research projects

Erforschung und Entwicklung von Methoden zur effizienten globalen Sensitivitätsanalyse als Grundlage eines innovativen Software-Prototypens im Entwurfsprozeß

Gefördert durch die Europäische Union (EFRE) und den Freistaat Sachsen (SAB):

Leiter: Dr.-Ing. habil. Uwe Reuter
Mitarbeiter: Zeeshan Mehmood, M. Sc. Computational Engineering
Inhalte: Die optimale Auslegung eines Fahrzeugs für Crash-Lastfälle erfordert die Berücksichtigung einer Vielzahl von Entwurfszielen (z.B. Verletzungskriterien im Insassen- und Fußgängerschutz) sowie die Festlegung zahlreicher Parameter (z.B. Geometrie, Material, Parameter der passiven Sicherheitssysteme). Die zur Lösung eingesetzte numerische Optimierung erfordert wirklichkeitsnahe und damit sehr komplexe Rechenmodelle. Die Rechenzeit, die zur Auswertung einer einzigen Entwurfsvariante auf einem Großrechner benötigt wird, liegt im Bereich von mehreren Stunden bis Tagen. Die Anzahl der zu untersuchenden Varianten hängt hauptsächlich von der Anzahl der Parameter ab und liegt i.d.R. bei mehr als 10 000 pro Fahrzeug. Der Einsatz dieser großen Rechenmodelle und die sehr große Anzahl von Parametern führen in der Praxis damit in ein Dilemma. Eine Vereinfachung des Rechenmodells ist nicht möglich, da eine realitätsnahe Abbildung des Crash-Vorgangs notwendig ist. Die (willkürliche) Reduktion der Anzahl der Parameter führt zu einer mangelhaften Ausschöpfung des eigentlich vorhandenen Optimierungspotentials bei der Fahrzeugentwicklung. Eine Auflösung des Dilemmas ist durch eine Reduktion der Entwurfsparameter auf signifikante, d.h. die Entwurfsziele maßgeblich beeinflussende Parameter möglich. Die Identifikation dieser signifikanten Parameter ist nicht trivial, kann aber mittels Methoden der Sensitivitätsanalyse ermöglicht werden. Bestehende Methoden weisen jedoch entscheidende Nachteile auf. Sie sind entweder für komplexe, nichtlineare Probleme (wie die Crash-Auslegung eines Fahrzeuges) grundlegend nicht geeignet oder ihr Einsatz erfordert einen nicht realisierbaren Rechenaufwand. Ziel des Projektes ist die Erforschung und Entwicklung von Methoden zur globalen Sensitivitätsanalyse nichtlinearer Modelle in der Simulation sowie vorbereitende Untersuchungen für eine anschließende Realisierung in einem innovativen Software-Prototypen.
Laufzeit: 01.10.2010 - 31.05.2012
Schlagworte: Sensitivitätsanalyse, nichtlineares Strukturverhalten

Bewertung von Methoden und Kriterien zur Sensitivitätsanalyse bei nichtlinearem Strukturverhalten

Leiter: Dr.-Ing. Uwe Reuter
Mitarbeiter: Dr.-Ing. Martin Liebscher
Inhalte: Strukturen werden durch Strukturparameter in Form und Material beschrieben. Das Strukturverhalten unter Einwirkungen wird durch zutreffende Berechnungsmodelle abgebildet. Ergebnis sind die den Strukturparametern zugeordneten Strukturantworten. Strukturparameter unterliegen in der Realität zufälligen Schwankungen, die mit probabilistischen Modellen beschrieben werden können.  Die Eigenschaft Zufälligkeit der Strukturparameter führt zu ebenfalls zufälligen Schwankungen der Strukturantworten. Das Untersuchen des Einflusses fluktuierender Strukturparameter auf Strukturantworten wird als Sensitivitätsanalyse bezeichnet. Für (näherungsweise) lineares Strukturverhalten existieren etablierte Methoden zur  Sensitivitätsanalyse auf Basis linearer Korrelationsmodelle/-maße. Besteht zwischen den Strukturparametern und Strukturantworten ein nichtlinearer Zusammenhang, besteht nur eine begrenzte Aussagekraft. Aktuelle Entwicklungen zur Bewertung der Sensitivität für nichtlineare Wirkbeziehungen sind vielversprechend. Geeignete nichtlineare Sensitivitätsmaße könnten entweder als zusätzliches Kriterium zur Bewertung eines Entwurfes bei nichtlinearem Strukturverhalten eingesetzt oder zur Ermittlung bzgl. des nichtlinearen Strukturverhaltens signifikanter Strukturparameter herangezogen werden. Im Rahmen des Projektes werden Sensitivitätsmaße und Methoden zur Sensitivitätsanalyse bei nichtlinearem Strukturverhalten untersucht und programmtechnisch umgesetzt. Die Programmlösungen und Methoden werden an Praxisbeispielen demonstriert.
Laufzeit: 11/07 - 09/10
Schlagworte: Sensitivitätsanalyse, nichtlineares Strukturverhalten

Teleteaching an der Fakultät Bauingenieurwesen

Leiter: Dr.-Ing. Uwe Reuter
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. (Arch.) Thomas Eisenreich
                        Dipl.-Ing. Daniela Bayer
                        Dipl.-Ing. Andreas Franze
                        cand.-Inf. Christian Pommer
Inhalte: Ziel des Projektes ist die Erstellung digitaler Lernangebote durch Aufzeichnung von Präsenz-Lehrveranstaltungen, deren Archivierung, Katalogisierung und Bereitstellung im sachsenweit eingesetzten Lernmanagementsystem OPAL. Als Ergebnis sollen die aufgezeichneten Lehrveranstaltungen der AG Fernstudium zur Verbesserung der Lernsituation im Universitären Technischen Fernstudium (Dresdner Modell) der Fakultät Bauingenieurwesen zur Verfügung gestellt werden. Zur gezielten Verteilung und zur Beschränkung des Einsatzes im Präsenzstudium sowie zur Sicherung der nachhaltigen Nutzbarkeit sollen die erstellten Aufzeichnungen in das Bildungsportal Sachsen unter Verwendung der Medienkonvertierungs- und Streaming-Anwendung MAGMA eingebunden werden. Dieses erlaubt im Zuge der Kurserstellung einen zeit- und nutzergesteuerten und damit einen von der entsprechenden Lehrperson reglementierten Zugriff auf die aufgezeichneten Lerninhalte.
Laufzeit: 10/08 bis 12/09
Schlagworte: ELearning, Teleteaching 

Campus Navigator - Visualisierung von Geometriedaten im Internet

Leiter: Dr.-Ing. Uwe Reuter
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Arch. Thomas Eisenreich
                       cand.-Inf. Christian Pommer
Ehemalige: apl. Doz. Dr.-Ing. Barbara Hauptenbuchner
                      Dipl.-Ing. Carsten Karkola
Inhalte: Für die Visualisierung von Bauwerksdaten z.B. aus CAFM-Systemen und FEM-Modellen oder deren Weiterverwendung in anderen bauspezifischen Softwaresystemen ist der flexible Zugriff auf die geometrischen Informationen über das Internet von großer Bedeutung. Bei der Darstellung von 2D-Geometrie wurde auf eine Datenbeschreibung mit Hilfe von Scalable Vector Graphics (SVG) orientiert, während für die 3D-Geometrie Untersuchungen mit einer Datenbeschreibung über Extensible 3D Graphics specifikation (X3D) begonnen wurde. Für die Schnittstelle wurde das Konzept der AKO-Schnittstelle zu Grunde gelegt. Anwendungen sollen die Entwicklungen für die Darstellung von Lage- und Grundrißplänen in Informationssystemen und von FEM-Modellen finden.
Laufzeit: 01/01 laufend
Schlagworte: Scalable Vector Graphics (SVG), Visualisierung von Bauwerksdaten, Extensible 3D Graphics Specifikation (X3D)
URL: http://navigator.tu-dresden.de

Simplix - Prozeßorientiertes Facility Management in verteilten Umgebungen

Leiter: apl. Doz. Dr.-Ing. Barbara Hauptenbuchner
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Carsten Karkola
Inhalte: Eine Einbettung von Facility Management in die laufenden Prozesse eines Unternehmens oder eines Unternehmensverbundes wird durch die Einführung eines leistungsfähigen, flexiblen und zukunftssicheren Computer Aided Facility Management Systems wesentlich unterstützt. Trotz der enormen strategischen Bedeutung eines CAFM-Systems für die Umsetzung der Anforderungen eines prozeßorientierten Facility Managements haben sich auf diesem Gebiet noch keine durchgängigen Standards etabliert, mit hohem Aufwand angepaßte Einzellösungen sind die Regel, verletzen aber die Forderung nach Investitionssicherheit unabhängig von den proprietären Speziallösungen einzelner Hersteller. Eine Analyse vorhandener Geschäftsstandards zeigt, daß die Kommunikation im (virtuellen) Unternehmensverbund nicht auf den reinen Datenaustausch reduziert werden darf, sondern daß nur stabile Schnittstellendefinitionen und exakt spezifzierte Dokumentenformate zu einer durchgehenden Lösung führen. Um diesen Ansatz für Entwickler und Endanwender gleichermaßen transparent zu gestalten, ist eine gemeinsame Begriffswelt notwendig, der Einsatz der Unified Modeling Language erweist sich dabei als erfolgversprechend. Einen aussichtsreichen Ansatz bietet der Einsatz von XML als Mittel zum Datenaustausch zwischen den einzelnen Komponenten und zur Beschreibung der Metamodelle zur Prozeß- und Produktbeschreibung. Der Entwurf eines Prototypen auf der Basis von J2EE bietet eine flexible und zukunftssichere Entwicklungsgrundlage.
Laufzeit: 07/2001 bis 06/2004
Schlagworte: Faciltiy Management, Prozeßorientierung, Workflow, XML
URL: http://www.simplix.de

Portiko - Multimediale Lehr- und Lernplattform für den Studiengang Bauingenieurwesen

Leiter: apl. Doz. Dr.-Ing. Barbara Hauptenbuchner
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Carsten Karkola
                       Dipl.-Ing. Lars Goldhahn
                       cand.-Ing. Michael Berg
Inhalte: Hochschulübergreifend sollen für den grundständigen Studiengang "Bauingenieurwesen" innovative, multimediale Lehr- und Lernmodule für darbietendes und projektorientiertes Lehren erarbeitet, erprobt und sowohl in das Präsenzstudium als auch in das Fernstudium eingebunden werden. Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung, Erprobung und Implementierung einer vollständigen multimedialen Unterstützung des darbietenden Lehrens

• im gesamten Studiengang "Bauingenieurwesen" mit spezieller Ausrichtung auf Fernstudiengänge, aber auch zur Nutzung im Präsenzstudium
• des darbietenden Lehrens und projektorientierten Lernens in exemplarisch ausgewählten Lehrgebieten des Studiengangs Bauingenieurwesen und fachübergreifend in verwandten Disziplinen wie Brandschutz und Technischer Ausbau, Immobilienwirtschaft und Infrastrukturmanagement
• des projektorientierten Lernens vernetzter Zusammenhänge am Beispiel von zwei Leitprojekten: "virtuelles Haus" für den Anwendungsfall des Konstruktiven Ingenieurbaus und "virtuelle Infrastruktur" für den Bereich Geoinformationssysteme, Landverkehrswege- und Straßenbau, Siedlungswasserwirtschaft und Hydromechanik.

Partner: TU Braunschweig, Fachbereich Bauingenieurwesen
Laufzeit: 06/01 bis 12/03
Schlagworte: Lehr- und Lernplattform, Autorenwerkzeuge, Bauingenieurwesen, Virtuelles Haus, Virtuelle Infrastruktur, Multimedia