02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften

Permanent URI for this collectionhttps://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/3

Browse

Institute: search.filters.UBSInstitut.Institut für Baustatik und BaudynamikAuthor: search.filters.author.Geiger, Florian

Search Results

Now showing 1 - 3 of 3
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Strukturmechanische Charakterisierung von Stabtragwerken für den Entwurf adaptiver Tragwerke
    (Stuttgart : Institut für Baustatik und Baudynamik, Universität Stuttgart, 2022) Geiger, Florian; Bischoff, Manfred (Prof. Dr.-Ing. habil.)
    Diese Arbeit beschäftigt sich mit der strukturmechanischen Charakterisierung von Stabtragwerken mit dem Ziel, daraus Erkenntnisse und Empfehlungen für den Entwurf adaptiver Tragwerke zu gewinnen und abzuleiten. Hierfür werden wesentliche lastfall-abhängige und lastfallunabhängige Tragwerkseigenschaften betrachtet und deren Zusammenhang mit der Performanz und dem Potential adaptiver Tragwerke analysiert. Der im Rahmen dieser Arbeit betrachtete Entwurf von adaptiven Tragwerken beschreibt dabei sowohl den gesamten Entwurfsprozess, einschließlich beispielsweise des Aufbaus und der Dimensionierung von Tragwerken, als auch den Entwurf eines Aktuierungs-konzepts für bereits bestehende Tragwerke, die nachträglich verbessert bzw. ertüchtigt werden sollen. Neben einem ausführlichen Überblick über die in der Literatur beschriebenen Verfahren und Erkenntnisse werden verschiedene Varianten für die Modellierung der Aktuierung betrachtet, die Auswirkungen der Aktuierung auf den Tragwerkszustand detailliert analysiert und Verfahren zur automatisierten Platzierung von Aktoren im Tragwerk diskutiert. Anschließend werden in einer systematischen Studie die Auswirkungen der Aktuierung auf den Tragwerkszustand und die damit erreichbaren Ziele quantifiziert. Dazu werden die Einflüsse verschiedener Parameter, wie z. B. die Anzahl an Aktoren, der Grad der statischen Unbestimmtheit und das globale Tragverhalten, untersucht. Die dabei gewonnen Erkenntnisse werden abschließend zusammengefasst und können für den Entwurf adaptiver Tragwerke herangezogen werden.
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Constrained motion design with distinct actuators and motion stabilization
    (2021) Sachse, Renate; Geiger, Florian; Bischoff, Manfred
    The design of adaptive structures is one method to improve sustainability of buildings. Adaptive structures are able to adapt to different loading and environmental conditions or to changing requirements by either small or large shape changes. In the latter case, also the mechanics and properties of the deformation process play a role for the structure's energy efficiency. The method of variational motion design, previously developed in the group of the authors, allows to identify deformation paths between two given geometrical configurations that are optimal with respect to a defined quality function. In a preliminary, academic setting this method assumes that every single degree of freedom is accessible to arbitrary external actuation forces that realize the optimized motion. These (nodal) forces can be recovered a posteriori. The present contribution deals with an extension of the method of motion design by the constraint that the motion is to be realized by a predefined set of actuation forces. These can be either external forces or prescribed length chances of discrete, internal actuator elements. As an additional constraint, static stability of each intermediate configuration during the motion is taken into account. It can be accomplished by enforcing a positive determinant of the stiffness matrix.
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Motion design with efficient actuator placement for adaptive structures that perform large deformations
    (2021) Sachse, Renate; Geiger, Florian; Scheven, Malte von; Bischoff, Manfred
    Adaptive structures have great potential to meet the growing demand for energy efficiency in buildings and engineering structures. While some structures adapt to varying loads by a small change in geometry, others need to perform an extensive change of shape to meet varying demands during service. In the latter case, it is important to predict suitable deformation paths that minimize control effort. This study is based on an existing motion design method to control a structure between two given geometric configurations through a deformation path that is optimal with respect to a measure of control efficiency. The motion design method is extended in this work with optimization procedures to obtain an optimal actuation system placement in order to control the structure using a predefined number of actuators. The actuation system might comprise internal or external actuators. The internal actuators are assumed to replace some of the elements of the structure. The external actuators are modeled as point forces that are applied to the structure nodes. Numerical examples are presented to show the potential for application of the motion design method to non-load-bearing structures.