620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Dieser Bericht beschreibt ein Systemmodell für eine integrale Ermittlung und Prognose der Schadens- und Zustandsentwicklung der Elemente eines Brückensystems unter Berücksichtigung von Ergebnissen aus Inspektionen und Überwachung. Das Systemmodell wurde anhand eines ausgesuchten Spannbetonüberbaus in einzelliger Kastenbauweise entwickelt. Es besteht aus zwei integralen Teilmodellen: ein Modell zur Beschreibung des Systemschädigungszustandes und ein Modell zur Beschreibung der Standsicherheit. Für die Modellierung des stochastischen Systemschädigungszustandes eines Brückensystems werden dynamische Bayes'sche Netze (DBN) vorgeschlagen. Dieser Ansatz ermöglicht es, alle relevanten Schädigungsprozesse und deren stochastische Abhängigkeiten zu berücksichtigen. Ein wesentlicher Vorteil dieses Ansatzes ist es, dass DBN ideal dafür geeignet sind, Bayes'sche Aktualisierungen auf Grundlage von Informationen aus Inspektionen und Überwachungsmaßnahme auf eine effiziente und robuste Art und Weise durchzuführen. Der DBN-Ansatz ist deshalb für die Entwicklung von Software für das Erhaltungsmanagement von alternden Brückenbauwerken, die vom Benutzer keine vertieften Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie verlangt, ideal geeignet. Für die Modellierung der Standsicherheit eines alternden Kastenträgers wird vereinfachend Biegeversagen des globalen Längssystems betrachtet. Zur Berechnung der maximalen Traglast eines Kastenträgers infolge des Systemschädigungszustandes wird ein plastisch-plastisches Verfahren eingesetzt, wobei die Beanspruchungen mittels der Fließgelenktheorie unter Ausnutzung der plastischen Beanspruchbarkeit der Querschnitte des Kastenträgers ermittelt werden. Ein Kastenträger versagt, wenn sich durch die Ausbildung einer ausreichend großen Anzahl von Fließgelenken eine kinematische Kette ausbildet. Dieser Modellierungsansatz berücksichtigt Redundanzen, die sich aus der plastischen Beanspruchbarkeit der Querschnitte und der statischen Unbestimmtheit eines Kastenträgers ergeben. Zum Nachweis der praktischen Einsetzbarkeit des entwickelten Systemmodells wurde ein Software-Prototyp entwickelt, der eine intuitiv benutzbare graphische Benutzeroberfläche (Front-End) mit einem Berechnungskern (Back-End) koppelt. Die aktuelle Version des Software-Prototyps implementiert ein Modell der chloridinduzierten Bewehrungskorrosion und ein Tragwerksmodell, welches das Verfahrens der stetigen Laststeigerung zur Bestimmung der maximalen Traglast des Kastenträgers auf der Grundlage eines Finite-Elemente-Modells umsetzt. Zur Durchführung von Bayes'schen Aktualisierungen des Systemschädigungszustandes auf der Grundlage des DBN-Modells implementiert der Prototyp den Likelihood-Weighting-Algorithmus. Die entwickelte Architektur des Prototyps ermöglicht eine Erweiterung der Software um weitere Schädigungsprozesse. Der entwickelte Software-Prototyp ermöglicht Benutzern ohne vertiefte Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie eine Berechnung des Einflusses von Bauwerksinformationen auf den Systemschädigungszustand und die Tragsicherheit eines Kastenträgers. Auf dieser Grundlage können effiziente Inspektions- und Überwachungsmaßnahmen identifiziert und das Erhaltungsmanagement optimiert werden.
In the paper it is investigated to what extend one can extrapolate the detailed accident database GIDAS (German In-Depth Accident Study), with survey area Hanover and Dresden region, to accident behavior in other regions and countries within Europe and how such an extrapolation can be implemented and evaluated. Moreover, it is explored what extent of accident data for the target country is necessary for such an extrapolation and what can be done in situations with sparse and low accident information in a target region. It will be shown that a direct transfer of GIDAS injury outcomes to other regions does not lead to satisfactory results. But based on GIDAS and using statistical decision tree methods, an extrapolation methodology will be presented which allows for an adequate prediction of the distribution of injury severity in severe traffic accidents for European countries. The method consists essentially of a separation of accidents into well-described subgroups of accidents within which the accident severity distribution does not vary much over different regions. In contrast the distribution over the various subgroups of accidents typically is rather different between GIDAS and the target. For the separation into the subgroups meaningful accident parameters (like accident type, traffic environment, type of road etc.) have been selected. The developed methodology is applied to GIDAS data for the years 1999-2012 and is evaluated with police accident data for Sweden (2002 to 2012) and the United Kingdom (2004 to 2010). It is obtained that the extrapolation proposal has good to very good predictive power in the category of severe traffic accidents. Moreover, it is shown that iterative proportional fitting enables the developed extrapolation method to lead to a satisfactory extrapolation of accident outcomes even to target regions with sparse accident information. As an important potential application of the developed methodology the a priori extrapolation of effects of (future) safety systems, the operation of which can only be well assessed on the basis of very detailed GIDAS accident data, is presented. Based on the evaluation of the presented extrapolation method it will be shown that GIDAS very well represents severe accidents, i.e. accidents with at least one severely or fatally injured person involved, for other countries in Europe. The developed extrapolation method reaches its limits in cases for which only very little accident information is available for the target region.
Accident research 2.0: New methods for representative evaluation of integral safety in traffic
(2013)
BMW has developed a procedure for rating Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) benefits that integrates two distinct tools. The tool "S.A.F.E.R." is designed to analyze the pre-crash phase. The aim of S.A.F.E.R. is to simulate all relevant processes in sufficient detail to obtain reproducible estimates of key indicators (effectiveness, false positives, etc.). The relevant processes include not only traffic and vehicle dynamics, but also environmental and most importantly human factors. Representative distributions of factors and parameters are obtained by taking the stochastic variation of all relevant parameters into account in the simulations. The second tool, known as "ICOS", has been designed to provide a high-resolution, high-fidelity description of crash phase dynamics. If one converts the outputs of stochastic simulation into inputs for crash dynamics, the result is a comprehensive description of exactly how a safety system can reduce injuries. Applications currently focus on high-fidelity simulation of individual crashes in order to enhance our understanding and optimization of connected safety systems. An integrated simulation process thus allows an exact prediction of the effectiveness in individual cases in terms of injury severity. The development and rating of integral safety need to reflect the true efficiency in the field. The integrated approach described here could provide a valid and reproducible basis for rating connected systems of active and passive safety. In particular, "virtual experiments" using a traffic-based approach and incorporating models of all relevant processes constitute an essential element of the approach.