Die Bedeutung und Nachfrage an der Holz-Beton-Verbundbauweise nimmt
aufgrund einer Vielzahl an Vorteilen gegenüber dem reinen Holzund
Stahlbetonbau immer weiter zu. Die Bemessung von Holz-Beton-
Verbundkonstruktionen ist aktuell nicht normativ geregelt, sondern wird auf
der Grundlage von bauaufsichtlichen Zulassungen und Bauartgenehmigun
gen durchgeführt. Dabei kommen die unterschiedlichsten Typen an Ver
bindungsmitteln zum Einsatz, wie beispielsweise stiftförmige Verbindungs
mittel und Kerven. Kontinuierliche Verbindungsmittel wie die Verbunddü
belleiste im Stahl-Beton-Verbundbau wurden bisher nicht im Holz-Beton-
Verbundbau verwendet. Verbunddübelleisten haben sich als sehr leistungs
fähige Verbundmittel mit einer hohen Tragfähigkeit und einfacher Herstel
lung herausgestellt, deren Bemessung in der AbZ Z-26.4-56 2018 geregelt
ist. Zur Entwicklung eines Bemessungskonzeptes für ein den Verbunddübel
leisten ähnliches Verbundmittel für den Holz-Beton-Verbundbau sind klassi
scher Weise experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung der Tragfähig
keit durchzuführen. Neben den oftmals zeitaufwendigen und kostenintensi
ven Versuchen haben viele Untersuchungen an verschiedensten Verbund
mitteln gezeigt, dass sich numerische Untersuchungen in Form von Finite-
Elemente-Modellen dafür eignen das Tragverhalten abzubilden und die erfor
derliche Anzahl an Versuchen zur Abdeckung der verschiedenen Parameter
zu reduzieren.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein kontinuierliches Verbundmittel für die
Holz-Beton-Verbundbauweise entwickelt und es wurde mittels experimen
teller und numerischer Untersuchungen ein Bemessungskonzept erarbei
tet. Zur Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens wurden Versu
che unter Längsschub- und Zugbeanspruchung durchgeführt. Anhand dieser
Versuche konnten Finite-Elemente-Modelle kalibriert werden und darauf auf
bauend numerische Untersuchungen zum Tragverhalten unter kombinierter
Zug- und Schubbeanspruchung durchgeführt werden. Da viele numerische
Untersuchungen an Verbundmitteln in der Vergangenheit eine hohe Sen
sibilität bei der Variation der Materialparameter der Betonmodelle gezeigt
haben, wurde eine separate Untersuchung zu den Besonderheiten von Ver
bundmitteln im Beton bei der numerischen Simulation herausgearbeitet und
entsprechende Lösungsansätze gegeben. Auf Grundlage der experimentel
len und numerischen Untersuchungen konnten die für das neue Verbund
mittel spezifischen Tragmechanismen identifiziert, in einem abschließenden
Trägerversuch bestätigt und in ein Bemessungsmodell überführt werden.
Durch den kombinierten Einsatz von experimentellen und numeri
schen Untersuchungen konnte das Tragverhalten des neuen Holz-Beton-
Verbundsystems umfassend beschrieben und ein für die Praxis anwendbares
Bemessungskonzept entwickelt werden. Diese Arbeit soll damit neben dem
Bemessungskonzept einen Beitrag für die Anwendung numerischer Verfah
ren bei der Untersuchung des Tragverhaltens von Verbundmitteln im Beton
leisten.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Kurzfassung
Die Mikromorphologie der Oberfläche eines Körpers bestimmt viele seiner makroskopischen Eigenschaften, wie die Reibung, die Benetzung, die Adhäsion von Bakterien und Zellen oder das Kollisionsverhalten mit festen Partikeln. In dieser Arbeit wurde ein Bearbeitungsverfahren zur gezielten Veränderung der Mikromorphologie von metallischen Bauteiloberflächen auf der Basis der Kaltgastechnik entwickelt. Mit diesem Verfahren erzeugte Proben wiesen in Experimenten zum Partikel-Wand Stoßverhalten, zum Reib- und Verschleißverhalten sowie zur Adhäsion von Bakterien verbesserte Oberflächeneigenschaften im Vergleich zu Proben aus Referenzverfahren auf.
In dem Prozess beschleunigen einzelne, duktile Partikeln im Größenbereich zwischen 1 und 35 μm in einer Lavaldüse auf Geschwindigkeiten zwischen 200 und 1000 m/s und prallen anschließend auf eine metallische Oberfläche. Die hohe kinetische Energie der Partikeln beim Aufprall wird in plastische Verformung und Wärme umgewandelt. Ein Aufprall schneller als eine kritische Geschwindigkeit führt zur Fixierung des Partikels auf der Oberfläche durch eine Kaltgasbindung. Bei einer geringeren Geschwindigkeit prallt die Partikel ab und hinterlässt einen Krater in der Oberfläche. Die genauen Bedingungen zum Zeitpunkt des Aufpralls bestimmen maßgeblich die entstehende Mikromorphologie.
Mikroskopaufnahmen von experimentell hergestellten Proben aus Edelstahl- und Titansubstraten mit Partikeln aus jeweils demselben Material zeigten, dass die entstehende Oberflächenmorphologie durch Variation der Prozessparameter gezielt kontrollierbar ist. Die verschiedenen Zeit- und Größenskalen im Prozess wurden mit zwei komplementären Simulationsmethoden modelliert. Die numerische Berechnung des Johnson-Cook-Modells in einer Finite-Elemente-Simulation diente zur Ermittlung der plastischen Verformung beim Aufprall. Die entscheidenden Prozesseigenschaften unmittelbar vor dem Aufprall, welche den Aufprallvorgang bestimmen, wurden mit numerischen Strömungssimulationen der Partikel-Gasströmung modelliert. Mit dem erarbeiteten Prozessverständnis ist es nun erstmals möglich mit dem Verfahren eine Oberflächenmorphologie gezielt zu erzeugen, die maßgeschneiderte Oberflächeneigenschaften aufweist.
Aktualisiert: 2023-02-09
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Personen, die sich auf schwingenden Bauteilen bewegen, interagieren mit diesen Bauwerksschwingungen, Dieses Phänomen wird als Mensch-Struktur-Interaktion bezeichnet und stellt einen komplexen, wechselwirkenden Prozess dar, durch welchen sich die dynamischen Belastungen durch eine Person erhöhen oder reduzieren können. Bisher ist diese Mensch-Struktur-Interaktion im Detail unzureichend erforscht und die Forschungsergebnisse sind zum Teil kontrovers. Aufgrund mangelnder Versuchsdaten können viele Fragen nicht beantwortet werden. Durch die vorliegende Arbeit wird beabsichtigt, auf Basis einiger Versuchsreihen diesbezüglich einige Lücken zu schließen.
Aktualisiert: 2023-02-09
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Elektret-Filter sind Vliesstoffe bestehend aus elektrostatisch ausgerüsteten Fasern und werden üblicherweise zur Abscheidung submikroner Aerosolpartikeln eingesetzt. Durch die elektrostatisch ausgerüsteten Fasern können die Partikeln zusätzlich aufgrund den elektrostatisch wirksamen Effekten abgeschieden (Coulomb-Effekt, Dielektrophorese und Spiegelladungs-Effekt) werden. Gegenüber konventionellen Filtermedien ohne elektrostatische Ausrüstung resultiert entsprechend eine Forcierung der Abscheidung bei annähernd konstantem Druckverlust.
Für die Beschreibung und Optimierung des Abscheideverhaltens von Elektret-Filtern ist folglich die Bestimmung der Faserladung und im Resultat das Verständnis über die Interaktion von Partikeln und Faserladung innerhalb der porösen Faserstruktur maßgeblich. Fokus dieser Dissertation ist somit neue Informationen über die Faserladung durch experimentelle und numerische Untersuchungen des Abscheideverhaltens zu gewinnen.
Dazu wurden verschiedene Elektret-Filter, elektrostatisch ausgerüstet durch Korona-Entladung und durch triboelektrischen Ladungsaustausch, untersucht. Sowohl aus den Experimenten als auch aus den Simulationen war ersichtlich, dass die Filtermedien bipolar geladen sind und sich dabei der Anteil von positiv sowie negativ geladenen Teilflächen gleicht. Die Ladungsintensität wurde durch den Abgleich der experimentell und numerisch ermittelten anfänglichen Abscheidung quantifiziert und damit auch die neu entwickelte Simulationsmethode selbst validiert.
Die Experimente zeigten zudem eine Reduktion der Abscheidung mit zunehmender Beladung des Filtermediums mit Partikeln. Eine detaillierte Betrachtung der verwendeten Partikelgröße und Partikelladungsverteilung ergab, dass die Ladungsneutralisierung durch die Ladung der abgeschiedenen Partikeln in diesem Fall der dominierende Effekt für die Filteralterung ist. Die Umsetzung dieser Wechselwirkung zwischen Partikel- und Faserladung in der Simulationsmethode konnte anhand Einzelfaseruntersuchungen validiert werden und zeigte auch bei Verwendung einer porösen Faserstruktur eine Übereinstimmung mit den Experimenten.
Folglich konnten durch die Kombination aus experimentellen und numerischen Untersuchungen erfolgreich Informationen über die Faserladung ermittelt und eine neue Simulationsmethode zur Beschreibung der anfänglichen als auch beladungsabhängigen Abscheidung entwickelt werden.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Die Eigenschaften partikulärer Stoffsysteme können durch die Partikelgröße und –form
beeinflusst werden. Die Partikelgröße kann durch eine Vielzahl kommerzieller Sensorsysteme
online erfasst werden, während die Partikelform im nanoskaligen Größenbereich lediglich
offline mit elektronenmikroskopischen Aufnahmen möglich ist. Um die Entwicklung neuer
Sensorsysteme mit definierten nicht-sphärischen Partikeln zu unterstützen, wurden in dieser
Arbeit zwei Generierungsmethoden für Testaerosole ausgearbeitet und charakterisiert. Dabei
wurde die homogene bzw. heterogene Nukleation zur Herstellung komplexer Partikelstrukturen
verwendet.
Durch die homogene Nukleation von Kupferphthalocyanin an einer Lavaldüse konnten
faserförmige Partikeln mit einem Mobilitätsdurchmesser von ca. 100 nm hergestellt werden.
Die Partikelgrößenverteilung konnte mit Hilfe von Messungen mit dem Scanning Mobility
Particle Sizer bestimmt werden und die Partikelform wurde anhand von
elektronenmikroskopischen Aufnahmen untersucht. Der Einfluss der Prozessparameter auf die
Partikelform konnte durch den dynamischen Formfaktor aufgezeigt werden, der durch die
kombinierte Messung des Mobilitätsdurchmessers und der Partikelmasse bestimmt wurde.
Durch die Veränderung der Prozessparameter Stoffeintrag, Temperatur in der
Sublimationseinheit und Expansionskammertemperatur konnte die Partikelgenerierung
beeinflusst werden und die daraus resultierenden Effekte konnten anhand der
Partikelgrößenverteilung und des dynamischen Formfaktors aufgezeigt und gedeutet werden.
Die Partikelgenerierung durch heterogene Nukleation wurde mit Titandioxidpartikeln als
Keimmaterial und Kupferphthalocyanin als Beschichtungsmaterial untersucht. Dazu wurden
die Keime zu dem desublimierenden Beschichtungsmaterial hinter der Lavaldüse zugegeben.
Die Partikelstrukturen der Einzelkomponenten, sowie der durch heterogene Nukleation
gebildeten Partikel wurden mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Aufnahmen und der
Partikelgrößenverteilung charakterisiert. Die Oberfläche der Titandioxidpartikel konnte durch
die Desublimation des Beschichtungsmaterials punktuell beschichtet werden. Darüber hinaus
wurden durch homogene Nukleation hergestellte Kupferphthalocyaninfasern als Keimmaterial
hinter der Lavaldüse zugegeben. Die Oberfläche der Fasern konnte durch desublimierendes
Kupferphthalocyanin punktuell beschichtet werden, wodurch sehr komplexe Partikelstrukturen
hergestellt werden konnten.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei experimentelle Methoden zur hydrodynamischen Klassierung von Partikelsuspensionen untersucht und beschrieben. Sie werden aufgrund ihrer Prozessführung und Trenngeometrie in einen diskontinuierlichen und einen kontinuierlichen Prozess eingeteilt.
Bei der Klassierung im Querstrom mit mikroporösen Membranen werden in einem zweistufigen diskontinuierlichen Verfahren Feinstpartikeln in hochkonzentrierten Suspensionen gewonnen. Aufgrund größenabhängiger hydrodynamischer Kräfte werden die Partikeln in der laminaren Grenzschicht einer turbulenten Strömung klassiert. Die orthogonal zur Hauptströmung wirkende Filtratströmung durch die Membranen führt zu einer Ablagerung der in Wandnähe befindlichen Partikeln. Nach der Ablagerung auf der Membran wird im zweiten Schritt die aus Feingut bestehende Deckschicht durch einen Rückspülimpuls ausgetragen. Bei der Verwendung von unterschiedlichen Materialien werden Fraktionen im einstelligen Mikrometerbereich erhalten. Durch die Variation von Überström- und Filtratgeschwindigkeiten, Konzentration der Vorlagesuspension, Beladungsdauer und Geometrie der Membranmodule werden experimentell die Einflüsse auf die Trennung und die Grenzen des gezeigten Verfahrens ermittelt. Die maximale Partikelgröße im Feingut wird mittels mikroskopischer Modelle beschrieben. So können prädiktiv die notwendigen Betriebsbedingungen ausgewählt werden. Weiterhin wird ein Scale-Up in den Technikumsmaßstab aufgrund experimenteller Daten im Labormaßstab diskutiert. Die Veränderungen der Strömungsbedingungen aufgrund von geänderter Modulgeometrie, Membranlänge und -fläche werden herausgearbeitet. Mithilfe von CFD-Studien wird die Strömung in unterschiedlichen Membranmodulen untersucht und eine Optimierung der Strömungsführung und Membrangeometrie vorgeschlagen.
Im zweiten Teil der experimentellen Untersuchungen wird eine Methode zur kontinuierlichen Fraktionierung vorgestellt. Im Gegensatz zur turbulenten Rohrströmung, richten sich die Partikeln in einer volllaminaren Kanalströmung aus. Die hydrodynamischen Kräfte in der Scherströmung ordnen die Partikeln größenabhängig über den Strömungsquerschnitt an. Mit einem Teilabzug des Fluids in Wandnähe können die enthaltenen Partikeln abgeführt werden. Mittels CFD-Methoden wird eine Trenngeometrie entwickelt. Diese Geometrie wird experimentell auf ihre Klassierwirkung untersucht und kann unter einer Variation der Wandabsaugung eine Klassierung von Partikeln < 20 µm erreichen.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Die Bemessung von Verbunddecken ist in DIN EN 1994-1-1 2010 geregelt, worin ausführliche Informationen zur Bestimmung der Längsschub- und Biegetragfähigkeit aufgeführt sind. Für den Nachweis der Querkrafttragfähigkeit verweist der EC4 auf das Modell für nicht schubbewehrte Massivquerschnitte in DIN EN 1992-1-1 2011, da bis vor kurzem kein eigenständiges Querkraftbemessungsmodell für Verbunddecken zur Verfügung stand. Das Modell im EC2 gründet auf einigen Annahmen, die für Verbunddecken nicht vorausgesetzt werden können. Außerdem können die spezifischen Eigenschaften von Verbunddecken nicht berücksichtigt werden. Daher wurde in Hartmeyer 2014 ein Modell zur Ermittlung der Querkrafttragfähigkeit von Verbunddecken, die ausschließlich durch das Verbundblech längsbewehrt sind, entwickelt. Verbunddecken werden in der Praxis allerdings stets mit zusätzlicher Betonstahlbewehrung ausgeführt. In dem zuvor genannten Modell für Verbunddecken kann der positive Einfluss der zusätzlichen Betonstahlbewehrung auf das Querkrafttragverhalten der Verbunddecken jedoch nicht vollumfänglich berücksichtigt werden.
In dieser Arbeit wurde daher ein eigenständiges Ingenieurmodell entwickelt, mit dem das Querkrafttragverhalten von Verbunddecken unter der Kombination der beiden Längsbewehrungsarten Blech und Betonstahl mechanisch beschrieben werden kann. Hierzu wurden umfangreiche Querkraftversuche an Verbunddecken durchgeführt. Durch den Einsatz kontinuierlicher Dehnungsmessung mittels Sensorfasern, konnten wesentliche Erkenntnisse zum Querkrafttragverhalten gewonnen werden. So wurde beispielsweise festgestellt, dass das Querkrafttragverhalten von Verbunddecken dem Bogen-Zugband-Modell zuzuordnen ist und Ebenbleiben der Querschnitte nicht vorausgesetzt werden kann. Das entwickelte Modell beinhaltet vier Traganteile, die additiv berücksichtigt werden. Diese sind der Schubtraganteil der ungerissenen Druckzone, der Traganteil der Rissprozesszone, die Dübelwirkung von Blech und Betonstahl sowie der vertikale Anteil einer direkten Druckstrebe ins Auflager. Das Modell ist gleichermaßen für offene und hinterschnittene Geometrien gültig und berücksichtigt über die Teilverbundtheorie die spezifischen Eigenschaften der Verbundbleche. Die Untersuchungen in dieser Arbeit konzentrierten sich auf Verbunddecken aus Normalbeton. Eine Öffnung des Modells für Verbunddecken aus Leichtbeton ist prinzipiell möglich, da die Materialeigenschaften innerhalb der einzelnen Traganteile direkt Berücksichtigung finden und somit die speziellen Eigenschaften des Leichtbetons Eingang finden könnten.
Durch die Berücksichtigung der Kombination der beiden Längsbewehrungsarten ist es erstmals möglich, die Querkrafttragfähigkeit von Verbunddecken zutreffend zu beschreiben. Da hiermit eine erhebliche Traglaststeigerung einhergeht, konnte folglich die Wirtschaftlichkeit von Verbunddecken gesteigert werden. Im Zuge der Überarbeitung des EC4 wurde das entwickelte Modell bereits in den Entwurf (prEN 1994-1-1 2020) aufgenommen.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Vorstellung aktueller Forschungsprojekt, Forschungsziele aus den
Forschungsprojekten und Nutzen für die Infrarotheizungs-Branche.
Bedeutung des Gebäudes für die Verwendung der Infrarotheizung.
Die Bedeutung der Messtechnik und der Regelung für Infrarotheizungen.
Neueste Untersuchungen zum Strahlungswirkungsgrad und zu Konstruktionsregeln
für Niedertemperatur-Infrarotstrahler
Aktualisiert: 2023-01-27
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Einführung in das Thema Fahrzeugheizung. Systemkonzepte mit Infrarotheizung und
welche Gemeinsamkeiten es in den verschiedensten Anwendungsbereichen vom
Fahrzeug bis zum Gebäude gibt.
Infrarotheizungs-Elemente für Fahrzeuge und wie sie auszulegen sind.
Spezialanwendungen für Fahrzeuge am Beispiel eines Cabrio-Sitzes.
Infrarot-Deckenheizungen und deren Gemeinsamkeiten bei der Anwendung sowohl in
Räumen als auch in Fahrzeugkabinen
Aktualisiert: 2023-01-27
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Darstellung der Bedeutung des aktuellen Transformationsprozesses im
Heizungsmarkt in der Zusammenschau mit anderen großen Transformationsprozessen.
Systemkonzepte mit Infrarotheizung und wie sie in den verschiedensten
Anwendungsbereichen vom Gebäudebestand bis hin zum Energie-Autonomiehaus
umzusetzen sind. EnEV-konforme Planung für Infrarotheizungen und Praxisnaher
Vergleich von Heizungskonzepten mit und ohne Infrarotheizung
Aktualisiert: 2023-01-27
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Präsentation zu den Zielen und der Vorgehensweise der EU zum Thema Ökodesignund
Energieverbrauchs-Verordnungen, auch im Hinblick auf die Energie-Effizienz-
Prüfung von Einzelraumheizungen.
Präsentation der derzeitigen wissenschaftlichen Erkenntnisse im Hinblick auf die
Prüfanordnung zur Energie-Effizienz-Prüfung für alle Arten von
Einzelraumheizungen.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Übersicht zu den Anwendungsgebieten von Infrarotheizungen.
Darstellung der prinzipiellen Unterschiede in der Auslegung von
Infrarotheizungen in verschiedenen Anwendungsgebieten zur Erzielung optimaler
Behaglichkeit.
Praktische Beispiele für Anwendungen im Wohnbau mit unterschiedlicher
Bausubstanz und unterschiedlichen Systemkonzepten. Darstellung der
Erfahrungswerte und Messergebnisse.
Präsentation des Forschungsprojektes “Die energetisch richtige Anwendung von
Infrarot-Heizungen im Wohnbau” mit grundlegenden Forschungsergebnissen bezüglich
eines geeigneten Systemkonzepts.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Die Einbettung der Infrarotheizungen in das Spektrum der elektrischen Heizungen.
Die Prinzipien der Regelung von Infrarotheizungen.
Die Potenziale der Infrarotheizung in der Gebäudeautomation.
Die Modellierung von Infrarotstrahlungsheizungen und Räumen aus
regelungstechnischer Sicht, um in Simulationsmodellen und begleitenden
Messungen neue Regelungskonzepte erproben zu können.
Die Grundsätzlichen Anforderungen an eine Behaglichkeitsregelung, abgeleitet aus
den neuesten Untersuchungen zur thermischen Behaglichkeit.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Erläuterung der typischen Schwächen vieler weitläufig am Markt vertretener
Niedertemperatur-Infrarotheizungen als auch Darstellung allgemeiner
Verbesserungsmöglichkeiten. Präsentation einer wissenschaftlich korrekten
Prüfmethodik für Niedertemperatur-Infrarotheizungen mit Darstellung des
Strahlungswirkungsgrades. Präsentation eines ausformulierten Norm-Vorschlages
für die Prüfung von elektrischen Konvektions- und Infrarot-Heizungsgeräten.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Kurzfassung
Kollabierende Kavitationsblasen emittieren Stoßwellen, welche zunächst lokale plastische Verformungen (≙ Pits) einer metallischen Werkstoffoberfläche verursachen und schließlich deren Erosion herbeiführen. Bisher existiert keine Methode zur verlässlichen Bestimmung jener hochdynamischen Druckstoßereignisse, so dass das erosive Potential von kavitierenden Strömungen noch nicht vollständig verstanden ist. Erstmals erfolgt im Rahmen dieser Arbeit eine Quantifizierung der vorherrschenden Kavitationsbelastung durch die Verwendung von laserinduzierten Stoßwellen, wie sie vom Laser-Schockhärten (engl. laser shock peening) bekannt sind. Hierbei werden in den durchgeführten experimentellen Untersuchungen 15 verschiedene metallische Werkstoffe bzw. Wärmebehandlungszustände betrachtet. Mit Laserstoßwellenversuchen ergeben sich die Druck-Schwellenwerte für plastische Verformung unter Stoßbelastung sowie Zusammenhänge zwischen Pitgeometrien und verursachenden Belastungsereignissen. Basierend auf diesen Erkenntnissen gelingt es, über in Kavitations-Kurzzeitversuchen induzierte Pits, die betriebspunktspezifischen Kavitationsintensitäten eines Strahlkavitationsprüfstands abzuleiten. In Kavitations-Langzeitversuchen auf einem Strahlkavitations- und einem Schwingungskavitationsprüfstand erfolgt die Bestimmung der intensitätsabhängigen Belastungsdauern bis zum beginnenden Werkstoffversagen sowie begleitend eine systematische Analyse der Schädigungsentwicklung. Ein energetischer Modellansatz setzt die erkannten Eingangsgrößen in Beziehung. Letztlich resultiert aus der Kombination von relevanter Kavitationsintensität und der gemessenen Versagensdauer ein materialspezifischer Wert für die Vorhersage der Kavitationserosion.
Abstract
Collapsing cavitation bubbles emit shock waves, which initially result in local plastic deformations (≙ pits) of a metallic material surface and ultimately in its erosion. So far, none of the existing methods reliably measures these highly transient pressure shocks and hence the erosive potential of cavitating flows is not fully understood. For the first time, this work quantitatively assesses cavitation loading by the usage of laser-induced shock waves, as they are known from laser shock peening. In doing so, 15 different metallic materials or heat treatment conditions are considered within the conducted experimental investigations. Laser shock wave tests reveal the pressure threshold values for plastic deformation under shock loading as well as correlations between pit geometries and causing load events. Based on these findings, it succeeds to derive the operating-point-specific cavitation intensity of a cavitating jet apparatus from pits induced during cavitation short-term tests. In cavitation long-term tests on both a cavitating jet and a vibratory apparatus the intensity-dependent loading durations until incipient material failure are determined and, in addition, the damage evolution is systematically analyzed. An energetic modeling approach correlates the identified input values. Finally, the combined consideration of relevant cavitation intensity and measured failure time yields a material-specific value for cavitation erosion prediction.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Schon seit jeher befindet sich der Maschinenbau und die Fahrzeugindustrie in einem stetigen Wandlungsprozess, der sich seit mehreren Jahren noch weiter beschleunigt hat. Rein mechanische Produkte haben sich zu stark vernetzten cyberphysischen bzw. cybertronischen Produkten weiterentwickelt. Neben der Veränderung der Produkte selbst, ist auch eine Weiterentwicklung der Randbedingungen in der Produktentwicklung, wie z. B. des Umfeldes, der Vorgehensweisen in der Entwicklung oder bei den Entwicklungswerkzeugen, zu beobachten. Der Wandel der Produkte und der Rahmenbedingungen impliziert auch einen Wandel des Produktentwicklungsprozesses. Wie der Begriff Produktentwicklungsprozess schon erahnen lässt, umfasst er zwei verschiedene Aspekte. Zum einen die Beschreibung des zu entwickelnden Produktes mit seinen über den Produktentstehungsprozess stetig ansteigenden Entwicklungsartefakten, wie z. B. Anforderungen, Funktionen, Bauteile, etc. und zum anderen die Beschreibung des Prozesses, also eine Vorgehensweise, wie das Produkt entwickelt werden soll.
Aus diesem Grund leistet diese Dissertation einen Beitrag zu einem neuartigen Produktentwicklungsprozess in der frühen Phase der Entwicklung, der den aktuellen und zukünftigen Herausforderungen gerecht werden kann und betrachtet gleichzeitig die eigentliche Produktentwicklung sowie die dazugehörigen Entwicklungsprozesse. Um konkrete Ansätze für einen Produktentwicklungsprozess der Zukunft zu identifizieren, werden die Produktentwicklung und die damit verbundenen Prozesse aus den Disziplinen Maschinenbau und Fahrzeugtechnik, der Elektrotechnik, der Informationstechnik und disziplinübergreifenden Branchen auf Veränderungen durch aktuelle Megatrends abgeglichen und kritisch hinterfragt, um konkrete Ansätze für einen Produktentwicklungsprozess der Zukunft zu identifizieren. Das Ergebnis ist ein umfassendes Prozessrahmenwerk zur agilen und modellbasierten Produktentwicklung in der frühen Phase im Maschinenbau und der Fahrzeugtechnik, das anhand eines Beispiels aus der Fahrzeugindustrie validiert wird.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Um eine Parkhausdeckenplatte mit Carbonbeton wirtschaftlich zu dimensionieren, werden in dieser Dissertation aus einer Datenbasis von mehr als 400 vom Unternehmen Goldbeck beauftragten Versuche mehr als 100 in einem Versuchskonzept vorgestellt, beschrieben und ausgewertet. Es werden Materialfestigkeiten für die Carbonbewehrung aus Kurzzeit- und Dauerstandversuchen abgeleitet und Teilsicherheitsbeiwerte bestimmt, aus denen ein Bemessungsmodell für die Biegetragfähigkeit hervorgeht. Zudem werden mit statistischen Auswerteverfahren das Vorgehen zur Bestimmung der Bauteilwiderstände für die Biege- und Querkrafttragfähigkeit sowie Durchstanzen infolge Radlast für das Deckenbauteil als Systembauteil beschrieben. Versuchsplanung, -durchführung und -auswertung wurden vom Autor eigenverantwortlich im Namen von Goldbeck durchgeführt.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Gängige Füllstandmesssysteme für mobile Schüttgutsilos werden i. d. R. invasiv an der Innenseite des Behälters angebracht. Hierdurch sind die Sensoren abrasiven Mechanismen und einem entsprechend hohen Verschleiß ausgesetzt. Dies führt zu einer geringen Wirtschaftlichkeit der bisherigen Füllstandüberwachung von mobilen Schüttgutsilos. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Umsetzbarkeit eines alternativen, nichtinvasiven Sensorkonzeptes untersucht, welches auf der Auswertung der füllstandabhängigen Impulsantwort der Silos basiert. Hierzu werden anhand einer analytischen Modellierung des Messsystems die potentiellen Einflussgrößen des Sensorkonzeptes identifiziert. Anschließend werden die potentiellen Einflussgrößen im Rahmen numerischer Untersuchuchungen (FEM/DEM) näher analysiert und bewertet.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der analytischen, integralen und nichtlinearen Bemessung von Sandwichwänden mit Stahlbetonschalen unter vertikaler und horizontaler Belastung nach Theorie II. Ordnung und führt zu der Entwicklung eines in der Programmiersprache VBA implementierten Bemessungsprogramms: TiToU.
Das Fundament für den Aufbau dieses Bemessungsprogramms für Sandwichwände bildet ein eigenes nichtlineares Bemessungsverfahren für Stahlbetondruckglieder, das auf einer bilinearen Approximation der Spannungs-Dehnungs-Linie des Betons beruht und dessen Sicherheitsniveau den Standards der DIN EN 1990 entspricht. Dieses Bemessungsverfahren ist in einem Subprogramm von TiToU implementiert und bestimmt für jede Schnittgrößenkonstellation in einer Stahlbetonschale den entsprechenden Dehnungszustand in ihrem Querschnitt. Die Nichtlinearitäten aufgrund der Beton- und Bewehrungseigenschaften sowie der Rissbildung werden berücksichtigt und führen zu nichtlinearen Gleichungssystemen, deren Lösung nicht geschlossen, sondern algorithmisch mit dem mehrdimensionalen Newton-Verfahren erfolgt.
Des Weiteren erfordert die integrale Bemessung von Sandwichwänden die Herleitung eines Ansatzes zur Berücksichtigung der Wirkungslinie der Normalkraft in die Tragschale und der aufgrund ihrer Exzentrizität induzierten Biegebeanspruchung. Dieser analytisch hergeleitete Ansatz beschreibt die Aktivierung der Vorsatzschale, d. h. den Krafttransfer zwischen der Tragschale und der Vorsatzschale über die Sandwichwandhöhe.
Die Differentialgleichung, die das physikalische Verhalten einer Sandwichwand unter Normalkraft- und Biegebeanspruchung wiedergibt, wird analytisch mit Exponentialansätzen vom Programm TiToU gelöst. Zum ersten Mal wird u. a. folgende physikalische Besonderheit erkannt und nachgewiesen: Vergleicht man zwei Sandwichwände unter vertikaler Last, die sich lediglich durch ihre Kernschichtschubsteifigkeit unterscheiden, weist bei niedrigen Lastniveaus diejenige mit der niedrigeren Kernschichtschubsteifigkeit das kleinere Verformungsniveau auf, während oberhalb einer gewissen Last diejenige mit der größten Kernschichtschubsteifigkeit das kleinste Verformungsniveau erfährt. Dies bringt zwei Anschauungsweisen des gleichen physikalischen Problems in Einklang beziehungsweise ordnet diese zwei getrennten Lastbereichen zu.
Diese Arbeit beinhaltet eine theoretische Parameterstudie, in der der Einfluss der Schlankheit, der Lastexzentrizität, der Kernschichtdicke und der Kernschichtschubsteifigkeit untersucht wird, und bei der alle möglichen Versagensarten rechnerisch Berücksichtigung finden. Die Bestätigung der Modelle erfolgt durch großformatige Bauteilversuche, die im Labor für konstruktiven Ingenieurbau der TU Kaiserslautern durchgeführt wurden. Schließlich werden im Rahmen eines Bemessungsbeispiels die aktuell nach Norm gültige Bemessungsmethode, die nur die Tragschale berücksichtigt, und das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Bemessungskonzept, das den stabilisierenden Einfluss der Vorsatzschale und der Kernschicht auf das Tragverhalten der Tragschale unter kombinierter Biege- und Normalkraftbeanspruchung berücksichtigt, verglichen. Hierbei wird ersichtlich, dass ein gemäß dem Standard von DIN EN 1992-1-1 gefordertes Sicherheitsniveau mit dem hier dargestellten Bemessungskonzept mit dünneren Querschnittsabmessungen eingehalten werden kann.
Aktualisiert: 2023-01-27
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In ihrem 50. Jubiläumsjahr lud die Technische Universität Kaiserslautern am 26. und 27. November 2020 zu einem Höhepunkt ein: dem Kongress #Sport #Gesundheit #Digital. Für zwei Tage wurden im Rahmen eines Online-Forums gemeinsam die Themenfelder Sport, Gesundheit und Digitalisierung diskutiert. Wir freuen uns sehr, dass die Techniker Krankenkasse die TUK als Ausrichter der Veranstaltung besonders unterstützt hat.
#SGD – Der Kongress setzte an der Schnittstelle von Sport, Gesundheit und Digitalisierung an und beleuchtete Chancen und Möglichkeiten, die durch das Zusammenspiel dieser Disziplinen entstehen können. Gleichzeitig wurden Risiken und Herausforderungen der digitalen Entwicklungen in Sport und Gesundheit betrachtet und perspektivisch mit Blick in die Zukunft analysiert. Hochkarätige Beiträge aus Wissenschaft und Praxis aus allen für das Themenspektrum relevanten Fachrichtungen sorgten für ein hohes Maß an Abwechslung und Transfer. Der Kongress richtete sich dabei nicht nur an Personen aus Wissenschaft und Praxis der Bereiche Gesundheitswesen und -management, Medizin und Psychologie. Ebenso angesprochen wurden Übungsleitende und Angehörige aus Hochschulsport und Sportwissenschaft, Studierende und Mitarbeitende aller bezogenen Fachrichtungen sowie alle allgemein interessierten Personen.
Der vorliegende Kongressband stellt die Sammlung der Kongressinhalte dar. Neben den schriftlichen Beiträgen lassen sich hier auch Impressionen der Kongresstage und die Vorträge als interaktiv eingebundene Videos finden.
Aktualisiert: 2023-01-27
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