des Entwurfsprozesses unterteilen diesen nach organisatorischen und betriebswirtschaftlichen Aspekten (Planbarkeit und Abrechenbarkeit) in eine Sequenz von Entwurfsphasen (HOAI). Diese Gliederungen berücksichtigen nicht das WIE des eigentlichen modellkreierenden Schaffensprozesses. Für ein echtes CADesign bildet dessen Klärung jedoch die erforderliche Voraussetzung. Im Beitrag wird dazu von einem vereinheitlichten Set generischer Entwurfsaktionen ausgegangen. Auch dann, wenn die verschiedenen Entwurfsphasen und die Entwurfshandlungen der einzelnen Ingenieurgewerke mit spezifische Entwurfsmodellen verbunden werden, besteht damit eine Grundlage zur methodischen Fundierung entsprechender CAD-Tools. Die methodische Verfahrensweise ähnelt der, die in Form von Styleguides zur Gestaltung von 'Graphical User Interfaces' vorgeschlagen wird. Wesentliche praktische Benutzungen solche Basisaktivitäten ergeben sich für: die Systematisierung computergestützter Entwurfshandlungen, insbesondere durch Erweiterung des deskriptiven um ein operationales Modell sowie deren erweiterte Interpretierbarkeit die Erzeugung wissensbasierter Werkzeuge zur automatischen Modellgenerierung/-konfiguration die Implementation von leistungsfähigen UNDO- bzw. TMS-Mechanismen.
Trotz der langjährigen Erfahrung bei der Anwendung objektorientierter Konzepte bei der Modellierung von Gebäuden ist es bisher nicht gelungen, ein allgemein anerkanntes Gebäudemodell im Rechner abzubilden. Das mag zum einen daran liegen, daß die Standardisierung eines solchen Modells bis heute zu keinem Abschluß gekommen ist. Zum anderen aber scheint vor allem die Problematik der Abbildung eines solchen Gebäudemodells in das Objektmodell einer Programmiersprache bisher unterschätzt worden zu sein. Die erhoffte Durchgängigkeit von objektorientierter Analyse, Entwurf und Programmierung gelingt bei Anwendungen für Entwurfsaufgaben nicht. Das gilt vor allem für Anwendungen, die frühe Entwurfsphasen unterstützen und damit erst zur Definition eines Gebäudemodells beitragen. Im Bereich der Softwareentwicklung wird das Konzept des Objektes als Ordnungsbegriff zur Strukturierung von Softwaremodulen benutzt. Die Übertragung dieser Ordnung in die Welt des Ingenieurs oder Architekten zur Bezeichnung eines konkreten Elements aus einem Modell (Raum 42 aus der Menge aller Räume des Gebäudes Blumenstraße 7) kann daher nur zu begrenzten Erfolgen führen. Aus der Analyse der Widersprüchlichkeit des Objektbegriffs zwischen Softwareentwickler (Programmierer) und Softwareanwender (Ingenieur, Architekt) wird im folgenden ein Laufzeitsystem für dynamische Objektstrukturen entwickelt, das es dem Softwareentwickler erlaubt, sowohl auf die Struktur als auch auf die Ausprägung eines Modells zuzugreifen. Dem Softwareanwender können damit Werkzeuge zur Verfügung gestellt werden, die es ihm gestatten, Gebäudemodelle zu definieren. Das Laufzeitsystem enthält zum einen eine Reihe von Klassen, die es ermöglichen, die Struktur von Anwenderobjekten dynamisch zu beschreiben und zu analysieren. Eine zweite Art von Klassen erlaubt das Erzeugen und Verändern von Anwenderobjekten, die diesen Strukturen entsprechen
This is a paper about knowledge in design and how to elicit knowledge from design processes. The paper is a preparation for an empirical study of interaction in the design process. Reasonings of three authors - Schön, Broadbent and Lundequist - on design processes is presented. They all have a pragmatic perspective in common, and regard the process as an activity without a definite form. Design is seen as an activity of creating models of forms and shapes, by addressing expert knowledge in a dialogic way to problematic situations. Due to the pragmatic approach I find the pragmatist Dewey´s understanding of knowledge and elecitation of knowledge appropiate for studying design processes. According to him it is possible to build up objectified descriptions of experiences, also of such, which are based on experiences of emotional and intuitive nature. There need not be a definite border, which separates tacit knowledge from explicit knowledge - when it comes to the question of the possibility of verbal descriptions. Tacit knowledge is possible to articulate within pragmatic thinking. The conclusion is, that it is possible to study the tacit knowledge of design processes, and get some qualitative insights useful for theory building. A study of design processes can look at three different forms of knowledge. It appears as a precognitive understanding of the design situation, as integrated in the design activity - seeing the situation as something known - and in the process of creating something new.
Projektsteuerung gewinnt als Aufgabenfeld bei der Realisierung von Investitionsprojekten ständig an Bedeutung. Zur Bewältigung der umfangreichen und komplizierten Aufgaben des Projektsteuerers wird zunehmend Software angeboten und genutzt. Dabei ist feststellbar, daß von einer integrierten Projektsteuerung unter Berücksichtigung der Kriterien Leistung, Termin und Kosten nicht gesprochen werden kann, weil wesentliche theoretische und praktische Voraussetzungen fehlen. Im Beitrag werden Defizite der praktizierten Vorgehensweise und Lösungsansätze für eine integrierte rechnergestützte Projektsteuerung vorgestellt. Durch geeignete Formen der Projektstrukturierung und eine Kopplung auf dem Mark befindlicher Standardsoftware können geeignete Lösungen gefunden werden. Problempunkte dabei stellen die Schnittstellen zwischen den Anwenderprogrammen die Datenbeschaffung und -verwaltung sowie geeignete Verfahren zur Kostenermittlung und -verfolgung dar. Im Beitrag werden eine bereits praktizierte und eine in Entwicklung befindliche Lösung vorgestellt.
Das studentische Projekt Umweltorientiertes Projektmanagement (UWoPM) eröffnet eine neue Generation von Arbeitsweisen im Projektmanagement. Umweltbelange wirken über Rechtsvorschriften immer stärker in das Projektgeschäft hinein. Durch Einbeziehung von rechtsrelevanten Daten in die Projektdatenbasis sowie von Rechtsbestimmungen in die Wissensbasis wird eine Softwareunterstützung für (wenn auch zunächst nur elementare) Rechtsfragen geboten. Eine spezielle Präsentation von Rechtswissen und eine komfortable Unterstützung der Antragstellung sollen dies in die Selbstverständlichkeiten des Projektmanagements einbringen. Gleichzeitig bietet der UWoPM-Prototyp zeitgemäße Systemlösungen für die Kommunikation Antragsteller - Behörde sowie für den Workflow innerhalb der Genehmigungsbehörde. Dieser Vortrag gibt Einführung und Übersicht zu insgesamt 18 Diplomarbeiten, in denen die Einzelkomponenten des UWoPM entwickelt wurden. Zentrales Problem war die Überführung gesetzlicher Vorschriften in Wissensbasen. Durch Beschränkung auf >Kernbestimmungen< und Ausweis von Interpretationsbedarf wurde ein prinzipieller Lösungsweg realisiert. Die technische Realisierung konnte zwar über einen Prototyp noch nicht hinausgehen, weist aber die Realisierbarkeit des Gesamtansatzes nach.
Nichtstationäre Baustellenprozesse sind dadurch gekennzeichnet, daß ihr Ablauf nicht vollständig vorhersehbar ist, sondern einer Vielzahl von Störungen unterworfen sein kann. Zur Planung und Steuerung dieser Prozesse sind daher Methoden erforderlich, welche u.a. eine große Anpassungsfähigkeit, die Darstellung paralleler Vorgänge, die Erfassung plötzlicher Störungen sowie stochastische bzw. unscharfe Parameter zulassen. Hiervon ausgehend wurden spezielle Simulationssysteme entwickelt. In der Praxis dient jedoch in den meisten Fällen das Balkendiagramm bzw. die Netzplantechnik als Planungshilfsmittel. Dabei ist der Informationsgehalt der Netzplantechnik eindeutig geringer gegenüber der Simulation. Auch fallen deterministische Berechnungen in der Regel zu optimistisch aus. Ein Wechsel von der Netzplantechnik zur Simulation ist möglich, indem zunächst Netzpläne auf der Grundlage von Petri-Netzen dargestellt werden und somit ein schrittweiser Übergang zur Simulation erfolgt. Neben der Modellbildung kommt der Bereitstellung realitätsnaher Parameter, die den Berechnungen zugrunde gelegt werden, eine große Bedeutung zu. Bei der Terminplanung sind Kenntnisse zu bestimmten äußeren Einflüssen (z. B. Niederschlag) oft nur in unscharfer Weise vorhanden. Hier bietet sich der Einsatz von Fuzzy-Verfahren an. Mit ihrer Hilfe lassen sich unscharfe Faktoren erfassen und in die Planung einbeziehen. Sowohl zur Darstellung von Petri-Netzen als zur Berechnung (Simulation) auf deren Grundlage sowie zur Aufbereitung der Daten mittels Fuzzy-Verfahren liegen entsprechende Rechenprogramme vor.
Processing technical and environmental data on building materials, components, and systems has become more important during the last few years. Increased sensitivity towards environmental and energy problems has lead to the demand for simulation and evaluation of the long term behavior of buildings. The results of such simulations are expected to enable architects and engineers to develop a broader, interdisciplinary understanding of the impact of their products (buildings) on the environment. However, conducting such evaluations is currently hampered by the lack of comprehensive, up-to-date, and ecologically relevant data on building materials, components, and systems. To address this problem, this paper proposes an approach to deal with the absent or uncertain attributes of building materials, components, and systems. In the past, various information systems have been developed to provide data on a limited set of building materials, including precise values pertaining to some of their characteristics, such as availability, manufacturers, costs, etc. These traditional information systems have difficulty in dealing with uncertain, incomplete and sparse data. However, uncertainty and incompleteness characterize the nature of most of the available and environmentally related characteristics of materials, components, and systems. In this paper, a fuzzy-logic-based augmentation of traditional information systems is proposed towards providing management, utilization and manipulation of incomplete and uncertain data.
The aim of researches conducted within gamsau about urban simulation, in particular Remus project, is to allow rapid modeling of large and regular urban zones, for purpose of interactive navigation (like VRML) or for realistic rendering (ray-tracing methods). One of problems to be solved in this context is the multiplicity of data formats : inputs come from different sources, and outputs are for heterogeneous systems of visualization. Typically CSG and boundary representation must be generated, treated and converted during building of models. Furthermore, the generated models can be more or less refined, depending on requests and type of use. This paper describes the general context of data models conversion, problems concerning levels of detail and implementation done in Remus, based on object oriented approach.
Designing lightings in a 3D-scene is a general complex task for building conception as it is submitted to many constraints such as aesthetics or ergonomics. This is often achieved by experimental trials until reaching an acceptable result. Several rendering softwares (such as Radiance) allow an accurate computation of lighting for each point in a scene, but this is a long process and any modification requires the whole scene to be rendered again to get the result. The first guess is empirical, provided by experience of the operator and rarely submitted to scientific considerations. Our aim is to provide a tool for helping designers to achieve this work in the scope of global illumination. We consider the problem when some data are asked for : on one hand the mean lighting in some zones (for example on a desktop) and on the other hand some qualitative information about location of sources (spotlights on the ceiling, halogens on north wall,...). The system we are conceiving computes the number of light sources, their position and intensities, in order to obtain the lighting effects defined by the user. The algorithms that we use bind together radiosity computations with resolution of a system of constraints.
Der Fokus des Projektes liegt auf einer besseren Unterstützung der kooperativen Aspekte im Bauwerksentwurf und der Anwendung von ComponentWare-Techniken in der Architektur des Entwurfssystems. Es muß festgestellt werden, daß die Kooperation der Beteiligten im Entwurfsprozeß von Bauwerken durch die heute praktizierten Datenaustauschverfahren nicht oder nur unbefriedigend unterstützt wird und das keine Lösung dieses Problems durch die Weiterentwicklung von filebasierten Datenaustauschformaten zu erwarten ist. Im Rahmen des Projektes wird mit einer CORBA-Umgebung für Smalltalk-80 ein verteilbares Objektsystem realisiert. Als Architektur des Systems wurde eine hybride Herangehensweise gewählt, bei der allgemeine Informationen auf einem zentralen Server verwaltet werden und die eigentlichen Projektinformationen bei Bedarf repliziert werden. Wie allgemein in GroupWare - orientierten Systemen notwendig, müssen effektive Mechanismen der Nebenläufigkeitskontrolle und zur Sperrung bestimmter Modellbereiche realisiert werden. Wichtig ist für kooperative Entwurfssysteme die Systemunterstützung der Beseitigung der Folgen von kollidierenden Entwurfsintensionen durch die Bearbeiter. Dazu werden unter anderem Remote-Pointer-Mechanismen realisiert. In Abhängigkeit von der Rolle eines Bearbeiters werden diesem Sichten auf des Objektmodell (Partialmodelle) zugeordnet. Es werden Mechanismen zur Autorisierung des Zugriffs auf Partialmodelle implementiert, zu diesem Zweck erfolgt eine Nutzerauthentifizierung. Beziehungen zwischen Partialmodellen werden durch eine spezielle Relation im Objektsystem abgebildet. Die Konzeption des Objektsystems lehnt sich an die PREPLAN-Philosophie an. Das impliziert die Unterstützung von Entwurfshandlungen sowohl in Bottom-Up- als auch in Top-Down - Richtung. Benutzer können das Objektsystem um eigene Klassen erweitern bzw. existierende Klassen modifizieren und Attribute mit Defaultwerten belegen, um das System inkrementell mit Domänenwissen anreichern zu können. Von großer Bedeutung für kooperative Entwurfssysteme sind eine Versionsverwaltung und die Bereitstellung von Undo - und Redo - Mechanismen. Es ist möglich, multimediale Daten im Objektmodell abzulegen und diese in Abhängigkeit von ihrem Format wiederzugeben bzw. zu bearbeiten. Das beschriebene System befindet sich derzeit in der Implementierung.
Ideally, multiple computational building evaluation routines (particularly simulation tools) should be coupled in real-time to the representational design model to provide timely performance feed-back to the system user. In this paper we demonstrate how this can be achieved effectively and conveniently via homology-based mapping. We consider two models as homologous if they entail isomorphic topological information. If the general design representation (i.e., a shared object model) is generated in a manner so as to include both the topological building information and pointers to the semantic information base, it can be used to directly derive the domain representations (>enriched< object models with detailed configurational information and filtered semantic data) needed for evaluation purposes. As a proof of concept, we demonstrate a computational design environment that dynamically links an object-oriented space-based design model, with structurally homologous object models of various simulation routines.
Former achievements for integrated information management have concentrated on interoperability of applications like e.g. CAD, structural analysis or facility management, based on product models introducing additional application independent model layers (core models). In the last years it has become clear, that besides interoperability of autonomous applications, the concurrent processes of model instantiation and evolution have to be modeled, including the relationship to available project resources, persons, legal requirements and communication infrastructure. This paper discusses some basic concepts for an emerging methodology relating the fields of product modeling, project management and workflow systems by elaborating the concept of a process model, which gives a decomposition of the project goals into executable activities. Integrated information management systems should be related to process models to detect pending activities, deadlocks and alternatives of execution. According to the heterogeneous nature of project communication processes, a method for dynamic classification of ad-hoc activities is suggested, that complements predefined highlevel process definitions. In a brief outline of the system architecture, we show how sophisticated information management systems can be broadly made available by using conventional Internet technologies.
The general motivation of this research is to develop software to support the handling of the increased complexity of architectural design. In this paper we describe a system providing general support during the whole process. Instead of only developing design tools we are also addressing the problem of the operating environment of these tools. We conclude that design tools have to be integrated in an open, modular, distributed, user friendly and efficient environment. Two major fields have to be addressed - the development of design tools and the realisation of an integrated system as their operation environment. We will briefly focus on the latter by discussing known technologies in the field of information technology and other design disciplines that can be used to realise such an environment. Regarding the first subject we have to state the need of a detailed tool specification. As a solution we suggest a strategy where the tool functions are specified on the basis of a transformation, where a hierarchical process model is mapped into specifications of different design tools realising appropriate support for all sub-processes of architectural design. Using this strategy the main steps to develop such a support system are: implementation of a framework as basis for the integrated design system decision whether the tool specification are already implemented in available tools in this case these tools can be integrated using known methods for tool coupling otherwise new design tools have to be developed according to the framework
Bei der Tragwerksplanung sowohl für Massivkonstruktionen als auch für Stahlkonstruktionen werden zukünftig nichtlineare Berechnungsverfahren in größerem Umfang Anwendung finden, als das in der Vergangenheit üblich bzw. möglich war. Wichtige Impulse gehen dabei von der europäischen Normung aus. Bei der Anwendung von Berechnungsverfahren, die die Nichtlinearität des Materialverhaltens berücksichtigen und bei der Ermittlung der Tragsicherheit planmäßig ausnutzen, ist es notwendig, die Entwicklung plastischer Deformationen zu verfolgen und bei der Beurteilung des Grenzzustandes der Tragfähigkeit als Kriterium mit heranzuziehen. Im vorliegenden Beitrag werden mathematische Modelle für folgende Berechnungsaufgaben vorgestellt: Ermittlung der Schnittgrößen und Formänderungen in ebenen Stabtragwerken nach Theorie II. Ordnung unter Berücksichtigung der physikalischen Nichtlinearität und Ermittlung von Grenzlasten, die durch Spannungs- und Verformungskriterien definiert sind. Dabei zeigt sich, daß mathematische Modelle auf der Grundlage von Extremalprinzipien und unter Einbeziehung der mathematischen Optimierung effektiv und hinreichend universell formuliert werden können. Wie Beispielrechnungen zeigen, ist die Beurteilung der Tragfähigkeit unter Berücksichtigung von Deformationsbegrenzungen von entscheidender Bedeutung, um Fehleinschätzungen der Tragsicherheit zu vermeiden.
Moderne Bemessungskonzepte für seismisch beanspruchte Hochbauten, wie die Methode der Kapazitäts-bemessung, planen inelastisches Verhalten einzelner Bereiche der Konstruktion beim Entwurf bewußt ein, um so einen Teil der durch das Beben eingetragenen Energie als inelastische Formänderungsarbeit zu absorbieren. Wird bei Akzeptanz inelastischen Verhaltens eine bestimmte Belastungsintensität, die als adaptive Grenzlast oder Einspiellast bezeichnet wird, überschritten, kann es infolge zyklischer Einwirkungen zu einer unbe-grenzten Akkumulation inelastischer Deformationen kommen. Die adaptive Grenzlast stellt damit für zyklische Einwirkungen eine geeignete Kenngröße zur Bewertung der Tragwerksqualität dar, bei der neben der Sicherung des Gleichgewichts ein bestimmtes Schädigungsniveau nicht überschritten wird. Im vorliegenden Beitrag werden die Grundzüge eines Bemessungs- und Nachweiskonzeptes für seismisch beanspruchte Stahlbetontragwerke, das unter Einbeziehung der Grundprinzipe der Kapazitätsbemessung von einem einheitlichen Kriterium zur Beschreibung des Grenzzustandes der Tragfähigkeit auf der Basis der adaptive Grenzlast ausgeht, vorgestellt. Dabei ist die Abschätzung der Verformungen notwendiger Bestandteil des Nachweis- bzw. Bemessungskonzeptes. Bei Druckgliedern ist die Berücksichtigung des Einflusses der Verformungen notwendiger Bestandteil des Bemessungskonzeptes. Entsprechende Erweiterungen der Berechnungsmodelle zur Berücksichtigung des Einflusses geometrisch nichtlinearer Effekte im Sinne einer Theorie II. Ordnung werden vorgestellt.