Der CAD‐integrierte parametrische Entwurfsprozess von Membrantragwerken

Abstract

Der Entwurf von Membrantragwerken umfasst drei miteinander stark verknüpfte und zum Teil sehr interaktive Disziplinen: Formfindung, Strukturanalyse und Zuschnitt. Um diese verschiedenen Aufgaben und die jeweils dafür spezialisierten Analysetypen miteinander in Einklang zu bringen und somit eine tragfähige Membran zu entwerfen, bedarf es leistungsfähiger numerischer Simulationsumgebungen. Mit der CAD‐integrierten Analyse wurde die Möglichkeit geschaffen, diese hochgradig nichtlinearen Analysen direkt in der CAD‐Umgebung durchzuführen. Dadurch verbessert sich zum einen die geometrische Qualität des Analysemodells, das durch glatte NURBS‐Kurven und Flächen beschrieben wird. Zum anderen lassen sich auch die Abhängigkeiten der einzelnen Berechnungsschritte ideal abbilden, da Pre‐ und Post‐Processing in einer einheitlichen Umgebung stattfinden und mit demselben Modell beschrieben werden. Beispielsweise kann eine formgefundene Fläche direkt für weitere Analysen verwendet werden. Die Grundlage hierfür bildet die Isogeometrische B‐Rep‐Analyse (IBRA), die in diesem Beitrag kurz erläutert wird. Bei der isogeometrischen Methode werden NURBS sowohl für die Geometriebeschreibung als auch zur Definition der Ansatzfunktionen im Sinne der Finite‐Elemente‐Methode genutzt. Zudem kann ein parametrisches Modell mit geometrischen und mechanischen Eigenschaften erstellt werden, welches Formfindung, Strukturanalyse und Zuschnitt auf der Basis des gleichen numerischen Modells erlaubt. Somit können am Modell beinahe unendlich viele Konfigurationen mit geringstem Aufwand untersucht werden. Dieser Beitrag liefert einen Überblick über die aktuellen Methoden und Vorteile des CAD‐integrierten Entwurfskreislaufs für Membrantragwerke und erläutert die zugrunde liegenden mechanischen Aspekte. Hierfür wird das frei verfügbare Plugin Kiwi!3D für Rhino und Grasshopper in der Anwendung auf die textilen Bauten des Tanzbrunnens in Köln gezeigt.

Concepts of data collection for the CAD-integrated isogeometric analysis

“…Some research, which has been conducted with Kiwi!3d, is e.g. the parametric design of membranes [26,27] or lightweight structures generally [25].…”

CAD Fractal Art Pattern Design and Evaluation Based on RBF Network Algorithm

“…It is used to randomly select CAD based fractal art pattern design using roulette and obtain CAD fractal art pattern design analysis. Scrambling rearranges the pixel position of the image and only changes the correlation between adjacent pixels of each basic color image but cannot change the histogram of each basic color image [15]. Alternatively, the overall histogram distribution characteristics of the basic color image can be changed by converting the pixel values of each basic color image.…”