Bletzinger

Projektinformationen

Nichtlineare Optimierung geometrisch definierter Fugen von räumlich gekrümmten Betonfertigteilen für unterschiedliche Lastfallkombinationen unter Beachtung von Material und Tragwerksaspekten mit isogeometrischen Verfahren

Antragsteller | Applicant: Prof. Dr.-Ing. Kai-Uwe Bletzinger
Projektnummer | Project number: 198016927
TU München, Lehrstuhl für Statik, Arcisstr. 21, 80333 München
+49 89 289 22422 | info.statik@tum.de | https://www.bgu.tum.de/st/startseite/

Berichts-/Förderzeitraum | Reporting/funding period: 03/2012–31.07.2018
Team | Team: Michael Breitenberger (03/2015–05/2017), Anna Bauer (10/2015–11/2015), Thomas Oberbichler (07/2017–07/2018)

Kurzvorstellung Förderphase 1

Die Leitvorstellung des Projekts ist die segmentierte Schale, zusammengesetzt aus räumlich gekrümmten, dünnen Fertigteilen aus faserverstärktem Beton. Vor diesem Hintergrund sollen im Projekt numerische Verfahren entwickelt werden, die helfen, das optimale Muster der Schalensegmente für eine gegebene Schalengeometrie zu ermitteln. Das Verfahren soll insbesondere die Umsetzung freier Geometrien wie z. B. „Blobs“ und Hängeformen unterstützen. Das Projekt ist Teil eines Paketantrags zusammen mit dem Lehrstuhl für Werkstoffkunde der TU München, der die material- und fertigungstechnischen Aspekte bearbeitet. Weiter wird das Projekt von der Baufirma Max Bögl unterstützt, die über geeignete Fertigungs- und Schalungsanlagen verfügt. Als methodischer Kern wird die isogeometrische B-Rep-Analyse verwendet, welche im Rahmen dieses Projektes entwickelt wurde. Die isogeometrische B-Rep-Analyse ist eine Finite-Elemente-Methode, welche für die Geometriedarstellung NURBS-basierte B-Rep-CAD-Modelle verwendet. Die Grundidee der Fugenoptimierung ist, die Fugen so über das Tragwerk zu verteilen, dass bestimmte Schnittgrößen in den Fugen minimiert werden bei gleichzeitiger Berücksichtung der Material- und Fertigungsrestriktionen sowie weiterer Kriterien bezüglich Kosten und Umweltaspekten. Diesbezüglich sollen praxisrelevante Techniken der Mehrkriterienoptimierung adaptiert werden.

© M. Breitenberger | TU München

Kurzvorstellung Förderphase 2

Das Ziel dieses Fortsetzungsantrages ist die Weiterentwicklung der im laufenden Projekt entwickelten Computergestützten Methoden für den Entwurf, die Berechnung und die Fugenoptimierung von Freiformschalen aus Betonfertigteilen. Mit Abschluss dieses Fortsetzungsprojektes sollen diese Methoden als Teile eines Gesamtprozesses für praktische Anwendungen bereitgestellt werden.

Im Speziellen sollen die geometrische Ausbildung der Fugen (Versteifung bzw. Schwächung) mit Fugenfedermodellen und die Stabilität für unterschiedliche Lastfallkombinationen in der Berechnung und Fugenoptimierung berücksichtigt werden. Dabei soll das Wissen über die konkrete Fugenausbildung von anderen SPP Projekten, welche sich mit der Fugenherstellung beschäftigen (Projekt Budelmann/Kloft), in die Modellierung der Fugen einfließen.

Die Anforderungen an die Entwicklung eines optimalen Segment- bzw. Fugenmusters stehen dabei zwischen denjenigen für die Beurteilung der gesamten Schale als monolithisches Tragwerk und denjenigen der einzelnen Segmente hinsichtlich der Fertigung und den speziellen Materialeigenschaften.

Publikationen

• Breitenberger, M.: A Nested Jacobian approach for the Nonlinear Isogeometric Analysis and Optimization of Trimmed Shell Structures. In: Proc. of the 84th Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics GAMM, 18.–22.03.2013 in Novi Sad (Serbien) (eingeladener Vortrag samt abstract zu Young Research Session)
• Breitenberger, M.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Isogeometric Layout Optimization of Shell Structures using Trimmed NURBS Surfaces. In: Proc. of World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization WCSMO-10, 19.–24.05.2013 in Orlando (USA), 2013, 10 S. (publ. digitally)
• Breitenberger, M.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Entwurf und Berechnung von gekrümmten Betonfertigbauteilen mit CAD-basierten Verfahren für ein filigranes Bauen mit Beton in der Zukunft. Beton- und Stahlbetonbau 108 (2013) 11, S. 783−791 − DOI: 10.1002/best.201300047
• Breitenberger, M.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Entwurf, Berechnung und Optimierung von gekrümmten Betonfertigbauteilen mit der Isogeometrischen B-Rep Analyse. In: Bletzinger, K.-U.; Fisch, R.; Gebekken, N. (Hrsg.): Tagungsband Baustatik – Baupraxis 12, 24./25.02.2014 an der TU München, München, 2014, S. 267–274
• Breitenberger, M.; Bletzinger, K.-U.: Entwerfen, Berechnen und Optimieren von Betonschalen mit der isogeometrischen B-Rep-Analyse. In: Scheerer, S.; Curbach, M. (Hrsg.): Leicht Bauen mit Beton – Forschung im Schwerpunktprogramm 1542, Förderphase 1, Dresden: Institut für Massivbau der TU Dresden, 2014, S. 236−241 – http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-171534
• Breitenberger, M.; Apostolatos, A.; Philipp, B.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Analysis in computer aided design: Nonlinear isogeometric B-Rep analysis of shell structures. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 284 (2015), S. 401–457 – DOI 10.1016/j.cma.2014.09.033
• Breitenberger, M.; Philipp, B.; Bletzinger, K.-U.: CAD-integrated design and analysis of shell and membrane structures. In: KIVI (Hrsg.): Future Visions – Proc. of the Int. Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symp. 2015, 17.–20.08.2015 in Amsterdam (Niederlande), 2015, Beitrag Nr. IASS2015-501810, publ. auf USB stick, 9 S.
• Philipp, B.; Breitenberger, M.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Form-Finding of Architectural Membranes in a CAD-Environment Using the AiCAD-Concept. In: Thomsen, M.; Tamke, M.; Gengnagel, C.; Faircloth, B.; Scheurer, F. (Hrsg.): Modelling Behaviour – Proc. of Design Modelling Symp. 2015, 30.09.–02.10.2015 in Kopenhagen (Dänemark), Springer Int. Publ., 2015, S. 65–74 – DOI: 10.1007/978-3-319-24208-8_6
• Apostolatos, A.; Breitenberger, M.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Domain Decomposition Methods and Kirchhoff-Love Shell Multipatch Coupling in Isogeometric Analysis. In: Jüttler, B.; Simeon, B. (Hrsg.): Isogeometric Analysis and Applications 2014 – Lecture Notes in Computational Science and Engineering 107, S. 73–101 – DOI: 10.1007/978-3-319-23315-4_4
• Philipp, B.; Breitenberger, M.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Membrane structures with the Isogeometric B-Rep Analysis (IBRA). In: Oñate, E.; Bletzinger, K.-U.; Kröplin, B. (Hrsg.): Proc. of VII Int. Conf. on Textile Composites and Inflatable Structures – Structural Membranes 2015, 19.–21.10.2015 in Barcelona (Spanien), 2015, S. 269–280 (publ. digitally) – URI: http://hdl.handle.net/2117/109358
• Bauer, A. M.; Breitenberger, M.; Philipp, B.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Nonlinear isogeometric spatial Bernoulli Beam. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 303 (2016), S. 101–127 – DOI: 10.1016/j.cma.2017.07.010
• Philipp, B.; Breitenberger, M.; D‘Auria, I.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Integrated design and analysis of structural membranes using the Isogeometric B-Rep Analysis. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 303 (2016), S. 312–340 – DOI: 10.1016/j.cma.2016.02.003
• Goldbach, A.-K.; Breitenberger, M.; Bletzinger, K.-U.: Computational Cutting Pattern Generation Using Isogeometric B-Rep Analysis. Procedia Engineering 155 (2016), S. 249–255 – DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.026
• Philipp, B.; Bletzinger, K.-U.: Advances in the form-finding of structural membranes. Procedia Engineering 155 (2016), S. 332–341 – DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.036
• Breitenberger, M.: Cad-integrated design and analysis of shell structures. Dissertation, TU München, 2016 – https://mediatum.ub.tum.de/doc/1311417/1311417.pdf
• Breitenberger, M.; Philipp, B.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.; Hartmann, S.; Haufe, A.: Increasing Efficiency of the Design Process with an Isogeometric Analysis Plugin for Siemens NX by Analyzing the CAD Model Directly. In: Proc. of 10th European LS-DYNA Conf. 2015, 15.–17.06.2017 in Würzburg, 2017, 4 S. (publ. digitally)
• Bauer, A. M.; Längst, P.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Isogeometric Analysis for Modeling and Simulation of Building Processes. In: Bögle, A.; Grohmann, M. (Hrsg.): Interfaces: architecture.engineering.science – Proc. of the IASS Annual Symp. 2017, 25.–28.09.2017 in Hamburg, Hamburg: HCU und IASS, 2017, Beitrag Nr. 9880, Book of Abstracts: S. 212, Langfassung auf USB-Stick, 10 S.
• Längst, P.; Bauer, A. M.; Michalski, A.; Lienhard, J.: The Potentials of Isogeometric Analysis Methods in Integrated Design Processes. In: Bögle, A.; Grohmann, M. (Hrsg.): Interfaces: architecture.engineering.science – Proc. of the IASS Annual Symp. 2017, 25.–28.09.2017 in Hamburg, Hamburg: HCU und IASS, 2017, Beitrag Nr. 9936, Book of Abstracts: S. 213, Langfassung auf USB-Stick, 10 S.
• Goldbach, A.-K.; Bletzinger, K.-U.: Isogeometric B-Rep Analysis for finding stress-optimized cutting patterns. In: Bögle, A.; Grohmann, M. (Hrsg.): Interfaces: architecture.engineering.science – Proc. of the IASS Annual Symp. 2017, 25.–28.09.2017 in Hamburg, Hamburg: HCU und IASS, 2017, Beitrag Nr. 9190, Book of Abstracts: S. 156, Langfassung auf USB-Stick, 8 S.
• Bauer, A. M.; Breitenberger, M.; Philipp, B.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Embedded structural entities in NURBS-based isogeometric analysis. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 325 (2017), S. 198–218 – DOI: 10.1016/j.cma.2015.12.027
• Bauer, A. M.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Isogeometric analysis for staged construction within lightweight design. In: Oñate, E.; Bletzinger, K.-U.; Kröplin, B. (Hrsg.): Proc. of VIII Int. Conf. on Textile Composites and Inflatable Structures – Structural Membranes 2017, 09.–11.10.2017 in München, 2017, S. 311–322 (publ. digitally) – URI: http://hdl.handle.net/2117/185200.
• Teschemacher, T.; Bauer, A. M.; Oberbichler, T.; Breitenberger, M.; Rossi, R.; Wüchner, R.; Bletzinger, K.-U.: Realization of CAD-integrated Shell Simulation based on Isogeometric B-Rep Analysis. Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences 5 (2018) 19, 54 S. – DOI: 10.1186/s40323-018-0109-4
• Schlussbericht