Oznaka poročila:ARRS-RPROJ-ZP-2014/86 ZAKLJUČNO POROČILO RAZISKOVALNEGA PROJEKTA A. PODATKI O RAZISKOVALNEM PROJEKTU 1.Osnovni podatki o raziskovalnem projektu Šifra projekta Z2-4158 Naslov projekta DINAMIČNA ANALIZA PREMOSTITVENIH OBJEKTOV OB SOČASNEM VPLIVU VOZIL IN VETRA Vodja projekta 27673 Eva Zupan Tip projekta Z Podoktorski projekt Obseg raziskovalnih ur 3400 Cenovni razred A Trajanje projekta 07.2011 - 06.2013 Nosilna raziskovalna organizacija 792 Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Raziskovalne organizacije -soizvajalke Raziskovalno področje po šifrantu ARRS 2 TEHNIKA 2.05 Mehanika 2.05.04 Konstrukcijska mehanika Družbenoekonomski cilj 02. Okolje Raziskovalno področje po šifrantu FOS 2 Tehniške in tehnološke vede 2.03 Mehanika B. REZULTATI IN DOSEŽKI RAZISKOVALNEGA PROJEKTA 2.Povzetek raziskovalnega projekta1 SLO V podoktorskem projektu je Eva Zupan razvila nove računske metode in pripravila pripadajoča programska orodja za obravnavanje povezanega problema gibanja vozil vzdolž premostitvenih objektov ob sočasnem vplivu vetra. Problem matematično opišemo s sistemom togih algebrajsko-diferencialnih enačb, v katerih kot osnovne neznanke nastopajo tudi prostorski zasuki. Premostitvene objekte modeliramo s prostorskimi, geometrijsko nelinearnimi linijskimi končnimi elementi. Telo, ki se giblje po deformabilnem nosilcu, modeliramo kot trirazsežno togo telo, njun stik pa opisujejo vzmeti. Zaradi prepletenosti algebrajskih in diferencialnih enačb in neaditivnosti prostorskih zasukov je problem računsko zelo zahteven. V okviru projekta so bili zato razviti tudi novi časovni integratorji, ki temeljijo na parametrizaciji zasukov z rotacijskimi kvaternioni. Uporaba kvaternionov se je izkazala za odlično izbiro, vseeno pa je bilo za večjo numerično učinkovitost potrebno konsistentno transformirati vodilne enačbe problema. Tak pristop se je izkazal kot robusten, numerično stabilen in učinkovit. Pripravljena programska orodja so primerna za natančnejšo analizo premostitvenih objektov tako za železniški kot cestni promet pod vplivi gibajočih se vozil in vetra, izdelane parametrične študije pa opozarjajo na prednosti natančnejših modelov ter učinkovitost in stabilnost predlaganih računskih metod. Delo je naletelo na zelo ugodne odzive v mednarodnih znanstvenih krogih. To dokazuje pet izvirnih znanstvenih člankov v uglednih mednarodnih revijah s faktorjem vpliva, šest odmevnih referatov na mednarodnih konferencah in vzpostavitev sodelovanja s tujimi partnerji. Rezultati in izkušnje raziskovalnega projekta so tudi odlična osnova za nadaljnje delo v raziskovalni skupini in sodelovanje s tujimi raziskovalci, razvite numerične metode, še posebej nove časovne integratorje, pa zlahka priredimo za reševanje sorodnih inženirskih problemov. ANG In the research project we introduced novel numerical methods for coupled dynamic analysis of three-dimensional frame structures and moving vehicles under time-dependent wind load. The problem is mathematically described by a system of stiff differential-algebraic equations in which spatial rotations are members of the primary unknowns. The structure was modelled by modern geometrically exact beam elements, the motion of the vehicle was described by dynamic equations of the rigid body and springs were used for modelling the contact between the vehicle and the structure. The interdependence of algebraic and differential governing equations and the non-additivity of spatial rotations make the problem computationally very demanding. Therefore, novel time-integrators based on quaternion representation of rotations were developed within the project. The use of rotational quaternions was proven as an excellent choice. Still, for high efficiency of the proposed numerical algorithms a consistent transformation of the governing equations to the quaternion algebra was also needed. Our approach resulted in robust, computationally stable and efficient numerical models. The developed computer program is directly applicable for the analysis of long-span road and railway bridges under moving vehicles and wind loads. The numerical studies have shown that simplified models can underestimate the dynamic response of the structure. The work was well accepted among researchers working in the field of structural and multibody dynamics. We have published five papers in the international journals indexed by SCI and presented our work at six international conferences. New contacts and cooperation with foreign research organizations was also established. Results and experiences of the project represent a suitable basis for future work at the research group and cooperation with foreign researchers. The proposed numerical models especially novel time-integrators are applicable and suitable for various engineering problems. 3.Poročilo o realizaciji predloženega programa dela na raziskovalnem projektu2 Težišče dela podoktorskega projekta je bila priprava natančne, a hkrati numerično stabilne in robustne formulacije povezanega problema gibanja vozila vzdolž prostorske linijske konstrukcije ob sočasnem vplivu vetra. Na osnovi izpeljane numerične formulacije in razvitih metod smo v skladu s teoretičnimi spoznanji sočasno razvijali prototip programa v okolju Matlab. Razvita programska orodja so neposredno uporabna za analizo konkretnih inženirskih objektov pod vplivom vozil in vetra. O raziskovalnih pristopih in ugotovitvah smo poročali mednarodnim znanstvenim krogom, ki delujejo na raziskovalnih področjih projekta, in naleteli na zelo ugodne odzive in precejšnje zanimanje za naše pristope. V okviru projekta smo vzpostavili intenzivnejše in dolgoročnejše stike z raziskovalci na uglednem inštitutu Fraunhofer ITWM. Razvoj numeričnih metod za dinamično analizo deformabilnih konstrukcij pod vplivom gibajočega se telesa je nujno potreben in zato tudi v zadnjem času precej intenziven o čimer priča precejšnje število člankov s to problematiko, objavljenih v zadnjih letih. Relativno preprosti modeli za konstrukcijo in telo pričajo o teoretični in numerični zahtevnosti problema. Z razvojem tehnologije, zaradi geografskih in tehnoloških zahtev pa se v sodobnem času vse pogosteje srečujemo s premostitvenimi objekti, ki so ukrivljeni v eni, pogosto pa tudi v dveh ravninah. Hkrati se soočamo tudi z velikimi ekstremnimi dinamičnimi obtežbami, še posebej se kot zelo vplivna obtežba pojavlja obtežba z vetrom. To narekuje natančnejše modele konstrukcij in ustreznejše analize. V naših raziskavah smo premostitvene objekte modelirali s prostorskimi linijskimi nosilci, ki dopuščajo začetno ukrivljeno in zvito obliko, hkrati pa se ne omejimo glede velikosti pomikov in zasukov in upoštevamo tudi materialno nelinearnost. Telo, ki se giblje po konstrukciji, modeliramo kot trirazsežno togo telo, njun stik pa opisujemo z vzmetmi. Vodilne enačbe problema so zelo zahtevne in jih lahko rešimo le numerično. Numerično reševanje ni preprosto zaradi medsebojne povezanosti enačb, algebrajsko diferencialne narave vodilnih enačb, velikega števila neznank problema in različnega fizikalnega pomena in obnašanja opazovanih količin. Naše izkušnje na tem področju in izkušnje mnogih raziskovalcev kažejo, da je za uspešno numerično reševanje povezanih problemov v dinamiki sistemov teles ključno uspešno modeliranje časovne odvisnosti količin, t.i. časovna diskretizacija. Pri tem se moramo podrediti togi naravi problema, ki zahteva implicitne sheme reševanja in posebnosti prostorskih zasukov. Prostorskih zasukov med sabo namreč ne smemo seštevati, kar onemogoča neposredno uporabo standardnih metod. Obstoječe metode večinoma temeljijo na formulacijah z uporabo Liejevih grup in algeber, kar poveča računsko zahtevnost algoritmov, tipično pa se pojavljajo tudi težave z numerično stabilnostjo, ki jih je težko rešiti, ne da bi vplivali na natančnost rezultatov. V okviru projekta smo razvijali nove alternativne pristope, ki temeljijo na uporabi rotacijskih kvaternionov za opis zasukov konstrukcije in vozil. Prednosti rotacijskih kvaternionov je veliko, vendar pa se pri dinamičnih sistemih pojavlja tudi precejšnje število težav, rešitve zanje pa še niso bile dokumentirane v znanstveni literaturi. Kot pomembno prednost izpostavimo manjše računske čase pri določanju zavrtenih leg in popolno odpravo singularnosti. Cilj projekta je bil razvoj numerično učinkovite in stabilne formulacije, ne da bi pri tem vplivali na natančnost izračunanih rezultatov. Z vpeljavo kvaternionov za opis zasukov smo ta cilj le delno dosegli. Kot smo poročali v člankih, je že ta pristop dovolj za stabilnejše obnašanje znanih integratorjev, ki se uporabljajo v dinamiki sistemov teles. Vseeno pa lahko v določenih primerih zaznamo težave z numerično stabilnostjo. Nadaljnji razvoj je potekal v dveh smereh: i) vodilne enačbe problema smo skušali zapisati v obliki, ki je kar najbolj usklajena z uporabo kvaternionske algebre, ii) razvijali smo nove metode za integracijo na nelinearnih konfiguracijskih prostorih. Kombinacija obeh smeri razvoja se je izkazala za izredno uspešno in učinkovito. Problem smo zapisali v jeziku kvaternionske algebre s konsistentnim upoštevanjem variacijskih principov in lastnosti matematičnega konfiguracijskega prostora. Razvili smo več družin integratorjev po času, ki dosledno upoštevajo naravo vodilnih enačb in rotacijskih kvaternionov, pri čemer smo precejšnjo pozornost namenili tudi metodam višjega reda, saj, kot je dobro znano, ob enaki natančnosti rezultatov dosegajo bistveno boljše računske čase. Pristopi in modeli, ki smo jih razvili so novi in izvirni, posebej pa smo ponosni na izboljšano numerično robustnost in stabilnost v primerjavi s primerljivimi dosedanjimi rešitvami. Del izsledkov raziskovalnega dela je že bil objavljen v uglednih mednarodnih revijah s faktorjem vpliva. Plod raziskovalnega dela na projektu je pet izvirnih znanstvenih člankov. Posebej moramo izpostaviti dva članka, ki spadata v skupino A' - zelo kvalitetnih znanstvenoraziskovalnih dosežkov. Dva članka sta bila objavljena v revijah druge skupine, eden pa v reviji tretje skupine baze SCI. Vodja projekta se je udeležila šestih mednarodnih in ene slovenske konference, kjer je predstavila svoje raziskovalno delo mednarodni in slovenski znanstveni javnosti. Pozitivni odzivi in precejšnje zanimanje za naše delo pričajo o aktualnosti predstavljenih modelov. Čeprav je od objave prvih izsledkov minilo relativno malo časa, se opaženost in relevantnost našega dela že kaže tudi v prvih citatih v mednarodno priznanih revijah. Glede na trenutne trende v numeričnem modeliranju dinamike konstrukcij lahko upravičeno pričakujemo, da bo število citatov na ta dela še precej naraslo. Naši pristopi in resno znanstveno delo na področju dinamike konstrukcij so bili tudi temelj vzpostavitve sodelovanja z inštitutom Fraunhofer ITWM (Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik) iz Nemčije. Po njihovem povabilu je vodja projekta gostovala na ITWM v juliju 2012 in tam predstavila svoje raziskovalno delo in raziskovalno delo v njeni raziskovalni skupini. Ta obisk je bil osnova za intenzivnejše sodelovanje, ki se je nadaljevalo v obliki več delovnih obiskov, skupnih objav in prijav projektov. Rezultat sodelovanja je tudi možnost postdoktorske usposabljanja na ITWM za raziskovalce iz Slovenije. Trenutno eno takšno usposabljanje že poteka. V bodoče pa načrtujemo še intenzivnejše sodelovanje. Znanje in izkušnje pridobljene pri reševanju povezanih problemov, odvisnih od časa, bodo odlična podlaga za nadaljnje raziskovalno delo na tem področju. Del rezultatov bo osnova za modele, ki jih razvija raziskovalna skupina Katedra za mehaniko na Fakulteti za gradbeništvo in geodezijo, kjer je vodja projekta delovala. Pridobljena znanja in razvita programska orodja pa vodja projekta uspešno uporablja pri svojem nadaljnjem delu v raziskovalni skupini Konstrukcije na Zavodu za gradbeništvo Slovenije, kjer se ukvarja s statično in dinamično analizo mostov. 4.Ocena stopnje realizacije programa dela na raziskovalnem projektu in zastavljenih raziskovalnih ciljev3 Projekt je bil izvajan v skladu z napovedmi. Cilji so bili doseženi in program dela realiziran. 5.Utemeljitev morebitnih sprememb programa raziskovalnega projekta oziroma sprememb, povečanja ali zmanjšanja sestave projektne skupine4 Projekt je bil izvajan v okviru napovedi brez pomembnejših odstopanj. Sprememb v projektni skupini ni bilo. 6.Najpomembnejši znanstveni rezultati projektne skupine5 Znanstveni dosežek 1. COBISS ID 5478497 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Integracija rotacij iz kotnih hitrosti ANG Integrating rotation from angular velocity Opis SLO Primerjava različnih časovnih integratorjev na temeljni nalogi dinamike sistemov teles - določitvi zasukov iz znanega polja rotacij je ključnega pomena pri odločitvah glede njihove implementacije v kompleksnejše programsko okolje za reševanje zahtevnejših problemov. Razvoj novega integratorja in njegova primerjava z obstoječimi daje dodatna znanja in izkušnje, ki so pomembna osnova za nadaljnji razvoj in uporabo integratorjev na nelinearnih konfiguracijskih prostorih. ANG Comparison between different time integrators when dealing with fundamental problem in multibody dynamics - the reconstruction of rotations from angular velocities is crucial for choosing the most suitable time integrators to be employed in more complex software environment for solving mere demanding problems. Development of a new integrator and its comparison to the existing represents an important knowledge and basis for further development and application of time integrators on nonlinear configuration spaces. Objavljeno v Elsevier Applied Science; Advances in engineering software; 2011; Letn. 42, št. 9; str. 723-733; Impact Factor: 1.092;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 0.971; WoS: EV, EW; Avtorji / Authors: Zupan Eva, Saje Miran Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 2. COBISS ID 5751393 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Dinamika geometrijsko nelinearnih prostorskih nosilcev s kvaternionskim opisom rotacij in uporabo metod Runge-Kutta ANG Quaternion-based dynamics of geometrically nonlinear spatial beams using the Runge-Kutta method Opis SLO V članku povsem opustimo tradicionalen način dvojnega opisa rotacij prek rotacijskega vektorja in rotacijske matrike. Namesto tega uporabimo kvaternione kot edini opis rotacij in z njimi povezanih količin. Kvaternioni so elementi štirirazsežnega linearnega prostora in zato primernejši za uporabo kot, sicer zelo priljubljena, posebna ortogonalna grupa rotacijskih matrik. Preprostejši konfiguracijski prostor pomembno olajša interpolacijo rotacijskih količin in omogoči uporabo standardnih metod družine Runge-Kutta. Tako lahko popolnoma izkoristimo pomembne prednosti teh metod, kot so kontrola lokalne napake in prilagodljiv časovni korak. Delo spada v kategorijo A' - zelo kvalitetnih dosežkov. ANG The classical concept of parametrizing the rotation matrix by the rotational vector is completely abandoned so that the only rotational parameters are the rotational quaternions representing both rotations and rotational strains in the beam. Because the quaternions are the elements of a four dimensional linear space, their use is an advantage compared to the elements of the special orthogonal group. This makes possible, e.g. to interpolate the rotational quaternions in a standard additive way and to apply standard Runge-Kutta time integration methods. Thus we benefit from theoretically well based adaptive time-step algorithms and avoid the | analytical linearization of the governing equations. Objavljeno v North-Holland; Finite elements in analysis and design; 2012; Letn. 54; str. 48-60; Impact Factor: 1.389;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 0.905; A': 1; WoS: PN, PU; Avtorji / Authors: Zupan Eva, Saje Miran, Zupan Dejan Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 3. COBISS ID 5825377 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Dinamika prostorskih nosilcev v kvaternionskem opisu z uporabo Newmarkove integracije ANG Dynamics of spatial beams in quaternion description based on the Newmark integration scheme Opis SLO Z uporabo kvaternionov lahko povsem opustimo tradicionalen način dvojnega opisa rotacij prek rotacijskega vektorja in rotacijske matrike. V članku izrazimo vodilne enačbe problema v kvaternionski algebri in predstavimo prilagoditev Newmarkove metode za rotacijske kvaternione. Teoretične osnove so predstavljene dovolj podrobno, da članek pomeni osnovo za uporabo kvaternionov tudi v drugih končnih elementih, ki uporabljajo rotacije. Model smo preizkusili na številnih primerih. Izpeljani elementi so še posebej natančni in učinkoviti, kadar uporabimo oblikovne funkcije višjih redov. Zanimiva lastnost prestavljenega modela je povečana numerična stabilnost računov. Delo spada v kategorijo A' - zelo kvalitetnih dosežkov. ANG With the use of the quaternion parametrization of rotations we completely avoid the need for use of the rotational vector and the rotation matrix. The equations are therefore presented in terms of quaternion algebra. An adaptation of the Newmark integration method for use with quaternions is presented. This work brings a firm theoretical tools and knowledge for the use of the quaternion parametrization of rotation in any finite-element implementation of the rotation-based theories. The proposed numerical model was verified by numerical examples. Present elements were shown to be particularly accurate and computationally efficient when a higherorder interpolation is used. The interesting property of the present time integrator is that the increased numerical stability of the total mechanical energy can be observed. Objavljeno v Springer; Computational mechanics; 2013; Letn. 51, št. 1; str. 47-64; Impact Factor: 2.432;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 1.369; A': 1; WoS: PO, PU; Avtorji / Authors: Zupan Eva, Saje Miran, Zupan Dejan Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 4. COBISS ID 6211681 Vir: COBISS.SI Naslov SLO S principom virtualnega dela usklajena kvaternionska formulacija Reissner-Simove teorije nosilcev ANG On a virtual work consistent three-dimensional Reissner-Simo beam formulation using the quaternion algebra Opis SLO Pri modeliranju rotacij s kvaternioni moramo upoštevati še algebrajsko vezno enačbo, ki zagotavlja enotskost rotacijskih kvaternionov. V tem delu smo predstavili popolnoma konsistenten posplošen princip virtualnega dela s kvaternionsko parametrizacijo rotacij, kjer po metodi Lagrangevih množiteljev upoštevamo pogoj enotskosti. Poučna in zanimiva sta ustrezna momentna ravnotežna enačba in kvaternionski moment, definiran kot komplement variacije rotacijskega kvaterniona. Ker je enotskosti rotacijskega kvaterniona avtomatsko zadoščeno, sta diskretizacija in interpolacija prepuščeni svobodni izbiri. V nasprotju s standardnimi pristopi predlagana metoda deluje izjemno stabilno in natančno tudi pri uporabi interpolacij zelo visokih redov. ANG In the paper we present the Reissner-Simo beam theory in which the rotations are represented by quaternions. From the generalized virtual work principle, where the unity constraint of the rotational quaternion is properly considered and the consistent energy complements of the rotational quaternions are employed, we derive the weak kinematic equations in the quaternion-based description. These equations are then employed in the extended virtual work principle to obtain the consistent governing equations of the three-dimensional beam in terms of the quaternion algebra. The quaternion moment equilibrium equation is analysed, discussed and interpreted. In numerical implementation the standard Galerkin discretization is used to obtain the quaternion-based finite element formulation. Various examples prove the suitability of the formulation. Objavljeno v Springer; Acta mechanica; 2013; Letn. 224, št. 8; str. 1709-1729; Impact Factor: 1.247;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 1.369; WoS: PU; Avtorji / Authors: Zupan Eva, Saje Miran, Zupan Dejan Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 5. COBISS ID 6429793 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Na kvaternionih osnovana integracija kotnih hitrosti višjega reda ANG On higher order integration of angular velocities using quaternions Opis SLO Določitev polja rotacij iz znanih kotnih hitrosti je izredno pomemben del dinamičnih sistemov. V jeziku kvaternionske algebre lahko zapišemo analitično rešitev in različne numerične algoritme, pri čemer se posebej posvetimo metodam višjega reda, ki so v dinamiki konstrukcij, pri povezanih problemih in dinamiki sistemov teles redkost. Analitična rešitev je izražena z neskončno kvaternionsko vrsto in zato manj primerna za neposredno numerično implementacijo, predstavlja pa odlično osnovo za razvoj numeričnih metod. Za praktično uporabo so še posebej primerne tiste, ki ohranjajo enotskost rotacijskega kvaterniona in temeljijo na znanih in na novo predstavljenih preslikavah, ki vektorjem priredijo enotske kvaternione. ANG In the paper we study the integration of angular velocities with a special attention given to exact and higher order methods. Both exact and approximate results are expressed in terms of rotational quaternions. Analytical solution is found using the theory of analytic differential systems. This exact solution serves as a suitable basis for derivation of various numerical methods. Approximative approaches based on Taylor series and several maps from pure to unit quaternions are presented. A special care is taken in describing the higher order approximations. The computational performance and comparison of numerical methods is demonstrated by examples. Objavljeno v Pergamon.; Mechanics Research Communications; 2014; Letn. 55; str. 7785; Impact Factor: 1.050;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 1.369; WoS: PU; Avtorji / Authors: Zupan Eva, Zupan Dejan Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 7.Najpomembnejši družbeno-ekonomski rezultati projektne skupine6 Družbeno-ekonomski dosežek 1. COBISS ID 5969505 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Linijski končni elementi s kvaternionskim opisom rotacij ANG The rotational quaternion - based beam FEM formulations Opis SLO Slovensko društvo za mehaniko je član Osrednjega evropskega združenja za numerično mehaniko (Central European Association for Computational Mechanics - CEACM). V letu 2012 smo se udeležili srečanja ECCOMAS 2012, European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering v organizaciji CEACM. Udeležba na takšnih srečnjih pomeni tesnejše povezovanje raziskovalcev znotraj osrednje evropske regije in širše. ANG The Slovenian Association for Mechanics is a member of a Central European Association for Computational Mechanics (CEACM). In 2012 we participated at the CEACM meeting: ECCOMAS 2012, European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering. Participating at such an event increases cooperation inside central European region and globally. Šifra B.03 Referat na mednarodni znanstveni konferenci Objavljeno v University of Technology; ECCOMAS 2012 CD-ROM Proceedings; 2012; Str. 1-19; Avtorji / Authors: Zupan Eva, Saje Miran, Zupan Dejan Tipologija 1.08 Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci 2. COBISS ID 5899105 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Dinamični odziv geometrijsko nelinearnih nosilcev pod vplivom gibajočih se teles ANG Dynamic response of geometrically non-linear beam under moving mass Opis SLO Na tematski konferenci smo predstavili naš pristop k povezanemu problemu dinamičnega odziva linijske konstrukcije, ki je obremenjena s potujočim telesom. Izvirna formulacijo prostorskih nosilcev po metodi končnih elementov, ki temelji na šibkih konsistenčnih enačbah, se je izkazala za zelo zanimivo tudi za druge raziskovalce. Numerične študije, s katerimi smo opozorili, da je povezano reševanje takih problemov zelo pomembno, saj lahko sicer močno podcenimo odziv konstrukcije so prav tako pritegnile precej pozornosti. ANG At the thematic conference our approach to the coupled problem of the dynamics of a beam-like structure under moving body was presented. Our specially designed finite-element formulation of the three-dimensional beam based on the weak form of consistency conditions was recognized as a suitable choice among the researchers in this field. Numerical studies showning that the uncoupled models might highly underestimate the response of the structure compared to the present coupled analysis also received a considerable attention. Šifra B.03 Referat na mednarodni znanstveni konferenci Objavljeno v University of Stuttgard, Institute of Engineering and Computational Mechanics; The 2nd Joint International Conference on Multybody System Dynamics; 2012; Str. 1-9; Avtorji / Authors: Zupan Eva, Saje Miran Tipologija 1.08 Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci 3. COBISS ID 6300001 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Integracija rotacijskih kvaternionov iz kotnih hitrosti ANG On integration of rotational quaternions from angular velocities Opis SLO S prispevkom na tematski konferenci z ožjega področja projekta smo opozorili na prednosti in naše izvirne rešitve pri rekonstrukciji zasukov iz kotnih hitrosti, kadar za parametrizacijo zasukov uporabimo rotacijske kvaternione. Referat je naletel na zelo ugoden odziv in kar nekaj pobud za znastveno sodelovanje. At the thematic conference in the field of the research project our approach ANG to the reconstruction of rotations from the given angular velocity field was presented. The quaternion representation of rotations was shown to be suitable for both analytical and higher-order numerical solutions. The exact solution serves as a suitable basis for derivation of various numerical methods where as specially suitable are recognized the methods that exactly preserve the unit norm constraint were found. Presentation was well accepted by the audience and several offers for scientific cooperation were proposed on this basis. Šifra B.03 Referat na mednarodni znanstveni konferenci Objavljeno v University of Zagreb, Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Proceedings; 2013; Str. 695-701; Avtorji / Authors: Zupan Eva, Saje Miran, Zupan Dejan Tipologija 1.08 Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci 4. COBISS ID 6328929 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Kvaternionska dinamika geometrijsko točnih Cosseratovih nosilcev ANG Quaternion-based dynamics of geometrically exact Cosserat rods Opis SLO Članek predstavlja konsistenten pristop k dinamični analizi geometrijsko točnih prostorskih nosilcev, kjer zasuke opišemo s kvaternioni. Hkrati predstavlja ta članek rezultat uspešnega sodelovanja z inštitutom Fraunhofer ITWM (Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik). ANG This paper presents a consistent approach in dynamic analysis of geometrically exact three-dimensional beams with quaternion description of rotational degrees of freedom. This article is a result of successful cooperation with the researchers at Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics. Šifra B.03 Referat na mednarodni znanstveni konferenci Objavljeno v CanCNSM; Conference proceedings; 2013; Str. 1-6; Avtorji / Authors: Zupan Eva, Linn Joachim, Saje Miran, Zupan Dejan Tipologija 1.08 Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci 8.Drugi pomembni rezultati projetne skupine7 Delovni obisk vodje projekta na inštitutu Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern, Nemčija, v času od 1. 7. - 4. 7. 2012, na povabilo dr. Joachima Linna. Ta obisk je bil osnova za intenzivnejše sodelovanje, ki se je nadaljevalo v obliki več delovnih obiskov, skupnih objav in prijav projektov. Rezultat sodelovanja je tudi možnost postdoktorskega usposabljanja na ITWM za raziskovalce iz Slovenije. Trenutno eno takšno usposabljanje že poteka. V bodoče pa načrtujemo še intenzivnejše sodelovanje. 9.Pomen raziskovalnih rezultatov projektne skupine8 9.1.Pomen za razvoj znanosti9 SLO Razvoj numeričnih metod za dinamično analizo deformabilnih konstrukcij pod vplivom gibajočega se telesa je nujno potreben in zato tudi v zadnjem času precej intenziven o čimer priča precejšnje število znanstvenih člankov s to problematiko, objavljenih v zadnjih letih. V okviru projekta smo razvili nove pristope v dinamiki konstrukcij in predlagali nove časovne integratorje. Izkušnje pri integraciji diferencialnih enačb in njihova prilagoditev za multiplikativne prostore so uporabne tudi na drugih znanstvenih področjih, kjer probleme opisujejo toge diferencialne enačbe, še posebej če so v modele vključeni tudi prostorski zasuki. Rezultati in izkušnje raziskovalnega projekta so tudi odlična osnova za nadaljnje delo v raziskovalni skupini in za sodelovanje s tujimi raziskovalci. ANG The development and improvement of numerical methods for dynamic analysis of deformable structures under moving body is a subject of extensive research, which is confirmed by a number of recent papers. Within the project we proposed novel approaches in structural dynamics and developed several new time integrators. The experiences with different solvers and their modification to multiplicative configuration spaces are applicable to various areas of research where the problems are modelled with stiff differential equations and/or rotations. Results and experiences of the project are also a suitable basis for future work in the research group and for cooperation with foreign researchers. 9.2.Pomen za razvoj Slovenije10 SLO Razvoj numeričnih metod za dinamično analizo deformabilnih konstrukcij pod vplivom gibajočega se telesa in ekstremnih dinamičnih obtežb je izrednega pomena za sodobno ovrednotenje obstoječih in načrtovanje novih inženirskih objektov. Z razvitim numeričnim modelom bolje razumemo obnašanje prostorskih, začetno ukrivljenih in zvitih linijskih konstrukcij po vplivom gibanja vozil in obtežbe z vetrom. Pripravljena programska orodja so primerna za natančnejšo analizo premostitvenih objektov tako za železniški kot cestni promet pod vplivi gibajočih se vozil in vetra, izdelane parametrične študije pa opozarjajo na prednosti natančnejših modelov ter učinkovitost in stabilnost predlaganih računskih metod. Del izsledkov raziskovalnega dela že uporabljamo pri analizi obstoječih starejših mostov, za katere je zaradi strožjih sodobnih zahtev in večjih prometnih obtežb potrebna ponovna evalvacija. ANG The development of numerical methods for dynamic analysis of deformable structures under moving body is of utmost importance for the re-assessment of the safety of such engineering structures and in designing the new ones. With the developed model a better understanding of the dynamic response of three-dimensional initially curved and twisted frame structures under moving vehicle and wind loads was achieved. The study of more demanding problems has shown that simplified models can underestimate the response of the structure. The methods and the developed computer program is directly applicable for the analysis of long-span road and railway bridges under moving vehicles and wind loads. Some of the results and the experiences of the project are currently employed in the analysis of several old bridges in Slovenia, where due to novel standards and higher traffic loads reassessment is needed. 10.Samo za aplikativne projekte in podoktorske projekte iz gospodarstva! Označite, katerega od navedenih ciljev ste si zastavili pri projektu, katere konkretne rezultate ste dosegli in v kakšni meri so doseženi rezultati uporabljeni Cilj F.01 Pridobitev novih praktičnih znanj, informacij in veščin Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.02 Pridobitev novih znanstvenih spoznanj Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.03 Večja usposobljenost raziskovalno-razvojnega osebja Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.04 Dvig tehnološke ravni Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.05 Sposobnost za začetek novega tehnološkega razvoja Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.06 Razvoj novega izdelka Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.07 Izboljšanje obstoječega izdelka Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.08 Razvoj in izdelava prototipa Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.09 Razvoj novega tehnološkega procesa oz. tehnologije Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.10 Izboljšanje obstoječega tehnološkega procesa oz. tehnologije Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.11 Razvoj nove storitve Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.12 Izboljšanje obstoječe storitve Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.13 Razvoj novih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.14 Izboljšanje obstoječih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.15 Razvoj novega informacijskega sistema/podatkovnih baz Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.16 Izboljšanje obstoječega informacijskega sistema/podatkovnih baz Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.17 Prenos obstoječih tehnologij, znanj, metod in postopkov v prakso Zastavljen cilj O DA O NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.18 Posredovanje novih znanj neposrednim uporabnikom (seminarji, forumi, konference) Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.19 Znanje, ki vodi k ustanovitvi novega podjetja ("spin off") Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.20 Ustanovitev novega podjetja ("spin off") 1 Zastavljen cilj O DA O NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.21 Razvoj novih zdravstvenih/diagnostičnih metod/postopkov Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.22 Izboljšanje obstoječih zdravstvenih/diagnostičnih metod/postopkov Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.23 Razvoj novih sistemskih, normativnih, programskih in metodoloških rešitev Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.24 Izboljšanje obstoječih sistemskih, normativnih, programskih in metodoloških rešitev Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.25 Razvoj novih organizacijskih in upravljavskih rešitev Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.26 Izboljšanje obstoječih organizacijskih in upravljavskih rešitev Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.27 Prispevek k ohranjanju/varovanje naravne in kulturne dediščine Zastavljen cilj O DA O NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.28 Priprava/organizacija razstave Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.29 Prispevek k razvoju nacionalne kulturne identitete Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.30 Strokovna ocena stanja Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.31 Razvoj standardov Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.32 Mednarodni patent Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.33 Patent v Sloveniji Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.34 Svetovalna dejavnost Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d F.35 Drugo Zastavljen cilj DA NE Rezultat d Uporaba rezultatov d Komentar ll.Samo za aplikativne projekte in podoktorske projekte iz gospodarstva! Označite potencialne vplive oziroma učinke vaših rezultatov na navedena področja Vpliv Ni vpliva Majhen vpliv Srednji vpliv Velik vpliv G.01 Razvoj visokošolskega izobraževanja G.01.01. Razvoj dodiplomskega izobraževanja o o o o G.01.02. Razvoj podiplomskega izobraževanja o o o o G.01.03. Drugo: o o o o G.02 Gospodarski razvoj G.02.01 Razširitev ponudbe novih izdelkov/storitev na trgu o o o o G.02.02. Širitev obstoječih trgov o o o o G.02.03. Znižanje stroškov proizvodnje o o o o G.02.04. Zmanjšanje porabe materialov in energije o o o o G.02.05. Razširitev področja dejavnosti o o o o G.02.06. Večja konkurenčna sposobnost o o o o G.02.07. Večji delež izvoza o o o o G.02.08. Povečanje dobička o o o o G.02.09. Nova delovna mesta o o o o G.02.10. Dvig izobrazbene strukture zaposlenih o o o o G.02.11. Nov investicijski zagon o o o o G.02.12. Drugo: o o o o G.03 Tehnološki razvoj G.03.01. Tehnološka razširitev/posodobitev dejavnosti o o o o G.03.02. Tehnološko prestrukturiranje dejavnosti o o o o G.03.03. Uvajanje novih tehnologij o o o o G.03.04. Drugo: o o o o G.04 Družbeni razvoj G.04.01 Dvig kvalitete življenja o o o o G.04.02. Izboljšanje vodenja in upravljanja o o o o G.04.03. Izboljšanje delovanja administracije in javne uprave o o o o G.04.04. Razvoj socialnih dejavnosti o o o o G.04.05. Razvoj civilne družbe o o o o G.04.06. Drugo: o o o o G.05. Ohranjanje in razvoj nacionalne naravne in kulturne dediščine in identitete O O O O G.06. Varovanje okolja in trajnostni razvoj o o o o G.07 Razvoj družbene infrastrukture G.07.01. Informacijsko-komunikacijska infrastruktura o o o o G.07.02. Prometna infrastruktura o o o o G.07.03. Energetska infrastruktura O o o o G.07.04. Drugo: o o o o G.08. Varovanje zdravja in razvoj zdravstvenega varstva o o o o G.09. Drugo: o o o o Komentar 12.Pomen raziskovanja za sofinancerje11 Sofinancer 1. Naziv Naslov Vrednost sofinanciranja za celotno obdobje trajanja projekta je znašala: EUR Odstotek od utemeljenih stroškov projekta: % Najpomembnejši rezultati raziskovanja za sofinancerja Šifra 1. 2. 3. 4. 5. Komentar Ocena 13.Izjemni dosežek v letu 201312 13.1. Izjemni znanstveni dosežek 13.2. Izjemni družbeno-ekonomski dosežek C. IZJAVE Podpisani izjavljam/o, da: • so vsi podatki, ki jih navajamo v poročilu, resnični in točni • se strinjamo z obdelavo podatkov v skladu z zakonodajo o varstvu osebnih podatkov za potrebe ocenjevanja ter obdelavo teh podatkov za evidence ARRS • so vsi podatki v obrazcu v elektronski obliki identični podatkom v obrazcu v pisni obliki • so z vsebino zaključnega poročila seznanjeni in se strinjajo vsi soizvajalci projekta Podpisi: vodja raziskovalnega projekta: zastopnik oz. pooblaščena oseba raziskovalne organizacije: in Univerza v Ljubljani, Fakulteta za Eva Zupan gradbeništvo in geodezijo ŽIG Kraj in datum: Ljubljana |i3.4.2014" Oznaka prijave: ARRS-RPROJ-ZP-2014/86 1 Napišite povzetek raziskovalnega projekta (največ 3.000 znakov v slovenskem in angleškem jeziku) Nazaj 2 Napišite kratko vsebinsko poročilo, kjer boste predstavili raziskovalno hipotezo in opis raziskovanja. Navedite ključne ugotovitve, znanstvena spoznanja, rezultate in učinke raziskovalnega projekta in njihovo uporabo ter sodelovanje s tujimi partnerji. Največ 12.000 znakov vključno s presledki (približno dve strani, velikost pisave 11). Nazaj 3 Realizacija raziskovalne hipoteze. Največ 3.000 znakov vključno s presledki (približno pol strani, velikost pisave 11) Nazaj 4 V primeru bistvenih odstopanj in sprememb od predvidenega programa raziskovalnega projekta, kot je bil zapisan v predlogu raziskovalnega projekta oziroma v primeru sprememb, povečanja ali zmanjšanja sestave projektne skupine v zadnjem letu izvajanja projekta, napišite obrazložitev. V primeru, da sprememb ni bilo, to navedite. Največ 6.000 znakov vključno s presledki (približno ena stran, velikost pisave 11). Nazaj 5 Navedite znanstvene dosežke, ki so nastali v okviru tega projekta. Raziskovalni dosežek iz obdobja izvajanja projekta (do oddaje zaključnega poročila) vpišete tako, da izpolnite COBISS kodo dosežka - sistem nato sam izpolni naslov objave, naziv, iF in srednjo vrednost revije, naziv FOS področja ter podatek, ali je dosežek uvrščen v A'' ali A'. Nazaj 6 Navedite družbeno-ekonomske dosežke, ki so nastali v okviru tega projekta. Družbeno-ekonomski rezultat iz obdobja izvajanja projekta (do oddaje zaključnega poročila) vpišete tako, da izpolnite COBISS kodo dosežka - sistem nato sam izpolni naslov objave, naziv, IF in srednjo vrednost revije, naziv FOS področja ter podatek, ali je dosežek uvrščen v A'' ali A'. Družbeno-ekonomski dosežek je po svoji strukturi drugačen kot znanstveni dosežek. Povzetek znanstvenega dosežka je praviloma povzetek bibliografske enote (članka, knjige), v kateri je dosežek objavljen. Povzetek družbeno-ekonomskega dosežka praviloma ni povzetek bibliografske enote, ki ta dosežek dokumentira, ker je dosežek sklop več rezultatov raziskovanja, ki je lahko dokumentiran v različnih bibliografskih enotah. COBISS Id zato ni enoznačen, izjemoma pa ga lahko tudi ni (npr. prehod mlajših sodelavcev v gospodarstvo na pomembnih raziskovalnih nalogah, ali ustanovitev podjetja kot rezultat projekta ... - v obeh primerih ni COBISS ID). Nazaj 7 Navedite rezultate raziskovalnega projekta iz obdobja izvajanja projekta (do oddaje zaključnega poročila) v primeru, da katerega od rezultatov ni mogoče navesti v točkah 6 in 7 (npr. ni voden v sistemu COBISS). Največ 2.000 znakov, vključno s presledki. Nazaj 8 Pomen raziskovalnih rezultatov za razvoj znanosti in za razvoj Slovenije bo objavljen na spletni strani: http://sicris.izum.si/ za posamezen projekt, ki je predmet poročanja Nazaj 9 Največ 4.000 znakov, vključno s presledki Nazaj 10 Največ 4.000 znakov, vključno s presledki Nazaj 11 Rubrike izpolnite / prepišite skladno z obrazcem "izjava sofinancerja" http://www.arrs.gov.si/sl/progproj/rproj/gradivo/, ki ga mora izpolniti sofinancer. Podpisan obrazec "Izjava sofinancerja" pridobi in hrani nosilna raziskovalna organizacija - izvajalka projekta. Nazaj 12 Navedite en izjemni znanstveni dosežek in/ali en izjemni družbeno-ekonomski dosežek raziskovalnega projekta v letu 2013 (največ 1000 znakov, vključno s presledki). Za dosežek pripravite diapozitiv, ki vsebuje sliko ali drugo slikovno gradivo v zvezi z izjemnim dosežkom (velikost pisave najmanj 16, približno pol strani) in opis izjemnega dosežka (velikost pisave 12, približno pol strani). Diapozitiv/-a priložite kot priponko/-i k temu poročilu. Vzorec diapozitiva je objavljen na spletni strani ARRS http://www.arrs.gov.si/sl/gradivo/, predstavitve dosežkov za pretekla leta pa so objavljena na spletni strani http://www.arrs.gov.si/sl/analize/dosez/. Nazaj Obrazec: ARRS-RPROJ-ZP/2014 v1.03 39-68-F8-58-E1-99-65-F8-3F-21-94-25-91-3B-9B-82-05-65-F8-77