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 Artur Fischer. Reden beim Symposium aus Anlaß der Verleihung der Ehrendoktorwürde (Dr.-Ing. E. h.) an Senator E. h. Prof. Dr. phil. h. c. Artur Fischer durch die Universität Stuttgart am 9. Dezember 1994(1995) Fritsch, Dieter; Häußer, Erich; Eligehausen, Rolf; Sippel, Thomas; Reinhardt, Hans-Wolf; Kröplin, Bernd-Helmut; Ziegler, Heide; Fischer, Artur; Hering, JürgenDie Verleihung der Würde eines Dr.-Ing. Ehren halber (E. h.) an Herrn Senator E. h. Prof. Dr. phil. h. c. Artur Fischer fand am 9. Dezember 1994 im Rahmen eines Symposiums statt. Das Symposium sollte einerseits Anlaß sein, die speziellen Verdienste von Herrn Prof. Fischer zu würdigen, und andererseits Gelegenheit bieten, einige mehr technisch-wissenschaftliche Ausführungen zur modernen Befestigungstechik zu geben und mehr unternehmenspolitisch-wirtschaftlich auf das Patentwesen in Deutschland einzugehen. Namhafte Referenten haben zu den zwei letztgenannten Punkten Stellunggenommen: Der Präsident des Deutschen Patentamts, Herr Prof. Dr. E. Häußer, München, und dereinzige Professor für Befestigungstechnik, Herr Prof. Dr.-Ing. R. Eligehausen, Stuttgart. Der Vorschlag zur Verleihung der Ehrendoktorwürde kam von der Fakultät 2 Bauingenieur- und Vermessungswesen, hauptsächlich in Würdigung Prof. Fischers Verdienste um die Befestigungstechnik. Die Fakultät 9 Luft- und Raumfahrttechnik hat den Vorschlag ausdrücklich unterstützt, um Prof. Fischers Freude und Engagement bei der Entwicklung leichter solarenergiegesteuerter und -getriebener Flugkörper zu unterstreichen. Der Senat hat in seiner Sitzungvom 13. Juli 1994 einstimmig beschlossen, die Ehrendoktorwürde an Herrn Prof. Fischer zu verleihen. Die Urkunde wurde im Rahmen des oben genannten Symposiums von Magnifizenz Frau Prof. Dr. phil. habil. H. Ziegler überreicht. Der vorliegende Band der „Reden und Aufsätze“ der Universität Stuttgart enthält die Grußworte desDekans der Fakultät Bauingenieur- und Vermessungswesen, Herrn Prof. Fritsch, die Beiträge von Herrn Prof. Häußer und Herrn Prof. Eligehausen, die Laudationes aus den Fakultäten 2 und 9 von Herrn Prof. Reinhardt und Herrn Prof. Kröplin, die Worte der Rektorin und das Dankwort von Herrn Prof. Fischer. Die Universität Stuttgart möchte mit der Herausgabe dieses Bandes ihre Wertschätzungvon Herrn Prof. Fischer zum Ausdruck bringen und einem großen Leserkreis mitteilen.Item Open Access Dissertationen und Habilitationsschriften der Universität Stuttgart 2007/1, Januar - Juni 2007(Stuttgart : Universitätsbibliothek, 2007)Item Open Access Dissertationen und Habilitationsschriften der Universität Stuttgart 2007/2, Juli - Dezember 2007(Stuttgart : Universitätsbibliothek, 2008)Item Open Access 3D CFD Simulation von Turboladern innerhalb einer Motorumgebung(2014) Boose, Benjamin; Bargende, Michael (Prof. Dr.)Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird das Verhalten mehrflutiger Abgasturbolader innerhalb einer Motorumgebung mit pulsierenden Randbedingungen in verschiedenen Motorbetriebspunkten mittels eines CFD Ansatzes untersucht. Dazu wird ein vollständiges dreidimensionales Strömungsmodell eines asymmetrischen Zwillingsstromturboladers aufgebaut, beginnend bei den Abgaskrümmern über die Turbinen- und Verdichtergehäuse inklusive der kompletten Laufräder bis hin zum Vorkatalysator. Die Eintrittsrandbedingungen für die Abgaskrümmer bestehend aus zeitabhängigem Massenfluss und Temperatur für zwei Motorbetriebspunkte bei hoher und niedriger Drehzahl werden von einem eindimensionalen Strömungsmodell des gesamten Motors generiert. Die Turbinen- und Verdichterseite des Modells sind durch ein Momentengleichgewicht gekoppelt und die aktuelle Turboladerdrehzahl wird für jeden Zeitschritt berechnet. Aus diesem Grund werden für die Analyse des Turboladers weder Turbinen- noch Verdichterkennfelder benötigt. Um die Rotation der Laufräder zu modellieren, wird ein Ansatz mit explizit bewegten Gittern verwendet und die Laufradgitter werden vor jedem Zeitschritt mittels eines Gitterinterfaces an die stationären Gehäuse gekoppelt. Als Ergebnisse des Modells werden verschiedene zeitaufgelöste physikalische Größen sowie Wellenleistung und Laderdrehzahl ausgewiesen. Auf Grund der pulsierenden Druckrandbedingung ist es ebenfalls möglich, die instationären Effekte wie Befüllen und Entleeren der Turbine zu untersuchen. Darüberhinaus ist das Modell dieser Forschungsarbeit in der Lage sowohl den instationären Wirkungsgrad unter Druckpulsationen als auch die Überströmverluste, welche durch die unterschiedlichen Druckniveaus der Fluten bei pulsierender Beaufschlagung entstehen, zu analysieren. Um diese Verluste zu quantifizieren, werden neue Kennzahlen eingeführt. Auf Basis der asymmetrischen Zwillingsstromturbine wird eine Doppelstromturbine und eine symmetrische Zwillingsstromturbine mit dem selben Volumen konstruiert. Es werden identische Randbedingungen und die gleichen Laufräder für die Analyse der beiden neuen Varianten verwendet. Diese Turbinenlayouts werden mit dem Ausgangsmodell bezüglich Laderdrehzahl, Wellenleistung und instationärem Wirkungsgrad verglichen. Mit Hilfe neu eingeführter Kennzahlen ist ein Vergleich der Überströmverluste innerhalb der Turbine und des daraus folgenden Rückströmens in den Abgaskrümmer möglich. Das Rückströmen führt zu einem erhöhten Abgasgegendruck und beeinflusst den Ladungswechsel des Zylinders.Item Open Access Dissertationen und Habilitationsschriften der Universität Stuttgart 2018/2, Juli - Dezember 2018(Stuttgart : Universitätsbibliothek, 2019)Item Open Access Interkommunale Gewerbegebiete : eine Dokumentation von Fallbeispielen(1999) Kahnert, Rainer; Rudowsky, Katrin-Item Open Access Item Open Access Inverse fuzzy arithmetic for the quality assessment of substructured models(2015) Iroz, Igor; Carvajal, Sergio; Hanss, Michael; Eberhard, PeterThe dynamical analysis of complex structures often suffers from large computational efforts, so that the application of substructuring methods has gained increasing importance in the last years. Substructuring enables dividing large finite element models and reducing the resulting multiple bodies, yielding a reduction of, in this case, complex eigenvalue calculation time. This method is used to predict the appearance of friction-induced vibrations such as squeal in brake systems. Since the method is very sensitive to changes in parameter values, uncertainties influencing the results are included and identified. As uncertain parameters, standard coupling elements are considered and modeled by so-called fuzzy numbers, which are particularly well suited to represent epis- temic uncertainties of modeled physical phenomena. The influence of these uncertainties is transferred to undamped and damped eigenfrequencies of a substructured model by means of direct fuzzy analyses. An inverse fuzzy arithmetical approach is applied to identify the uncertain parameters that optimally cover the undamped reference eigenfrequencies of a non-substructured, full model. If a validity criteria is defined, a positive decision in favor of the most adequate model can be performed.Item Open Access Miscibility, viscoelastic reinforcement, and transport properties of blend membranes based on sulfonated poly(phenylene sulfone)s(2021) Saatkamp, Torben; Maier, Joachim (Prof. Dr.)Chemical energy that hydrogen may generate during combustion and the corresponding electrical energy are interconvertible by means of a fuel cell (FC) and by the electrolysis of water (WE), which allows for the utilization of the complementary nature of these two key energy vectors towards energy sustainability. A proton exchange membrane (PEM) made from an ionomer is commonly employed as the electrolyte in mobile fuel cell applications and in water electrolyzers that require dynamic operability and pressurized product gases. New PEM materials are needed to increase performance, reduce environmental impact, and allow for a more targeted design of PEMFC and PEMWE systems, all of which is in some way limited by the use of the established perfluorosulfonic acid (PFSA) type ionomers. This work’s focus lies on sulfonated poly(phenylene sulfone)s (sPPS), a unique group of fluorine-free cation conducting ionomers. They are unique in terms of their chemical stability and transport properties, however, typical in terms of their salt-like brittleness in the dry state and extensive swelling at high humidity and in water. To make the unique properties of sPPS available in application, the goal of this work is to take a comprehensive approach to their viscoelastic reinforcement. Therefore, the structure of this thesis entails three related aspects along the process from pure materials to the optimization of robust PEMs for application. The first chapter focuses on the optimization of the intrinsic viscoelastic properties of a particularly suited sPPS (termed S360, with IEC 2.78 meq g-1, EW 360 g mol-1) which lays the groundwork for reliable and systematic further development. To achieve this, relevant properties of S360 are first characterized and viscoelastic shortcomings as seen in water uptake measurements and tensile tests under dry conditions (≤ 30% relative humidity, RH) discussed. The step-growth polymerization of S360 is optimized after finding significant inorganic contamination retained in the established purification process of the widely used monomer sulfonated difluorodiphenyl sulfone (sDFDPS), allowing for the preparation of the ionomer in reproducible high molecular weight. Relevant properties of high molecular weight S360 are characterized and an enhancement of mechanical properties at 30% RH as well as when submerged in water is found. Access to reproducible high quality of S360 enables its first-time use and study as a PEM in a completely fluorine-free WE cell. At 80 °C, record performance amongst fluorine free electrolytes in PEMWEs of 3.48 A cm-2 at 1.8 V is achieved, showcasing the potential of sPPS for application. The second chapter entails the identification and better understanding of a suitable and versatile reinforcement concept for creating robust membranes based on sPPS. To achieve this, the established homogeneously miscible acid-base polymer blends of sulfonated ionomers with poly(benzimidazole) (PBI, and its derivatives PBIO and PBIOO) are discussed in-depth and chosen for later systematic optimization in combination with sPPS. Since the origin of miscibility in PBI blends with sulfonated ionomers is insufficiently described in literature and could facilitate targeted design of new blend components, a model acid-base polymer blend system comprising pyridine-functionalized poly(sulfone) (PSU) is created. Pyridine groups of different basicity tethered to PSU in varying concentration are used to investigate the effect that interpolymer acid-base interaction strength and concentration have on miscibility in blends with 80 wt% S360, as derived from the blend membranes’ cross-sectional SEMs. High mutual compatibility is achieved at high concentration of weak interpolymer interaction, which is interpreted with regards to the observed miscibility in PBI blends. Based on the derived role that hydrogen bonds may play in PBI blends, the difference of interpolymer interaction in solution (during membrane formation) and in the dry membrane is described. This could enable the development of new blend concepts in the future. An exemplary miscible blend that comprises interpolymer hydrogen bonds only in solution but not in the final membrane is shown. The third chapter describes the optimization and balance of properties in the previously described polymer blends with PBIO, following the goal to prepare membranes which can be evaluated in fuel cells and fabricated on a wider scale in order to bring the attractive properties of sPPS into application. To achieve this, S360-blend membranes of varying PBIO content are characterized with regard to conductivity and mechanical properties in various conditions. High mechanical robustness is achieved in S360 blends with 30 wt% PBIO but is accompanied by dramatic reduction of conductivity, due to the charge-consuming acid-base interaction. The findings are translated into blends with fully sulfonated sPPS (termed S220, with IEC 4.54 meq g-1, EW 220 g mol-1) which allows for the creation of membranes that combine mechanical toughness with high conductivity at a ratio of 25 wt% PBIO in S220, making the material suited for production on a commercial casting line and fuel cell testing. Membranes based on S360 that comprise 15 wt% PBIO are designated for further studies in PEMWEs, where membrane requirements differ significantly from that in PEMFCs, highlighting the versatility of the reinforcement approach chosen in this work. Finally, first fuel cell tests of thin spray coated PBIO blend membranes are conducted, and initial durability testing of sPPS-based membranes in fuel cells is possible. Overall, the results presented in this work are strongly interrelated which underlines the importance of comprehensiveness in the successful viscoelastic reinforcement of sulfonated poly(phenylene sulfone)s. Ultimately, the blend membranes resulting from this work can be used as a platform for further development of sPPS-based PEMs in the future.