04 Fakultät Energie-, Verfahrens- und Biotechnik
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Item Open Access Tensorgesteuerte Entwicklung biokompatibler Strukturen(2021) Däges, Johannes-MaximilianDie vorliegende Arbeit verfolgt den Ansatz einer Topologieoptimierung um würfelförmige Strukturen zu erstellen die ein vorgegebenes elastisches Verhalten haben. Hierzu wird die Methode der Homogenisierung nach G. P. Steven angewendet um aus einem gegeben Steifigkeitstenor Beschränkungen für eine Topologieoptimierung zu entwickeln. Zudem wurde die Mandel-Notation in die Homogenisierung eingebaut. Das langfristige Ziel ist es, Femurnägel aus vielen Einzelstrukturen zusammen zu setzen und so auftretendes Stress shielding im Femurknochen zu verringern. Die Ergebnisse verschiedener Konfigurationen sind durchaus vielversprechend und unterstützen eine weitere Untersuchung des Ansatzes.Item Open Access Validierung der 3D-Prozesskarte und Entwicklung von Prozessstrategien für das äquiaxiale Kornwachstum im Laserstrahlschweißen von Aluminium(2021) Nasr, YassinUm das äquiaxial dendritische Kornwachstum abhängig von den Prozessparametern im Laserstrahlschweißprozess von Aluminiumlegierungen einstellen zu können wurde die 3D-Prozesskarte entwickelt. Diese gibt eine erforderliche tiefenspezifische Laserleistung, welche für das äquiaxiale Kornwachstum absorbiert werden muss, für eine beliebige Aluminiumlegierung in Abhängigkeit der Schweißgeschwindigkeit an. In vorangegangenen Experimenten wurde der prozessseitige Einfluss auf die Kornstruktur für die Legierung EN AW-6016 untersucht und validiert. Um den werkstoffseitigen Einfluss auf die Kornstruktur zu validieren, wurden im Rahmen dieser Arbeit Laserstrahlschweißungen mit fünf verschiedenen Legierungen durchgeführt. Dabei wurden die Prozessparameter Fokusdurchmesser, Laserleistung, Schweißgeschwindigkeit und Blechstärke variiert. Die Kornstruktur der Schweißnähte wurde anschließend mithilfe metallografischer Schliffe untersucht.Item Open Access Kosten-effizienter Einsatz von Cloud Computing für CEP Applikationen(2018) Müller, JensApplikationen in der Cloud müssen effizient skaliert werden, um die Vorteile paralleler Verarbeitung nutzen und gleichzeitig ein optimales Kosten-Nutzen Verhältnis erreichen zu können. Complex event processing (CEP) Applikationen unterliegen meist schwankenden Arbeitslasten und benötigen zu deren Bearbeitung sich anpassende Ressourcen. Die Literatur beschreibt zur Vorhersage von Arbeitslasten von CEP Applikationen nur theoretische Konzepte. In dieser Bachelorarbeit erarbeiten wir konkrete Instruktionen, die die einzelnen notwendigen Schritte beschreiben, um eine CEP Applikation in der Cloud kosteneffizient bereitzustellen. Dafür analysieren wir die unterschiedlichen Kostenmodelle der Cloudanbieter im Hinblick auf Kosten/Leistungs Aspekte, ermitteln wie CEP Applikationen zur Laufzeit automatisch in der Cloud skaliert werden können und implementieren einen Vorhersagealgorithmus, mit dessen Hilfe sichergestellt wird, dass bei variabler Auslastung benötigte Ressourcen rechtzeitig zur Verfügung stehen und wieder abgeschaltet werden, sobald sie nicht mehr benötigt werden. Es werden die kritischen Punkte bei der Bereitstellung von CEP Applikationen in der Cloud aufgeführt und vorgestellt wie eine kosteneffiziente automatische Skalierung der Ressourcen umgesetzt werden kann.Item Open Access Charakterisierung der 2. Harmonischen EBW-Heizung(2013) Höfel, UdoElektron-Bernstein-Wellen (EBW) können dazu benutzt werden ein überdichtes Plasma effektiv zu heizen, da für für ihr Eindringen ins Plasma kein oberes Limit in der Elektronendichte existiert, sie allerdings sehr gut an der Elektronzyklotronresonanz (ECR) absorbiert werden. Dies gilt nicht nur für die direkte Absorption an der ECR, sondern auch an deren Harmonischen. Die EBW muss dazu allerdings durch Modenkonversionsprozesse aus einer von außen eingestrahlten Mikrowelle erzeugt werden, da sie im Vakuum nicht ausbreitungsfähig ist. Im Stellarator TJ-K der Universität Stuttgart konnten erstmals Plasmen durch EBW-Heizung an der zweiten Harmonischen stabil erzeugt und somit gezielt untersucht werden. Hierzu wird eine Mikrowelle mit einer Frequenz von 8 GHz und einer Leistung von 2,7 kW in ein Plasma mit einer Magnetfeldstärke von ungefähr 220 mT eingestrahlt. Umfangreiche Studien der Plasmaparameter, wie zum Beispiel der Elektronentemperatur und der Plasmadichte mithilfe von Langmuir-Sonden deuten auf eine gesteigerte Heizeffizienz im Vergleich mit bisherigen Operationsbereichen in TJ-K hin.Item Open Access Direkte Mechanik mit eindimensionalen finiten Elementen(2021) Schmid, Marc-PhilippDas Hüftgelenk zählt zu den am stärksten beanspruchten Bereichen im menschlichen Körper. Da es die Bewegung der unteren Extremitäten gegenüber dem Rumpf ermöglicht, führt ein Versagen direkt zur Immobilisation des Patienten. Je nach Versagensursache ist eine Behandlung durch die Implantation eines künstlichen Hüftgelenks unumgänglich. Auch die Prothesen selbst können wiederum z.B. wegen Lockerung des im Oberschenkel fixierten Prothesenschafts versagen. Um die Wahrscheinlichkeit eines solchen Prothesenversagens zu reduzieren, wird an der Anpassung der Steifigkeit des Prothesenschafts an die Steifigkeit der im Oberschenkelknochen enthaltenen Spongiosa geforscht. Zur Reduktion der Komplexität bei der Berechnung der Steifigkeit der Spongiosa kann die Direkte Mechanik nach Ralf Schneider (2016) angewendet werden. Da die Anwendung der Direkten Mechanik bisher auf durch Volumenelemente diskretisierten Strukturen stattgefunden hat, soll in der vorliegenden Arbeit die Anwendung der Direkten Mechanik auf ein idealisiertes Knoten-Kanten-Netzwerk, bestehend aus eindimensionalen finiten Elementen, untersucht und anschließend bewertet werden. In diesem Zusammenhang werden Vergleiche der durch die Direkten Mechanik bestimmten reduzierten Gesamtsteifigkeitsmatrix 𝑲𝑟𝑒𝑑 und der mit der Finiten Elemente Methode bestimmten Gesamtsteifigkeitsmatrix 𝑲𝑔𝑒𝑠 angestellt.Item Open Access Scalability investigation of event processing systems(2018) Stifel, AlexanderDas frühestmögliche Erkennen von nützlichen Informationen in Datenströmen und die damit zeitnah mögliche Reaktion auf sich ändernde Tendenzen spielt in vielen Anwendungsgebieten eine strategische Rolle. Das enorm zunehmende Datenvolumen erschwert jedoch das Ableiten von Zusammenhängen der Daten mit Hilfe von Complex-Event-Processing-Systemen in Echtzeit. Für die effiziente Verarbeitung dieser Datenströme bieten aktuelle Complex-Event-Processing-Systeme unterschiedliche Parallelisierungstechniken an. Eine Möglichkeit, um die Leistungsfähigkeit zu erhöhen, ist die verteilte Ausführung auf einem Rechnerverbund in dem weitere Knoten für die Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden und das System den Datenstrom auf die verfügbaren Knoten verteilen kann. In dieser Arbeit wird die Auswirkung des Parallelisierungsgrads auf den Durchsatz von Complex-Event-Processing-Systemen untersucht. Insbesondere wird das eigenentwickelte Complex-Event-Processing-System mit einem auf dem Markt verfügbaren System verglichen. Für die Untersuchung werden für Ereignisverarbeitungssysteme geeignete Datensätze recherchiert und basierend darauf verschiedene Anwendungsszenarien entwickelt. Die erarbeiteten Anwendungsszenarien werden für die beiden Systeme implementiert und schließlich wird die Auswirkung des Parallelisierungsgrads experimentell überprüft und ausgewertet.Item Open Access Item Open Access Modellierung der Partikelcharakteristika von Mikroplastik im Boden(2021) Reinhardt, IsabelMikroplastik (Plastikpartikel < 5 mm) als Schadstoff erlangte vor allem Bekanntheit durch seinen Einfluss auf aquatische Ökosysteme wie das Meer. Der Einfluss dieser Partikel auf den Boden ist allerdings bislang weniger erforscht. So ist die Risikobewertung für das im Boden befindliche Mikroplastik nach heutigem Kenntnistand nur begrenzt möglich. Es fehlen hier zusammenfassende Informationen zu Partikelcharakteristika wie Größe und Form, um die Gefahr von Mikroplastik auf das wertvolle Ökosystem abzuschätzen. Ziel dieser Arbeit war es deshalb eine Datengrundlage zu schaffen, die diese Eigenschaften der Mikroplastikpartikel beschreibt und mit dieser eine kontinuierliche allgemeine Modellierung zu erstellen, mit der die Risikoabschätzung besser möglich sein soll. Hierfür wurden vorhandene Modellansätze von aquatischen Ökosystemen auf terrestrische übertragen. Anhand der Modellierung wurde deutlich, dass die Partikelgrößenverteilung von Mikroplastik im Boden deutliche Unterschiede zu jener in aquatischen Lebensräumen aufweist. Sie unterschieden sich sowohl durch den Zusammenhang von Partikelhäufigkeit und Partikelgröße als auch durch die vorhandene Datengrundlage. Am häufigsten waren im Boden Fasern zu finden, gefolgt von irregulären Partikeln, Folien, Pellets und Schaumstoffen. Die zu aquatischen Ökosystemen sehr ähnliche Formverteilung wies einen erhöhten Anteil an Folien auf, was auf die Verwendung von Mulchfolien in der Landwirtschaft zurückgeführt werden konnte. Um die Modellierung der Partikelcharakteristika weiter zu verbessern, bedarf es zudem vermehrter Forschung im Bereich Mikroplastik im Boden.Item Open Access What are the current capabilities for a speech interface using existing speech libraries on a mobile robot with limited hardware resources?(2022) Jerye, FelixInteraction with robots often requires a speech interface. Particularly robots with many concurrent processes, need a resource efficient solution. The available frameworks are often tightly coupled, making them less suitable for an deep integration. This work presents a modular prototype speech interface based on the Robot Operating System. The individual modules are interchangeable and logically separated. Special attention is paid to the weak hardware of a Raspberry Pi 4. Benchmarks are used to show that this platform is suitable for a real-time speech interface. This does not apply to all software components. Especially GPU-optimized components reach their limits and miss real-time.