Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effectiveness analysis of spline surfaces creating methods for shell structures modelling

Lenda Grzegorz, Spytkowska Dominika

Geoinformatica Polonica

|

2021

|

T. 20

41--53

EN

The shape of the surface of shell structures, measured by laser scanning, can be modelled using approximating spline functions. Since the 1990s, several modelling techniques have been developed: based on points, meshes, areas outlined on meshes, regions grouping areas with a similar structure. The most effective of them have been used in modern software, but their implementations differ significantly. The most important differences concern the accuracy of modelling, especially places with rapid shape changes, including edges. The differences also affect the mathematical complexity of the created model (the number of unknowns) and the time of its development. These factors contribute to the effectiveness of modelling. Some methods work fully automatically, others allow manual selection of certain parameters, there are also methods that require full manual control. Their selection and application is greatly affected by the user’s intuition and knowledge in the field of creating such surfaces. This study tested the influence of the above factors on the modelling efficiency. A total of six methods of creating spline surfaces were analysed in three software packages of different classes: Geomagic Design X, Solidworks and RhinoResurf. The analyses were carried out on a shell structure of complex shape, consisting of seven patches separated by edges. The created models were assessed in terms of their accuracy of fitting into the point cloud. Additionally, the complexity of the model expressed in the number of control points and the time of its development were determined. The results confirmed the validity of the four methods in terms of model fitting accuracy. The best results were achieved using the semi-automatic method in the most advanced software package and the manual method in the simplest package. This has confirmed the great importance of user experience in terms of theoretical properties of spline functions. However, complexity and development time did not show a direct relationship with the accuracy of the models created.

PL

Modelowanie kształtu powierzchni obiektów powłokowych, pomierzonych za pomocą skaningu laserowego, można przeprowadzić za pomocą aproksymacyjnych funkcji sklejanych. Funkcje te dobrze przybliżają kształty o ciągłej krzywiźnie, jakimi są powłoki, jednocześnie wykazując spadki dokładności w miejscach zerwania tej ciągłości. Od lat 90. XX wieku rozwinęło się mesh, regiony grupujące obszary o podobnej strukturze. Najbardziej skuteczne z nich zostały zastosowane we współczesnym oprogramowaniu, ale ich implementacje znacząco się pomiędzy sobą różnią. Najważniejsze różnice dotyczą dokładności modelowania, szczególnie miejsc o szybkich zmianach kształtu, włączając w nie krawędzie. Różnice dotyczą też złożoności matematycznej utworzonego modelu (liczby niewiadomych) oraz czasu jego opracowania. Czynniki te składają się na efektywność modelowania. Część metod działa w pełni automatycznie, inne pozwalają na ręczny dobór pewnych parametrów, są też metody wymagające pełnego sterowania ręcznego. W ich wyborze i stosowaniu duże znaczenie ma intuicja i wiedza użytkownika w zakresie tworzenia tego typu powierzchni. W opracowaniu przetestowano wpływ powyższych czynników na efektywność modelowania. Badaniom poddano łącznie sześć metod tworzenia powierzchni sklejanych w trzech pakietach oprogramowania różnej klasy: Geomagic Design X, Solidworks i RhinoResurf. Analizy przeprowadzono na obiekcie powłokowym o złożonym kształcie, składającym się z siedmiu płatów rozdzielonych krawędziami. Został on pomierzony metodą skaningu laserowego, a scalona chmura punktów stanowiła podstawę do modelowania za pomocą funkcji sklejanych. Utworzone modele oceniono pod względem dokładności wpasowania w chmurę punktów za pomocą wykresów odchyłek punktów od powierzchni, odchyłek średnich oraz maksymalnych. Dodatkowo określono złożoność modelu wyrażoną liczbą punktów kontrolnych oraz czas jego opracowania. Wyniki pozwoliły na potwierdzenie skuteczności czterech metod w zakresie dokładności wpasowania modeli. Najlepsze efekty osiągnięto stosując metodę półautomatyczną w najbardziej zaawansowanym pakiecie oprogramowania oraz metodę ręczną w najprostszym z pakietów. Potwierdza to duże znaczenie doświadczenia użytkownika w zakresie teoretycznych własności funkcji sklejanych. Złożoność i czas opracowania nie wykazywały natomiast bezpośredniego związku z dokładnością tworzonych modeli.

2

Modelling of Quadratic-Surface Sludge Digesters by Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) – Finite Element (FE) Methods

Tota-Maharaj Kiran, Nounu Ghassan, Ramroop Navin

Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics

|

2020

|

Vol. 67, nr 1-4

35--53

EN

The quadric-surfaced sludge digester (QSD), also known as the egg-shaped sludge digester, has proven its advantages over traditional cylindrical digesters recently. A reduction in operational cost is the dominant factor. Its shell can be described as a revolution of a parabola with the apex and base being either tapered or spherical. This shape provides a surface free of discontinuities, which is advantageous regarding the efficiency during mixing. Since the shape does not produce areas of inactive fluid motion within the tank, sludge settlement and an eventual grit build-up are avoided. The stresses developed in the shell of the sludge digester, vary along the meridian and equatorial diameters. A non-dimensional parameter, , defines the height-to-diameter aspect ratio which is used to delineate the parametric boundary conditions of the shell’s surface. Three groups of analyses were conducted to determine the orthogonal stresses in the shell of the QSD. The first-principles numerical models ran reasonably quickly, and many simulations were made during the study. The results showed that they were in within the range 5.34% to 7.2% to 2D FEA results. The 3D FEA simulation results were within the range of 8.3% to 9.2% to those from the MATLAB time-history models. This is a good indicator that the first principles numerical models are an excellent time-saving method to predict the behaviour of the QSD under seismic excitation. Upon examining the criteria for the design, analysing the results for the 2D FEA simulations showed that the fill height is not a significant variable with sloshing however the 3D FEA showed that the hydrostatic pressure is a significant variable. With the maximum tensile stress of the 3D-printed Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)-a common thermoplastic polymer typically used for injection molding applications, being 24.4 MPa, the overall maximum stress of 5.45 MPa, the material can be a viable option for the use of QSD construction in small island developing states (SIDS).

3

Using spline functions for the shape description of the surface of shell structures

Lenda G.

Geoinformatica Polonica

|

2014

|

T. 13

21--32

EN

The assessment of the cover shape of shell structures makes an important issue both from the point of view of safety, as well as functionality of the construction. The most numerous group among this type of constructions are objects having the shape of a quadric (cooling towers, tanks with gas and liquids, radio-telescope dishes etc.). The material from observation of these objects (point sets), collected during periodic measurements is usually converted into a continuous form in the process of approximation, with the use of the quadric surface. The created models, are then applied in the assessment of the deformation of surface in the given period of time. Such a procedure has, however, some significant limitations. The approximation with the use of quadrics, allows the determination of basic dimensions and location of the construction, however it results in ideal objects, not providing any information on local surface deformations. They can only be defined by comparison of the model with the point set of observations. If the periodic measurements are carried out in independent, separate points, then it will be impossible to define the existing deformations directly. The second problem results from the one-equation character of the ideal approximation model. Real deformations of the object change its basic parameters, inter alia the lengths of half-axis of main quadrics. The third problem appears when the construction is not a quadric; no infor-mation on the equation describing its shape is available either. Accepting wrong kind of approximation function, causes the creation of a model of large deviations from the observed points. All the mentioned above inconveniences can be avoided by applying splines to the shape description of the surface of shell structures. The use of the function of this type, however, comes across other types of limitations. This study deals with the above subject, presenting several methods allowing the increase of accuracy and decrease of the time of the modelling with the splines.

PL

Ocena kształtu płaszcza budowli powłokowych stanowi istotne zagadnienie zarówno z punktu widzenia bezpieczeństwa, jak i funkcjonalności konstrukcji. Najliczniejszą grupę wśród tego typu budowli stanowią obiekty posiadające kształt kwadryk (chłodnie kominowe, zbiorniki gazów i płynów, czasze radioteleskopów itp.). Zebrany podczas cyklicznych pomiarów kontrolnych punktowy materiał obserwacyjny, zamieniany jest najczęściej na postać ciągłą w procesie aproksymacji, przy użyciu powierzchni stopnia drugiego. Wyznaczone modele, służą następnie do oceny zaistniałych w czasie deformacji powierzchni. Postępowanie takie niesie ze sobą jednak kilka istotnych ograniczeń. Aproksymacja przy użyciu kwadryk, pozwala na wyznaczenie podstawowych wymiarów i usytuowania budowli jednak jej efektem są obiekty idealne, nie niosące żadnych informacji o lokalnych deformacjach powierzchni. Można je określić dopiero przez porównanie modelu z punktowym zbiorem obserwacji. Jeżeli pomiary okresowe nie były prowadzone w tych samych punktach, wówczas nie ma możliwości bezpośredniego określenia zaistniałych deformacji. Drugi problem wynika z charakteru jednorównaniowego, aproksymacyjnego modelu idealnego. Rzeczywiste deformacje obiektu zmieniają podstawowe jego parametry, min. długości półosi głównych kwadryki. Trzeci problem pojawia się, gdy budowla nie jest kwadryką, nie ma również informacji o równaniu opisującym jej kształt. Przyjęcie mylnego rodzaju funkcji aproksymującej, spowoduje wy-znaczenie modelu o dużych odchyłkach od obserwowanych punktów. Wszystkie wymienione niedogodności można ominąć, stosując do opisu kształtu powierzchni budowli powłokowych funkcje sklejane. Użycie tego typu funkcji napotyka jednak na innego typu ograniczenia. Niniejsze opracowanie omawia powyższą tematykę, przedstawiając kilka metod pozwalających na zwiększenie dokładności i szybkości modelowania za pomocą funkcji sklejanych.

4

Struktury projektowane przez Stefana J. Medwadowskiego

Abel J F

Architectus

|

2014

|

Nr 4(40)

65--71

PL

W swoich pracach Stefan Medwadowski, Amerykanin polskiego pochodzenia, stawiał sobie za cel świadomą kreację spełniających założone funkcje, a jednocześnie estetycznych form konstrukcyjnych. W swoich projektach wykorzystywał różnorodne systemy konstrukcyjne, takie jak cienkie powłoki z betonu i drewna, jak również systemy przestrzenne czy siatkowe ze stali, betonu i drewna. Przedstawione przykłady obejmują wiele różnorodnych projektów takich jak długoprzęsłowe hale sportowe, kościoły i teatry, betonowe budynki, kładkę dla pieszych oraz stalowe konstrukcje przestrzenne podtrzymujące teleskopy optyczne.

EN

The structures designed by Stefan J. Medwadowski, an American of Polish origin, are characterized by the conscious effort to defi ne space and fulfi ll function in an aesthetically pleasing manner. His projects have involved a variety of structural systems, including thin shells in concrete and wood, and spatial or grid systems in steel, concrete, and timber. Examples presented include long-span arenas, churches and theatres, concrete buildings, a pedestrian bridge, and steel spatial structures to support optical telescopes.

5

Parametrization of spline functions to describe the shape of shell structures

Lenda G., Mirek G.

Geomatics and Environmental Engineering

|

2013

|

Vol. 7, no. 1

65--73

EN

Description of the shape of shell structure surfaces by means of spline functions is a competitive method of approximation to the approximation with a surface of the second degree. They allow us to present local deformations of the structure. However, they demonstrate sensitivity to a variety of factors, among which the most important is related to the shape of the structure, determining the appropriate choice of spline function arguments. Determining of the arguments is carried out in the so-called parametrization process, which is crucial for the accuracy of the obtained approximations. This paper focuses on the application and comparison of several popular parametrization methods for approximating the shape of the surface of shell structures. The main task of the conducted test study was to select the parametrization method bringing the most accurate results for the description of the structures measured with a not too high density of points (every tens of centimeters - meters) for example, using popular reflectorless total stations. For this purpose, two test models were analyzed, with one- and multi-directional variable curvature, from which sets of points distributed alternately were considered, used to construct spline surfaces and to determine the deviations of the surfaces from the test models. The study involved three most common types of parametrization [2-4]: with a fixed distance, with the distance between the points and with its root. The conducted analysis of the results allowed us to identify the most accurate parametrization method to describe the shape of the shell structure surface.

PL

Opis kształtu powierzchni budowli powłokowych za pomocą funkcji sklejanych stanowi metodę przybliżeń konkurencyjną względem aproksymacji za pomocą powierzchni stopnia drugiego. Metoda ta pozwala na przedstawienie lokalnych deformacji obiektu, wykazuje jednak wrażliwość na różnorodne czynniki, spośród których najważniejszy związany jest z kształtem obiektu determinującym odpowiedni dobór argumentów funkcji sklejanych. Ustalenia argumentów dokonuje się w procesie tzw. parametryzacji, która ma kluczowe znaczenie dla dokładności uzyskanych przybliżeń. Niniejszy artykuł skupia się na zastosowaniu i porównaniu kilku popularnych metod parametryzacji w celu przybliżania kształtu powierzchni obiektów powłokowych. Podstawowym celem przeprowadzonych badań testowych było wyłonienie metody parametryzacji przynoszącej wyniki najlepsze pod względem dokładności opisu obiektów mierzonych z przeciętną gęstością, np. za pomocą popularnych tachimetrów bezzwierciadlanych. Przeanalizowano dwa modele testowe: o jedno- i wielokierunkowo zmiennej krzywiźnie, z których zdjęto naprzemiennie rozłożone zbiory punktów, służące do budowy powierzchni sklejanych oraz do wyznaczania odchyłek powierzchni od modeli testowych. Badaniom poddano trzy najczęściej spotykane rodzaje parametryzacji: stałą odległością, odległością pomiędzy punktami oraz jej pierwiastkiem. Przeprowadzona analiza wyników pozwoliła na wyłonienie właściwej metody parametryzacji na potrzeby opisu kształtu powierzchni obiektów powłokowych.

6

Proposal for the method of determining the most intensive fragments rivet joins appearing the shell air panels working under the influence of tension field

Mańkowski J., Osiński J., Rumianek P., Jachimowicz J.

Diagnostyka

|

2010

|

nr 3(55)

55-62

EN

This article presents the methodology for determining seam rivet fragments most exposed to fatigue damage caused by buckling cover sheet occurring in the semi-monocoque structures. The present study is focused on determining the impact of the tension field, which is one of the cases of buckling, the state of the burden and strain of riveted joints occurring in shell structures. The conditions in which tension field arise for example two-flange girder were also examined. Analysis was also performed to explore micro-slides between the rivet and the hole in the conditions of normal and torsional loads of combined sheets. The presented method allows both the determination of dangerous places, susceptible to the tension field for the whole structure, as well as a detailed analysis of selected parts of the structure - which can be useful, especially in the design of structures on the basis of supervising durability.

PL

Celem artykułu jest przedstawienie metodyki określania najbardziej narażonych na zniszczenie zmęczeniowe, spowodowane wybaczaniem blach pokrycia, fragmentów szwów nitowych występujących w konstrukcjach półskorupowych. W niniejszej pracy skupiono się na określeniu wpływu pola ciągnień, które jest jednym z przypadków wyboczenia, na stan obciążeń i odkształceń połączeń nitowych występujących w konstrukcjach cienkościennych. Zbadano warunki powstawania pola ciągnień na przykładzie dźwigara dwupasowego. Wykonano również analizy mające na celu zbadanie mikropoślizgów pomiędzy nitem a otworem w warunkach obciążeń normalnych i skrętnych łączonych blach. Przedstawiona w pracy metoda, pozwala zarówno na określenie miejsc niebezpiecznych, podatnych na działanie pola ciągnień, dla całej konstrukcji; jak i przeprowadzenie szczegółowej analizy wybranych fragmentów konstrukcji - co może być przydatne, zwłaszcza przy projektowaniu konstrukcji na trwałość dozorowaną.