Integrated structural analysis using building information models and heterogeneous adaptive isogeometric finite element methods

使用建筑信息模型和异构自适应等几何有限元方法进行集成结构分析

基本信息

项目摘要

The digital cooperation of different specialists involved in the planingprocess is currently insufficient. Different consultants create different models which largely contain identical information on the geometry of the building to construct. Modifications in one of the models require a manual adaptation of the other models. The reason for that is mainly caused by the historical technical development. With this research proposal an improvement of the interoperability is to be achieved on the software level, consequently leading to an easier and therefore improved cooperation between the involved consultants. Common basis will be a building information model with consistent geometry data based on volumetric spline formulations, which is available for all involved parties. In the course of the proposed research project methods shall be developed, that allow the user a straightforward structural analysis which is based on this building information model. Thereby, the focus is on a) the generation of isogeometric finite element models from the EXPRESS data types of the IFC scheme. b) the coupling of spline based volumetric bodies, i. e. the establishment of compatibility conditions for volumetric bodies representing individual structural parts, which is required for the numerical analysis. c) the development of anisotropic error estimators for isogeometric analysis. The directionality of the error estimators is of special interest to allow the formulation of efficient refinement algorithms for the often shell-like structural parts in regular building construction, which are represented by volume elements only. c) development of adaptation methods for an algorithm based anisotropic adaptive refinement of the isogeometric finite element model, based on the previously developed error estimators. The combination of the developed methods leads to an integrated structural analysis system, that is based on building information models. The common geometry basis of building information model and FEM will improve e.g. solutions for optimization and fluid-structure interaction problems.
目前参与规划过程的不同专家的数字化合作还不够。不同的顾问创建不同的模型,其中大部分包含有关要建造的建筑物的几何形状的相同信息。其中一个模型的修改需要手动调整其他模型。究其原因,主要是历史技术发展造成的。通过这项研究提案,将在软件层面实现互操作性的改进,从而使相关顾问之间的合作更加容易并得到改善。 共同基础是具有基于体积样条公式的一致几何数据的建筑信息模型,可供所有相关方使用。在拟议的研究项目过程中,应开发方法,使用户能够基于该建筑信息模型进行简单的结构分析。 因此,重点是 a) 从 IFC 方案的 EXPRESS 数据类型生成等几何有限元模型。 b) 基于样条的体积体的耦合,i。 e.为代表各个结构部件的体积体建立兼容性条件,这是数值分析所需的。 c) 开发用于等几何分析的各向异性误差估计器。误差估计器的方向性特别重要,可以为常规建筑施工中仅由体积元素表示的通常为壳状的结构部件制定有效的细化算法。 c) 基于先前开发的误差估计器,开发用于等几何有限元模型的基于各向异性自适应细化的算法的自适应方法。 所开发的方法的结合产生了基于建筑信息模型的集成结构分析系统。建筑信息模型和有限元法的共同几何基础将得到改善,例如:优化和流固耦合问题的解决方案。

项目成果

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