Universität Stuttgart
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Item Open Access A fully coupled thermomechanical 3D model for all phases of friction stir welding(2016) Hoßfeld, MaxAlthough friction stir welding (FSW) has made its way to industrial application particularly in the last years, the FSW process, its influences and their strong interactions among themselves are still not thoroughly understood. The lack of understanding mainly arises from the adverse observability of the actual process with phenomena like material ow and deposition, large material deformations plus their complex thermo-mechanical interactions determining the weld formation and its mechanical properties. A validated numerical process model may be helpful for closing this gap as well as for an isolated assessment of individual influences and phenomena. Hereby such a model will be a valuable assistance for process and especially tool development. In this study a Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) approach with Abaqus V6.14 is used for modeling the whole FSW process within one continuous model. The resolution reached allows not only simulating the joining of two sheets into one and real tooling geometries but also burr and internal void formation. Results for temperature fields, surface and weld formation as well as process forces are shown and validated.Item Open Access Leseaktivitäten auf großen, hochauflösenden Displays(2015) Mannweiler, EugenIn der heutigen Wissenschaft- und Geschäftswelt ist das Lesen und Verarbeiten großer Informationsmengen immer wichtiger geworden. Deswegen wird nach Lösungen zur Verbesserung der Informationserfassung und Informationsbearbeitung gesucht. Ein möglicher Ansatz ist der Einsatz großer, hochauflösender Displays. Mit Hilfe dieser Displays gibt es Möglichkeiten größere Informationsmengen auf einmal darstellen zu können. Das kann in paralleler Darstellung mehrerer Texte oder zusätzlicher Informationsebenen resultieren. Desweiteren sollen Alternativen zu herkömmlichen Eingabegeräten, wie Tastatur oder Maus, untersucht werden. Dabei kann der zukünftige Benutzer mit dem System interagieren, indem er Handbewegungen oder den Abstand zum Monitor als Hilfsmittel zur Interaktion nimmt. Die Bewegungen können von einem Bewegungserkennungssystem erfasst werden und die gewünschte Aktion ausführen. So kann der Abstand zwischen dem Benutzer und dem Monitor dazu genutzt werden, um die Schriftgröße zu beeinflussen. In dieser Arbeit wird der Einsatz große, hochauflösender Displays im Zusammenhang mit Textlesen und Textverstehen untersucht. Dabei wird insbesondere auf die verschiedenen Interaktionsmöglichkeiten, die sich aus der Kombination von großen, hochauflösenden Displays und Bewegungserkennungssystem entstehen, eingegangen. Auch die Darstellung des Textes und der Position des Lesers relativ zu den Displays soll auf Vorteile und Nachteile untersucht werden. Diesbezüglich wird eine Studie durchgeführt und ihre Ergebnisse statistisch erfasst und anschließend diskutiert werden.Item Open Access Generic templates for monitoring agents(2018) Weise, MarcThis thesis presents an agent-centric approach for monitoring IT resources, which enables the execution of preprocessing and aggregation steps directly on the target systems in order to limit data transfers to a central server and allow a local event detection and treatment. To keep the agent behavior definition as simple as possible, an extendable template model is introduced which can be used to define Monitoring Pipelines by chaining individual processing steps. Furthermore this work demonstrates how a graphical editor can be implemented which also allows non-experts in the field of monitoring to create and modify Monitoring Templates.Item Open Access Quantifizierung von Unsicherheiten in mikroskopischer Verkehrssimulation(2017) Parga Cacheiro, DominicStraßenverkehr ist allgegenwärtig. Jeden Tag fahren viele Menschen mit dem Auto durch die Straßen und dabei können sehr interessante Phänomene betrachtet werden, die den Verkehrsfluss verbessern oder verschlechtern. Beim Planen und Designen von Verkehrsnetzen ist es wichtig, solche Einflüsse zu berücksichtigen. Aus diesem Grund sind Verkehrssimulationen notwendig. Es gibt im wesentlichen zwei große Modelltypen. Die makroskopischen Modelle sehen den Verkehr als großes System und versuchen, dessen Phänomene aus einem globalen Blickwinkel zu erklären. Die mikroskopischen Modelle betrachten die Fahrzeuge einzeln, d.h. die Fahrzeuge agieren nicht von einer globalen Logikeinheit gesteuert, sondern selbstbestimmt und aus einem lokalen Blickwinkel heraus. In dieser Arbeit wird das Nagel-Schreckenberg-Modell verwendet, ein mikroskopisches Modell zur Beschreibung von Fahrverhalten auf einer einspurigen Straße, das mittels einfacher stochastischer Mittel Phänomene wie Staus aus dem Nichts hervorbringt. Dieses Modell wurde um eine allgemein gültige Kreuzungslogik erweitert. Im Rahmen dieser Arbeit wird das so entstandene Verkehrsmodell um die Mehrspurigkeit ergänzt. Das beinhaltet eine Überarbeitung der bestehenden Verkehrslogik und das Einführen von Spurwechseln inklusive Stauinversion. Im Anschluss wird auf Implementierungsdetails eingegangen und das Modell mit realen Daten verglichen, um qualitative Aussagen über den Verkehr zu machen.Item Open Access Neuartige Versuchsmethodik zur verbesserten Modellierung der Reibung in der Blechumformung(Stuttgart : Institut für Umformtechnik, 2019) Singer, Markus Ruben; Liewald, Mathias (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. MBA)Die numerische Abbildung von Tiefziehprozessen benötigt eine Vielzahl von Eingangsparametern, deren Qualität sich direkt in der Abbildegenauigkeit des Prozesses widerspiegelt. Diverse Einflussfaktoren, wie etwa das Fließverhalten des Platinenwerkstoffes, wurden dabei bisher genau untersucht und sind heute in vielen Fällen gut verstanden. Die relativ exakte Beschreibung der im Prozess auftretenden Reibungsmechanismen zwischen Platine und Werkzeug bildet bei den Blechumformverfahren Tief- und Streckziehen hingegen eine Ausnahme. Das Reibungsverhalten bestimmt die Rückhaltung des Ziehflanscheinlaufes in die Zarge sowie welche Prozesskräfte, beeinflusst durch die örtlich unterschiedlichen Blechdickenreduktionen, übertragen werden können. Bei einer unzureichenden Kenntnis dieser Prozessgröße kann der Umformprozess nur unter Verwendung eines Sicherheitsfaktors numerisch ausgelegt werden. Hierbei kann allerdings nicht das gesamte Umformpotential des Prozesses in Kombination mit dem Platinenwerkstoff ausgenutzt werden. Durch die eingeschränkte Zugänglichkeit zur experimentellen Messwertaufnahme muss aktuell auf stark abstrahierte Modellversuche zur Bestimmung des Reibungsverhaltens zwischen Umformwerkzeug und Platine zurückgegriffen werden. Dabei können die komplexen Wechselwirkungen im tribologischen System zwischen Platinen- und Werkzeugoberfläche nicht abgebildet und eingehend untersucht werden. Auch hochentwickelte, numerische Abbildungsmodelle beziehen sich dabei auf Messwerte aus einfachen experimentellen Versuchsaufbauten. Die auftretenden Wechselwirkungen können dabei heute zwar relativ gut invers modelliert, jedoch nicht im realen experimentellen Aufbau gemessen werden. Diese Forschungslücke führt dazu, dass der Reibungszahl in Blechumformsimulationen, trotz ihrer deutlichen Auswirkung auf das Berechnungsergebnis, eine untergeordnete Gewichtung zukommt. Häufig werden lediglich globale, sich nicht verändernde Reibungszahlen im FE-Modell nach Coulomb verwendet. Diese unzureichende Beschreibung führt zu einer ungenauen numerischen Berechnung des Tiefziehprozesses. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neuartige Methode zur Bestimmung der Reibungszahlen vorgestellt und auf Basis der so ermittelten, kontinuierlich aufgenommenen Reibungszahlverläufe ein Reibungsmodell für ein erweitertes Verständnis des tribologischen Systems für das Tiefziehen entwickelt. Im Hauptteil der Arbeit werden zunächst die grundsätzlichen Einflussfaktoren auf das tribologische System mittels Streifenziehversuchen ermittelt und deren Auswirkung auf die Reibungszahl bewertet. Im weiteren Verlauf erfolgt die Integration von Miniatur-Längsmessdübeln in das Umformwerkzeug, welche die elastische Deformation der Werkzeugstruktur aufzeichnen. Darüber können die auf die Platine wirkenden Rückhaltekräfte gemessen werden. Die Messwertaufnahme ist hierbei kontinuierlich über den gesamten Tiefziehprozess sowie ohne Eingriff in die Kontaktfläche zwischen Umformwerkzeug und Platine möglich. Die Positionierung der Sensoren erfolgt nach einer Unterteilung der Werkzeugaktivflächen auf Basis des örtlich vorherrschenden Spannungszustandes in Anlehnung an die Gleitlinientheorie in acht unterschiedliche Sektoren. Aufbauend auf den im Prozess gemessenen Reibungszahlen können für die definierten geometrischen Werkzeugsektoren mathematische Funktionen der Reibungszahlverläufe über den jeweiligen Ziehweg bestimmt werden. Dazu werden die jeweiligen Funktionsbeschreibungen in Abhängigkeit von den zuvor ermittelten Einflussfaktoren wie Flächenpressung, Ziehgeschwindigkeit und Temperatur approximiert. Durch die Integration dieser Reibungszahlen in ein Simulationsmodell ist es anschließend möglich, die Güte der numerischen Abbildegenauigkeit des Prozesses zu bewerten und mit konventionellen numerischen Berechnungen mit konstanten Reibungszahlen zu vergleichen. Des Weiteren kann gezeigt werden, dass der Übertrag der an der einfachen Ziehteilgeometrie „Rechtecknapf“ ermittelten Reibungszahlverläufe auf eine komplexere Ziehteilgeometrie möglich ist und sich dabei die Abbildegenauigkeit der Simulationsrechnungen verbessert. Die vorliegende Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung der durchgeführten Forschungsarbeiten ab. Somit wird ein wissenschaftlicher Beitrag zum verbesserten Verständnis der Wirkzusammenhänge des Reibungsverhaltens im Blechumformprozess geleistet sowie weitere zukünftige Potenziale aufgezeigt. Es kann gezeigt werden, dass die numerische Abbildegenauigkeit von Blechumformprozessen steigt, wenn sich über den Stößelweg verändernde Reibungszahlen in den Modellaufbau integriert werden. Dazu wurde in dieser Arbeit eine neuartige Methode zur Bestimmung der real im Prozess auftretenden Reibungszahlen entwickelt. Die Wechselwirkungen der signifikanten Einflussfaktoren auf die Reibungszahlen im Blechumformprozess werden in einem, auf Basis der Gleitlinientheorie, in verschiedene Sektoren unterteilten Tiefziehwerkzeug bestimmt. Die Bestimmung von mathematischen Funktionen des ziehtiefenabhängigen Reibungsverhaltens ermöglicht den Übertrag der experimentell ermittelten und numerisch abgebildeten Reibungszahlen aus einer einfachen Versuchsgeometrie auf ein komplexes, realitätsnahes Tiefziehbauteil.Item Open Access Identifizierung neuer Proteine des Polyphosphat Granulumkomplexes von Ralstonia eutropha H16(2017) Tumlirsch, Tony; Jendrossek, Dieter (Prof. Dr.)Item Open Access Hybrid plasmonic devices for sensing and thermal imaging(2015) Tittl, Andreas; Giessen, Harald (Prof. Dr.)Plasmonics is an emerging field in nanooptics, which focuses on the optical properties of resonant subwavelength metal nanoparticles. Historically, such geometries commonly employed noble metal nanoparticles to achieve a variety of effects ranging from nanofocusing of light to negative refraction. Building on these concepts, this thesis investigates hybrid nanoplasmonic devices, which combine passive noble metal nanostructures with chemically reactive or actively tunable materials to obtain novel functionalities. Utilizing various complex plasmonic geometries, this work pursues two complementary threads of research, covering the technological scale from fundamental science to device applications. On the one hand, it utilizes chemically synthesized hybrid plasmonic "smart dust" nanoprobes to detect progressively lower reagent concentrations. Starting from silica shell-isolated gold nanoparticles, which are used to map the catalytic reactions in adjacent extended palladium thin films, DNA-assembled bimetallic plasmonic nanosensors are investigated to resolve changes in sub-5nm Pd nanocrystals on the single antenna level, pushing the lower limit of chemical detection volume. On the other hand, it studies plasmonic perfect absorber structures, optical elements designed to absorb all radiation of a certain wavelength, which have shown promise for a variety of technological applications. Here, the focus is on both developing a theoretical model for the optical behavior of plasmonic perfect absorber structures, especially at large incident angles, as well as on the experimental realization of efficient gas sensors and active mid-infrared imaging devices.Item Open Access Maschinelles Lernen für intelligente Automatisierungssysteme mit dezentraler Datenhaltung am Anwendungsfall Predictive Maintenance(2019) Maschler, Benjamin; Jazdi, Nasser; Weyrich, MichaelFür eine hohe Ergebnisqualität sind Machine Learning Algorithmen auf eine breite Datenbasis angewiesen. Studien zeigen jedoch, dass viele Unternehmen nicht bereit sind, ihre Daten mit anderen Unternehmen, beispielsweise in Form einer gemeinsamen Daten-Cloud, zu teilen. Ziel sollte es daher sein, effizientes maschinelles Lernen mit einer dezentralen Datenhaltung, die den Verbleib vertraulicher Daten im jeweiligen Ursprungs-Unternehmen ermöglicht, zu ermöglichen. In diesem Artikel wird diesbezüglich ein neuartiges Konzept vorgestellt und hinsichtlich seiner Potentiale für intelligente Automatisierungssysteme am Beispiel des Anwendungsfalls Predictive Maintenance analysiert. Die Umsetzbarkeit des Konzepts unter Nutzung verschiedener bestehender Ansätze wird diskutiert, bevor schließlich auf potentielle Mehrwerte für Anlagenbetreiber sowie -hersteller unter besonderer Berücksichtigung der Perspektive kleiner und mittlerer Unternehmen eingegangen wird.Item Open Access Zur Abschätzung der Lebensdauer von laufenden hochmodularen Faserseilen(Stuttgart : Institut für Fördertechnik und Logistik (IFT) der Universität Stuttgart, 2017) Novak, Gregor; Wehking, Karl-Heinz (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)Die vorliegende Forschungsarbeit untersucht die Lebensdauer laufender hochmodularer Faserseile. Hierzu gehört das Aufstellen einer Abschätzungsmethode um eine statistisch relevante Aussage über die Lebensdauer eines hochmodularen Faserseiles beim Lauf über Seilscheiben zu treffen und die Untersuchung der Faktoren, die die Lebensdauer dieser laufenden hochmodularen Faserseile beeinflussen. Weiter wird eine neuartige Spulvorrichtung für laufende hochmodulare Faserseile vorgestellt, die einer durch Schrägzug oder Höhenspannung hervorgerufenen Verdrehung entgegenwirkt und eine Erhöhung der Seillebensdauer ermöglicht.Item Open Access The KdV and Whitham limit for a spatially periodic Boussinesq model(2016) Bauer, Roman; Schneider, Guido (Prof. Dr.)Wir betrachten die KdV-Approximation und die Whitham-Approximation für ein räumlich periodisches Boussinesq-Modell. Wir zeigen Abschätzungen der Differenz zwischen der KdV- beziehungsweise der Whitham-Approximation und echten Lösungen des ursprünglichen Modells, welche garantieren, dass diese Amplituden-Gleichungen korrekte Vorhersagen über die Dynamik des räumlich periodischen Boussinesq-Modells über die natürlichen Zeitskalen machen. Der Beweis basiert auf Blochwellenanalysis und Energieabschätzungen.