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A high-order finite element model for vibration analysis of cross-laminated timber assemblies
(2017)
The vibration behavior of cross-laminated timber components in the low-frequency range can be predicted with high accuracy by the finite element method. However, the modeling of assembled cross-laminated timber components has been studied only scarcely. The three-dimensional p-version of the finite element method, which is characterized by hierarchic high-order shape functions, is well suited to consider coupling and support conditions. Furthermore, a small number of degrees of freedom can be obtained in case of thin-walled structures using p-elements with high aspect ratios and anisotropic ansatz spaces. In this article, a model for cross-laminated timber assemblies made of volumetric high-order finite elements is presented. Two representative types of connections are investigated, one with an elastomer between the cross-laminated timber components and the other without. The model is validated, and suitable ranges for the stiffness parameters of the finite elements which represent the junctions are identified.
Im vom BMWi geförderten Forschungsprojekt Niedrigst-Energie-Hotel wurde ein Bestandsgebäude mithilfe eines umfassenden Sanierungskonzeptes zu einem energiesparenden Nur-Strom-Gebäude entwickelt. Eine höchst wärmegedämmte Hülle, komplett neue Anlagentechnik und intelligente Verknüpfung der Anlagenteile versprechen niedrigen Energiebedarf bei gleichzeitig hohem Komfort.
Doch mit steigender Komplexität der Anlagen steigt auch das Risiko, dass Bestandteile nicht optimal zusammenarbeiten oder sich sogar gegenseitig negativ beeinflussen. Beim energetischen Monitoring werden diese Anlagen und ihre Bestandteile überwacht und deren Energieströme gemessen. Dieses Wissen erlaubt schließlich die detaillierte Bewertung des innovativen Energiekonzepts in der Anwendung und in gewissem Umfang auch die Optimierung der Anlagen.
Zur Auswertung der umfangreichen Datensätze wird das am Karlsruher Institut für Technologie (Fachgebiet Bauphysik & Technischer Ausbau) entwickelte Werkzeug MoniSoft verwendet. Durch die plattformunabhängige Software werden das Monitoring und die Betriebsanalyse vereinfacht. Seit 2013 wird die Software an der Hochschule Rosenheim maßgeblich mit weiterentwickelt.
Projektziele - Durch das energetische Monitoring können folgende Ziele erreicht werden:
Beurteilung des Betriebs der komplexen Gebäudetechnik unter realen Bedingungen, Vergleich der Messergebnisse mit den Erwartungen der Planer, Erarbeitung von Optimierungsmöglichkeiten in der Gebäudetechnik
Ein Ziel des DFG-AiF-Clusterforschungsvorhabens Vibroakustik im Planungsprozess für Holzbauten ist die Reduktion des schalltechnischen Planungsaufwandes bei der Holzmassivbauweise. Hierzu soll das Prognoseverfahren der DIN EN 12354 angepasst werden. Darin ist ein vereinfachter SEA-Ansatz zugrunde gelegt, welcher diffuse Körperschallfelder in den Bauteilen sowie deren schwache Kopplung voraussetzt. Tatsächlich trifft die Annahme diffuser Körperschallfelder nur bei Bauteilen mit geringer Ausbreitungsdämpfung zu. Um ein Maß für die Kopplung der Bauteile zu erhalten, wird ein Energieverhältnis aus den Bauteilschnellen gebildet. In der DIN EN ISO 10848-1 wird eine Vorschrift für die Messung der mittleren Bauteilschnelle beschrieben. Daraus wird ein örtlich und zeitlich gemittelter Schnellepegel je Bauteil berechnet, mit dem die Energie des Bauteils bestimmt wird. In diesem Beitrag werden Messergebnisse von Körperschallfeldern an Brettsperrholzelementen im Hinblick auf die Energiebestimmung diskutiert. Bei der statistischen Auswertung werden die Anzahl der Anregepositionen und der Messpositionen auf dem direkt und indirekt angeregten Bauteil analysiert. In einem weiteren Schritt werden die erforderlichen Messpositionen durch eine geeignete Auswahl reduziert und mit den pauschalen, geometrischen Vorgaben der Messvorschrift aus der DIN EN ISO 10848-1 verglichen. Die Erkenntnisse werden zur Bewertung von Messergebnissen und für Empfehlungen an die Durchführung zukünftiger Messungen herangezogen.
The method is based on a simplified Statistical Energy Analysis(SEA) approach. The energy ratios of various subsystems are the main quantities to predict sound transmission. The method has proven to work sufficiently accurate for masonry and concrete buildings, where the building components like walls, floors etc. can be regarded as rather homogeneous structures. To adapt this method for solid timber constructions it is necessary to prove that basic SEA requirements are fullfilled by orthotropic materials and heterogeneous structures that occur in these building types. In a case study, an isolated T-junction formed by Cross Laminated Timber(CLT) elements is experimentally investigated. The buildings elements are subdivided in segments with typical screwed connections.
In the experiments the diffusivity of the vibration field is investigated, using point excitation with a shaker at several positions and many, randomly chosen response positions. MONTE-CARLO simulations are conducted for random but fix-sized subsets of the measured response positions to find the necessary number of response positions for an accurate determination of the vibrational energy.
As a result the distribution of the mean velocity levels can be approximated.
In a second approach a multiple linear regression model based on the least absolute shrinkage and selection operator(LASSO)is applied, because for lower frequency bands multicollinearity is expected.
In the context of linear regression modelling, data-driven methods are used to select optimal subsets of response positions, to get an estimating equation.
Experimentelle Bestimmung des Abstrahlgrades und des inneren Verlustfaktors orthotroper Platten
(2017)
Wooden building systems, including cross-laminated timber elements, are becoming more common. The last few years have seen new developments and documentation of innovative types of cross-laminated timber floor assemblies. Regarding impact sound associated to walking persons, running or jumping children, such floor assemblies can be regarded as a weak part. So far, there are no reliable standardized calculation models available, for prediction of impact sound in the entire frequency range. Therefore the design is always based upon previous experiences and available measurements. This article presents the results of a number of well controlled sound insulation measurements of cross-laminated timber/massive wood floor constructions conducted in laboratories. The collection of data and results analysis highlight some basic phenomena. For instance, how structural differences related to the grouping of the constructions change the frequency distribution of the impact sound level and the single number quantities. Another significant result is the influence of the dynamic stiffness of the resilient interlayer of floating floor systems and the mass per unit area of the floors. Based on this analysis, the aim is to identify similarities and carry out simplifications. The data will be further processed and used in the development of prediction models and optimization process of cross-laminated timber floor assemblies.