Universität Stuttgart
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Item Open Access Visuelle Analyse gemeinsamer Sequenzen(2020) Galuschka, MarcelIn den sozialen Medien verbreiten sich Texte schnell. Dieses Phänomen lässt sich auch in historischen Zeitungsartikeln erkennen. Forscher aus der Literaturwissenschaft und der Kulturwissenschaft befassen sich mit diesem Thema und untersuchen eine Menge von Texten. In dieser Arbeit erstellen wir dazu einen Prototyp, mit welchem es möglich ist, diese Texte untereinander zu vergleichen und zwei Texte im Vergleich genauer zu betrachten. Außerdem diskutieren wir hier, aus welchem Grund wir diese Darstellung gewählt und wie wir diese verwirklicht haben. Darüber hinaus haben wir diesen Prototyp einer Literaturwissenschaftlerin vorgestellt, welche mit diesem sprachliche Veränderungen zwischen den Texten erkennen kann.Item Open Access Konzept für eine sichere und benutzerfreundliche Authentifizierung für industrielle Produktionsanlagen(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2020) Borisov, Alexander; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Die Anzahl und die Schwere der Angriffe auf industrielle Komponenten nehmen von Jahr zu Jahr stark zu. Gleichzeitig steigt der Grad der Vernetzung der Anlagen weiter an und vergrößert dadurch nochmals die mögliche Angriffsfläche. Die aktuelle Situation bezüglich IT-Sicherheit in der fertigenden Industrie erfordert eine dringende Verbesserung der vorhandenen IT-Sicherheitsmaßnahmen. Insbesondere weisen die existierenden Authentifizierungsmöglichkeiten in der Industrie mehrere Defizite auf. Die Sicherheit der zurzeit eingesetzten Methoden, ihre Benutzerfreundlichkeit und auch der monetäre Aufwand für den Betrieb sind bei zahlreichen Anwendungen nicht zufriedenstellend. Seitens der Industrie und auch der Forschungsgemeinschaft besteht daher der Bedarf, bessere Authentifizierungsverfahren zu entwickeln. Die Erforschung einer neuen Authentifizierungsmöglichkeit für eine industrielle Anwendung bildet den Hauptteil der vorliegenden Arbeit. Die in dieser Arbeit erarbeitete Authentifizierungsmethode basiert auf der Verwendung von zeitbasierten Einmalschlüsseln, die über eine speziell entwickelte App im Smartphone des Benutzers generiert werden. Dabei findet eine beidseitige und eine Zwei-Faktor-Authentifizierung statt. Die Authentifizierungsinformationen werden zudem über die Verbindung des Smartphones an den Server übertragen. Die Lösung weist somit eine hohe Benutzerfreundlichkeit, starke Sicherheit und geringe Betriebskosten auf. Diese Eigenschaften wurden im Rahmen dieser Arbeit experimentell bestätigt und in einer Benutzerstudie nachgewiesen. Darüber hinaus wurde in der Arbeit gezeigt, wie die entwickelte Authentifizierungslösung in eine IT-Sicherheitsarchitektur eines Werkes integriert werden kann. Die vorliegende Arbeit leistet somit einen Beitrag zur Verbesserung der IT-Sicherheit in der produzierenden Industrie und kann für die Institute der angewandten Forschung sowie auch für die Entwicklungsabteilungen der Industrieunternehmen von Bedeutung sein.Item Open Access A numerical method for the generation of hierarchical Poisson Voronoi microstructures applied in micromechanical finite element simulations : part I: method(2020) Schneider, Y.; Weber, U.; Wasserbäch, W.; Zielke, R.; Schmauder, S.; Tillmann, W.Poisson Voronoi (PV) tessellations as artificial microstructures are widely used in investigations of material deformation behaviors. However, a PV structure usually describes a relative homogeneous field. This work presents a simple numerical method for generating 2D/3D artificial microstructures based on hierarchical PV tessellations. If grains/particles of a phase cover a large size span, the concept of “artificial phases” can be used to create a more realistic size distribution. From case to case, detailed microstructural features cannot be directly achieved by commercial or free softwares, but they are necessary for a deep or thorough study of the material deformation behavior. PV tessellations created in our process can fulfill individual requirements from material designs. Another reason to use PV tessellations is due to the limited experimental data. Concerning the application of PV microstructures, four examples are given. The FE models and results will be presented in consecutive works, i.e. “part II: applications”.Item Open Access Readout and control of an endofullerene electronic spin(2020) Pinto, Dinesh; Paone, Domenico; Kern, Bastian; Dierker, Tim; Wieczorek, René; Singha, Aparajita; Dasari, Durga; Finkler, Amit; Harneit, Wolfgang; Wrachtrup, Jörg; Kern, KlausAtomic spins for quantum technologies need to be individually addressed and positioned with nanoscale precision. C60 fullerene cages offer a robust packaging for atomic spins, while allowing in-situ physical positioning at the nanoscale. However, achieving single-spin level readout and control of endofullerenes has so far remained elusive. In this work, we demonstrate electron paramagnetic resonance on an encapsulated nitrogen spin (14N@C60) within a C60 matrix using a single near-surface nitrogen vacancy (NV) center in diamond at 4.7 K. Exploiting the strong magnetic dipolar interaction between the NV and endofullerene electronic spins, we demonstrate radio-frequency pulse controlled Rabi oscillations and measure spin-echos on an encapsulated spin. Modeling the results using second-order perturbation theory reveals an enhanced hyperfine interaction and zero-field splitting, possibly caused by surface adsorption on diamond. These results demonstrate the first step towards controlling single endofullerenes, and possibly building large-scale endofullerene quantum machines, which can be scaled using standard positioning or self-assembly methods.Item Open Access Modelllierung von TOSCA-basierten Deployment Modellen in Java(2020) Fuhrmann, JanIn den letzten Jahren gewinnt das Thema Cloud Computing in vielen Bereichen der Gesellschaft zunehmend an Bedeutung. Immer mehr Unternehmen verlagern Anwendungen sowie Teile der lokalen Infrastruktur in die Cloud. Die Automatisierung des Deployments solcher Cloud-Anwendungen wird jedoch durch deren steigende Komplexität und zugleich hohe Diversität signifikant erschwert, weshalb eine einheitliche Strukturierung erforderlich ist. Die „Topology and Orchestration Specification for Cloud Applications (TOSCA)“ definiert einen Standard für die Beschreibung und das Management sowie die automatisierte Bereitstellung von Cloud-Anwendungen. Alle Komponenten einer Anwendung, in TOSCA Node Templates genannt, inklusive Abhängigkeiten und Verbindungen (Relationship Templates) werden dabei innerhalb sogenannter Topology Templates dargestellt. Bisher erfolgt die Modellierung von TOSCA Topologien ausschließlich in XML oder YAML, aber in einer objektorientierten Programmiersprache wie Java ist dies bislang nicht möglich. In dieser Arbeit wird ein Konzept vorgestellt, das eine automatisierte Konvertierung von TOSCA Node Types und Relationship Types in die Programmiersprache Java beschreibt. Diese Umwandlung findet im sogenannten „TOSCA2JAVA-Transformator“ statt, der im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurde. Er bildet damit die Grundlage für eine zukünftige Kreierung und Konfiguration von TOSCA Topologien in der objektorientierten Umgebung von Java.Item Open Access Reconstruction of μXRCT data sets using the ASTRA toolbox(2020) Voland, PaulItem Open Access Modeling of evaporation-driven multiple salt precipitation in porous media with a real field application(2020) Mejri, Emna; Helmig, Rainer; Bouhlila, RachidaSoil and groundwater salinization are very important environmental issues of global concern. They threaten mainly the arid and semiarid regions characterized by dry climate conditions and an increase of irrigation practices. Among these regions, the south of Tunisia is considered, on the one hand, to be a salt-affected zone facing a twofold problem: The scarcity of water resources and the degradation of their quality due to the overexploitation of the aquifers for irrigation needs. On the other hand, this Tunisian landform is the only adequate area for planting date palm trees which provide the country with the first and most important exportation product. In order to maintain the existence of these oases and develop the date production, a good understanding of the salinization problem threatening this region, and the ability to predict its distribution and evolution, should not be underestimated. The work presented in this paper deals with the Oasis of Segdoud in southern Tunisia, with the objective of modeling the evaporation-driven salt precipitation processes at the soil profile scale and under real climatic conditions. The model used is based on the one developed and presented in a previous work. In order to fulfil the real field conditions, a further extension of the geochemical system of the existing model was required. The precipitated salts considered in this work were halite (NaCl), gypsum (CaSO4) and thenardite (Na2SO4). The extended model reproduces very well the same tendencies of the physico-chemical processes of the natural system in terms of the spatio-temporal distribution and evolution of the evaporation and multiple-salt precipitation. It sheds new lights on the simulation of sequences of salt precipitation in arid regions. The simulation results provide an analysis of the influence of salt precipitation on hydrodynamic properties of the porous medium (porosity and permeability). Moreover, the sensitivity analysis done here reveals the influence of the water table level on the evaporation rate.Item Open Access Mechanistic insights into the allosteric regulation of the Clr4 protein lysine methyltransferase by autoinhibition and automethylation(2020) Khella, Mina S.; Bröhm, Alexander; Weirich, Sara; Jeltsch, AlbertClr4 is a histone H3 lysine 9 methyltransferase in Schizosaccharomyces pombe that is essential for heterochromatin formation. Previous biochemical and structural studies have shown that Clr4 is in an autoinhibited state in which an autoregulatory loop (ARL) blocks the active site. Automethylation of lysine residues in the ARL relieves autoinhibition. To investigate the mechanism of Clr4 regulation by autoinhibition and automethylation, we exchanged residues in the ARL by site-directed mutagenesis leading to stimulation or inhibition of automethylation and corresponding changes in Clr4 catalytic activity. Furthermore, we demonstrate that Clr4 prefers monomethylated (H3K9me1) over unmodified (H3K9me0) histone peptide substrates, similar to related human enzymes and, accordingly, H3K9me1 is more efficient in overcoming autoinhibition. Due to enzyme activation by automethylation, we observed a sigmoidal dependence of Clr4 activity on the AdoMet concentration, with stimulation at high AdoMet levels. In contrast, an automethylation-deficient mutant showed a hyperbolic Michaelis–Menten type relationship. These data suggest that automethylation of the ARL could act as a sensor for AdoMet levels in cells and regulate the generation and maintenance of heterochromatin accordingly. This process could connect epigenome modifications with the metabolic state of cells. As other human protein lysine methyltransferases (for example, PRC2) also use automethylation/autoinhibition mechanisms, our results may provide a model to describe their regulation as well.Item Open Access Lebensdauervorhersage von Mischschweißverbindungen für Hochtemperaturbeanspruchung(Stuttgart : Materialprüfungsanstalt (MPA), Universität Stuttgart, 2020) Schleyer, Johannes Martin; Seidenfuß, Michael (apl. Prof. Dr.-Ing.)Die Nutzung erneuerbarer Energien soll langfristig die Energieerzeugung durch konventionelle, fossil befeuerte Kraftwerke ablösen. Bis zur vollständigen Realisierung dieses Ziels muss eine ausreichende Anzahl konventioneller Kraftwerke verbleiben, um Fluktuationen in Stromerzeugung und -abruf auszugleichen. Folglich wird auch für diese Kraftwerke weiterhin die Steigerung des Wirkungsgrades angestrebt, was Ausgangspunkt einiger nationaler und internationaler Forschungsinitiativen ist. In Dampfkraftwerken wird der höhere Wirkungsgrad durch eine Anhebung von Dampftemperatur und -druck bis 700 °C und 350 bar ermöglicht, was jedoch zugleich die Beanspruchung der Werkstoffe immens erhöht. Nach derzeitigem Forschungsstand kann diese nur von Nickelbasiswerkstoffen über ausreichend lange Zeiträume ertragen werden. Zugleich ist der Einsatz solcher Werkstoffe in Kraftwerkskomponenten technologisch herausfordernd und aufgrund der kostenintensiven Legierungselemente aus ökonomischer Sicht zu beschränken. Folglich sollen in den Bereichen niedrigerer Temperaturen weiterhin geeignete (u.a. 9-12%Cr-)Stähle verwendet werden, was zwangsläufig zu Mischverbindungen zwischen Nickelbasiswerkstoffen und Stählen führt. Bei der Zeitstandbeanspruchung solcher Mischverbindungen mit modernen 9-12%Cr-Stählen zeigt sich wiederkehrend ein sehr verformungsarmer Bruch entlang der Fusionslinie zum Stahl. Durch die geringe Verformung bis zum Bruch und die stark lokalisierte Porenschädigung lässt sich eine derartige Mischverbindung nur schwer überwachen und es liegt gegenwärtig kein „Leck-vor-Bruch“-Konzept vor. Insofern stellt der Fusionslinienbruch ein hohes, schwer kalkulierbares Risiko dar. Zugleich lassen sich Zeitstandversuche verschiedener Werkstoffkombinationen nicht immer zu einem gemeinsamen Erklärungsansatz harmonisieren. Dies gilt insbesondere mit Blick auf den Zusammenhang zwischen Spannung und der Wahrscheinlichkeit des Auftretens dieser Fusionslinienbrüche. Aktuelle Veröffentlichungen machen darüber hinaus deutlich, dass der umfassend erforschte Schädigungsmechanismus für solche Schweißverbindungen zwischen Nickellegierungen und 2,25%Cr-Stählen nicht unbedingt auf die Verbindungen mit 9-12%Cr-Stählen übertragbar ist. Darüber hinaus ist es bisher nicht möglich, das Auftreten der Fusionslinienbrüche befriedigend mittels Finite-Elemente-Methode zu beschreiben. Verfügbare Ansätze für artgleiche Verbindungen können Mischbrüche (Bruch zum Teil entlang der Fusionslinie und zum Teil in der Wärmeeinflusszone) allenfalls ansatzweise darstellen. Bereits für artgleiche Schweißverbindungen ist zudem keine quantitative Aussage über Bruchlage und -zeitpunkt möglich. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine Schweißverbindung der Gusswerkstoffe Alloy 625 und GX12CrMoVNbN9-1 untersucht. Neben der Charakterisierung des Zeitstandverhaltens erfolgt eine umfangreiche Untersuchung der Bruchflächen. Entsprechend noch offener Fragestellungen der bisherigen Literatur, betrachten die Untersuchungen dabei insbesondere die Mikrostruktur nahe der Fusionslinie (Fusionslinienarten, Karbide, Grenzschichtband). Die Ergebnisse werden im Kontext der Literatur und weiterer Untersuchungen an weiteren Nickelbasiswerkstoff-Stahl-Verbindungen, die an der Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart durchgeführt wurden, diskutiert. Eine hierfür erarbeitete Kategorisierung der auftretenden Bruchaussehen ermöglicht dabei zunächst eine einheitliche Bezeichnung der unterschiedlichen Bruchaussehen. Im weiteren Verlauf werden Einflussfaktoren herausgearbeitet und einige Literatur-Schlussfolgerungen erneut bewertet. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wird ein dehnungsbasiertes Versagenskriterium zur numerischen Bewertung von Schweißverbindungen unter Kriechbeanspruchung, mit besonderem Augenmerk auf Fusionslinienbrüche, vorgestellt. Das Versagenskriterium beruht auf der abhängig vom Zustand der Spannungsmehrachsigkeit berechneten Verformungsfähigkeit des Werkstoffs (Grenzdehnung) und deren Erreichen im beanspruchten Querschnitt. Es wird in seiner Eignung schrittweise erprobt, zunächst an Grundwerkstoffversuchen (einachsig und mehrachsig beansprucht), dann an artgleichen Schweißverbindungen (Zeitstandproben und Druckbehälter) und schließlich an Mischverbindungen (Stahl-Stahl, Nickelbasis-Stahl). Ergänzend wird der Einfluss einer kriechschwachen Zone an der Fusionslinie sowie der Einfluss der Festigkeit des Schweißguts auf den Fusionslinienbruch numerisch untersucht. Für eine geeignete Modellierung des Kriechverhaltens von Schweißverbindungen mittels Kriechgesetz, müssen auch für die Wärmeeinflusszonen die Materialparameter identifiziert werden. Da von diesen Zonen das Verformungsverhalten selten bekannt ist, wird auf Basis einer Datensammlung ein Ansatz zur Abschätzung des Werkstoffverhaltens über die Grundwerkstoff-Eigenschaften vorgestellt. Die vorliegende Arbeit dient damit zur Erweiterung des Kenntnisstands zum Versagensverhalten von artfremden Nickelbasiswerkstoff-Stahl-Schweißverbindungen unter Kriechbeanspruchung, auch von Gusswerkstoffen. Sie führt offene Fragestellungen fort und liefert Ansätze, bisher widersprüchliche Ergebnisse zu harmonisieren. Zudem wird ein Modellierungsvorgehen für das Kriechverhalten der Wärmeeinflusszone in Schweißverbindungen sowie ein Versagenskriterium vorgestellt, welches sich für Versuche an Grundwerkstoffen und artgleichen sowie artfremden Schweißverbindungen eignet.Item Open Access Darcy, Forchheimer, Brinkman and Richards : classical hydromechanical equations and their significance in the light of the TPM(2020) Ehlers, WolfgangIn hydromechanical applications, Darcy, Brinkman, Forchheimer and Richards equations play a central role when porous media flow under saturated and unsaturated conditions has to be investigated. While Darcy, Brinkman, Forchheimer and Richards found their equations mainly on the basis of flow observations in field and laboratory experiments, the modern Theory of Porous Media allows for a scientific view at these equations on the basis of precise continuum mechanical and thermodynamical investigations. The present article aims at commenting the classical equations and at deriving their counterparts by the use of the thermodynamical consistent Theory of Porous Media. This procedure will prove that the classical equations are valid under certain restrictions and that extended equations exist valid for arbitrary cases in their field.