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Entwicklung und Analyse eines Turmes aus Buchenfurnierschichtholz für eine Kleinwindkraftanlage
(2023)
Die Energiepreise in Deutschland steigen und viele Immobilienbesitzer wollen unabhängiger von den Stromerzeugern werden, weshalb sie in eine eigene Stromproduktion investieren. Eine optimale Ergänzung zu einer Photovoltaikanlage stellt dabei eine Kleinwindkraftanlage dar, die im Vergleich zu den großen Anlagen geringere Umweltbelastungen verursacht. Allerdings entstehen beim Bau einer Kleinwindkraftanlage hohe Kosten, weshalb dieses Konzept kaum verbreitet ist.
Die Türme von Windkraftanlagen werden normalerweise aus Stahl hergestellt. Bei der Herstellung dieses Baustoffs werden große Mengen an Treibhausgasen freigesetzt. Ein umweltfreundlicheres Material ist der nachwachsende Rohstoff Holz. Die Herstellung der Türme in Holzbauweise ist bisher kaum zu finden. Daher wird in dieser Arbeit untersucht, ob ein Holzturm eine Alternative zum Stahlturm sein kann und ob dadurch die Investitionskosten für eine Kleinwindkraftanlage gesenkt werden können.
Um die Forschungsfrage zu beantworten, wurde ein Konzept für einen Holzturm aus Buchenfurnierschichtholz entwickelt. Zunächst wurde die Bedeutung von Buchenholz im Bauwesen erarbeitet. Anschließend wurden die Grundlagen für den Bau von Kleinwindkraftanlagen erforscht und die Abmessungen einer fiktiven Anlage festgelegt. Es wurden die relevanten Einwirkungen ermittelt und die Anlage mittels einer Finiten-Elemente-Berechnung untersucht. Zuletzt wurden die Nachweise für die Tragfähigkeit und die Ermüdungssicherheit des Querschnittes und der Verbindungsmittel geführt.
Bei den Untersuchungen der Randbedingungen konnten keine Argumente gefunden werden, die gegen die Verwendung von Holz sprechen. In einigen Punkten wie beispielsweise in der Herstellungs- und Errichtungsphase sind sogar Vorteile gegenüber dem Stahl zu erkennen. Zudem wurde in einer Kostenschätzung herausgefunden, dass ein Holzturm auch preislich mithalten kann und dass die Herstellungskosten sogar gesenkt werden können. Die Gesamtkosten für eine Kleinwindkraftanlage können dennoch nur unwesentlich gesenkt werden. Die Investition ist daher nur sinnvoll, wenn am geplanten Standort genügend Wind zur Verfügung steht und wenn der produzierte Strom größtenteils selbst genutzt werden kann.
BIM im Membranbau
(2019)
Die fortschreitende Digitalisierung wird zurzeit zu einem der wichtigsten Themen und zugleich zu einer der größten Herausforderungen für die Bauwirtschaft. Building Information Modeling (BIM) kommt eine immer größere Bedeutung zu.
Es ist sicherlich richtig, dass derzeit nur wenige Projekte im Bauwesen den geforderten BIM-Anforderungen der Bauherrschaft genügen. Es ist zu erwarten, dass in den kommenden Jahren auch an Membranbauprojekte immer mehr Anforderungen bezüglich BIM gestellt werden. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass sich Planungsbüros für leichte Flächentragwerke mit dem Thema BIM befassen.
Ziel dieser Arbeit ist die Ausarbeitung eines Konzepts für die effiziente durchgehende Umsetzung der Building Information Modeling-Arbeitsmethode bei der Tragwerksplanung im Membranbau.
Es werden vorhandene Funktionalitäten untersucht und alternative Interoperabilitätskomponenten entwickelt. Aufbauend auf den möglichen Werkzeugketten werden verschiedene Einsatzverfahren vorgeschlagen. Darauffolgend wird eines der möglichen Verfahren an einem realen Tragwerk implementiert. Die erhaltenen Ergebnisse werden einer kritischen Analyse unterzogen.
Abschließende Rückschlüsse, Beurteilung der angewandten Planungsmethoden und Ausblick fassen das behandelte Thema zusammen.
Bei der Arbeit verwendete Methoden schließen den parametrischen Entwurf, manuelle Modellierung in zwei verschiedenen Softwareumgebungen und textliche Programmierung mit C#-Sprache ein.
Die Relevanz des untersuchten Themas erstreckt sich überwiegend auf praktisch tätige Ingenieure aus den Bereichen leichte Flächentragwerke, Sondertragwerke, Membranbau, wird aber auch für wissenschaftliche Mitarbeiter der Forschungsinstitutionen, BIM-Spezialisten und Produkthersteller von Interesse sein.
In the field of autonomously driving vehicles the environment perception containing dynamic objects like other road users is essential. Especially, detecting other vehicles in the road traffic using sensor data is of utmost importance. As the sensor data and the applied system model for the objects of interest are noise corrupted, a filter algorithm must be used to track moving objects. Using LIDAR sensors one object gives rise to more than one measurement per time step and is therefore called extended object. This allows to jointly estimate the objects, position, as well as its orientation, extension and shape. Estimating an arbitrary shaped object comes with a higher computational effort than estimating the shape of an object that can be approximated using a basic geometrical shape like an ellipse or a rectangle. In the case of a vehicle, assuming a rectangular shape is an accurate assumption.
A recently developed approach models the contour of a vehicle as periodic B-spline function. This representation is an easy to use tool, as the contour can be specified by some basis points in Cartesian coordinates. Also rotating, scaling and moving the contour is easy to handle using a spline contour. This contour model can be used to develop a measurement model for extended objects, that can be integrated into a tracking filter. Another approach modeling the shape of a vehicle is the so-called bounding box that represents the shape as rectangle.
In this thesis the basics of single, multi and extended object tracking, as well as the basics of B-spline functions are addressed. Afterwards, the spline measurement model is established in detail and integrated into an extended Kalman filter to track a single extended object. An implementation of the resulting algorithm is compared with the rectangular shape estimator. The implementation of the rectangular shape estimator is provided. The comparison is done using long-term considerations with Monte Carlo simulations and by analyzing the results of a single run. Therefore, both algorithms are applied to the same measurements. The measurements are generated using an artificial LIDAR sensor in a simulation environment.
In a real-world tracking scenario detecting several extended objects and measurements that do not originate from a real object, named clutter measurements, is possible. Also, the sudden appearance and disappearance of an object is possible. A filter framework investigated in recent years that can handle tracking multiple objects in a cluttered environment is a random finite set based approach. The idea of random finite sets and its use in a tracking filter is recapped in this thesis. Afterwards, the spline measurement model is included in a multi extended object tracking framework. An implementation of the resulting filter is investigated in a long-term consideration using Monte Carlo simulations and by analyzing the results of a single run. The multi extended object filter is also applied to artificial LIDAR measurements generated in a simulation environment.
The results of comparing the spline based and rectangular based extended object trackers show a more stable performance of the spline extended object tracker. Also, some problems that have to be addressed in future works are discussed. The investigation of the resulting multi extended object tracker shows a successful integration of the spline measurement model in a multi extended object tracker. Also, with these results some problems remain, that have to be solved in future works.