Vorarlberg University of Applied Sciences
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Large deformation analysis of the inhomogeneous hyperelastic thick-walled sphere under internal/external pressure by Physics-Informed Neural Networks
Get PDFModeling the mechanical response of heterogeneous hyperelastic structural elements under complex loading conditions presents significant challenges, primarily due to nonlinear material behavior, geometric constraints, and spatially varying properties. This study introduces a novel framework based on Physics-Informed Neural Networks (PINNs) to predict the behavior of a heterogeneous neo-Hookean hyperelastic thick-walled sphere subjected simultaneously to internal and external pressures. In contrast to conventional finite element methods (FEM) which are often limited by challenges in mesh generation and high computational costs when addressing material heterogeneity the proposed PINNs approach incorporates the governing nonlinear partial differential equations, boundary conditions, and constitutive laws directly into the neural network’s loss function. Notably, the framework integrates spatial heterogeneity by embedding coordinate-dependent material parameters, such as the shear modulus, into the network architecture. Validation against analytical solutions confirms the method's high accuracy, with relative errors in displacement and stress predictions remaining below 1%. Further case studies demonstrate that radial and hoop stress distributions are significantly influenced by pressure gradients and material heterogeneity, thereby capturing localized mechanical effects. Moreover, the mesh-free nature of the PINNs method obviates the need for domain discretization, enhancing computational efficiency in parametric studies. This work bridges the gap between machine learning and continuum mechanics by providing a robust computational tool for the design of engineering systems that involve soft, heterogeneous materials; applications include biomedical implants, soft robotics, and pressurized energy storage devices. The versatility of the framework also paves the way for its extension to dynamic problems, multiphysics coupling, and the integration of experimental data
„Hey du Opfer“ Gewaltfreie Kommunikationskulturen unter Kindern und Jugendlichen im Sozialraum Schule
Get PDFSchule ist ein bedeutsamer Sozialraum, in dem soziale Interaktionen unvermeidlich sind und aus unterschiedlichen Wahrnehmungen oftmals auch Spannungen oder Konfliktsituationen entstehen können. Die Relevanz hierbei ist jedoch weniger der Konflikt selbst, sondern vielmehr der Umgang damit, da abwertende Sprache, ob bewusst oder unbewusst, tiefe Verletzungen verursachen und dabei soziale Begegnungen einschränken kann. Ziel dieser Forschung ist es herauszufinden, wie Kinder und Jugendliche miteinander interagieren und Konflikte mit vorhandenen Ressourcen überwinden. Dabei wurde erfasst, wie die Soziale Arbeit Begegnungsräume gestalten kann, um den Dialog zu fördern und Konfliktkulturen im Sozialraum Schule zu stärken. Hierzu wurden Kommunikationsprozesse analysiert, um eine Ist-Analyse der bestehenden Kommunikations- und Konfliktmuster zu erhalten und zu reflektieren. Auf dieser Grundlage sollte ermittelt werden, welche Maßnahmen und Begegnungsräume eine gewaltfreie, wertschätzende Kommunikation begünstigen und konstruktive Konfliktkulturen durch Interventionen der Sozialen Arbeit fördern können. Die Forschung wurde als qualitative Querschnittsstudie angelegt und anhand einer inhaltlich strukturierten Inhaltsanalyse nach Kuckartz & Rädiker (2024) ausgewertet. Die gewonnenen Forschungserkenntnisse sind in den theoretischen Rahmen der Sozialraumorientierung nach Wolfgang Hinte, der biopsychosozialen Bedürfnistheorie nach Obrecht sowie der Problem- und Ressourcenanalyse nach Kaspar Geiser eingebettet. Die Datenerhebung erfolgte über ein World-Café, eine Gruppendiskussion und einer teilnehmenden Beobachtung, die den Titel ‚Erzählwerkstatt‘ hatte.School is an important social space where social interactions are inevitable and where different perceptions can often lead to tensions or conflict situations. However, the relevance here is not so much the conflict itself, but rather how it is dealt with as derogatory language, whether conscious or unconscious can cause deep hurt and restrict social encounters. The aim of this research is to find out how children and young people interact with each other and overcome conflicts using existing resources. The study examined how social work can shape spaces for encounter in order to promote dialogue and strengthen cultures of conflict resolution in the social space of the school. To this end, communication processes were analyzed in order to obtain and reflect on an analysis of the current communication and conflict patterns. On this basis, the aim was to determine which measures and meeting spaces can promote non-violent, appreciative communication and foster constructive conflict cultures through social work interventions. The research was designed as a qualitative cross-sectional study and evaluated using a content-structured content analysis according to Kuckartz & Rädiker (2024). The research findings are embedded in the theoretical framework of social space orientation according to Wolfgang Hinte, the biopsychosocial needs theory according to Obrecht and the problem and resource analysis according to Kaspar Geiser. Data was collected via a World-Café, a group discussion, and participatory observation, which was titled “Storytelling Workshop.
Emotionale Offenheit in der Schulsozialarbeit
Get PDFAusgehend von der Bedeutsamkeit emotionaler Prozesse in pädagogischen Beziehungen untersucht die vorliegende Arbeit, wie Schulsozialarbeiter:innen Aspekte des Modells der Emotionalen Offenheit im Umgang mit aggressivem Verhalten von Grundschulkindern wahrnehmen und für ihr Handeln nutzbar machen. Theoretischer Rahmen bildet das Modell der Emotionalen Offenheit mit seinen verschiedenen Dimensionen der kognitiven Repräsentation von Emotionen, der Kommunikation von Emotionen, der Regulation von Emotionen, der Wahrnehmung körperlicher Emotionsindikatoren sowie den normativen Restriktionen. Ergänzend wird aggressives Verhalten von Grundschulkindern aus unterschiedlichen theoretischen Perspektiven betrachtet. Die Datenerhebung erfolgte anhand problemzentrierter Interviews, in denen Schulsozialarbeiter:innen konkrete Fallbeispiele aus ihrem Arbeitsalltag einbrachten. Die Auswertung wurde anschliessend mittels inhaltlich strukturierender qualitativer Inhaltsanalyse durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Befragten aggressives Verhalten multidimensional verstehen und Emotionen als wesentlichen Bestandteil ihres Handelns begreifen. Strategien der Emotionsregulation sowie das bewusste Benennen und Besprechen von Gefühlen nehmen dabei eine wichtige Rolle ein. Gleichzeitig wird deutlich, dass Schulsozialarbeiter:innen im Umgang mit aggressiven Grundschulkindern grossen Herausforderungen begegnen.Based on the importance of emotional processes in educational relationships, this thesis examines how school social workers perceive aspects of the model of emotional openness in dealing with aggressive behaviour in primary school children and how they use it in their work. The theoretical framework is provided by the model of Dimensions of Openness to Emotions with its various dimensions of cognitive representation of emotions, communication of emotions, regulation of emotions, perception of bodily indicators of emotions, and normative restrictions of affectivity. In addition, aggressive behaviour in primary school children is examined from different theoretical perspectives. Data was collected using problem-centred interviews in which school social workers contributed specific case studies from their everyday work. The evaluation was carried out using content-structuring qualitative content analysis. The results show that respondents understand aggressive behaviour as multidimensional and view emotions as an essential component of their actions. Strategies for regulating emotions and consciously naming and discussing feelings play an important role in this context. At the same time, it becomes evident that school social workers encounter significant challenges in their work with aggressive primary school children
Hydrate-based carbon capture via pressure swing in a packed bed of ice
Get PDFThe formation of mixed gas hydrates for pre- or post-combustion capture of carbon dioxide is considered a promising alternative to conventional carbon capture technologies. Yet, to keep up with conventional technologies or even reduce the cost of capture associated with them, a hydrate-based technology must have (1) a short induction time, (2) fast formation kinetics, and (3) moderate process conditions. To date, these requirements can only be met by adding promoters to the system, which comes at its own cost and disadvantages. Here, we show that the requirements can also be met without promoters by forming mixed gas hydrates in a packed bed of ice stabilized by fumed silica. While the high specific surface area of the packed bed warrants short induction times and fast kinetics, low temperatures ensure both moderate formation pressures and a high CO2 selectivity. The favorable properties can be maintained and even improved upon over many capture/regeneration cycles when operated at temperatures lower than 253 K, as this ensures a continuous formation of pores in the ice. We demonstrate the advantages of this route for carbon capture on a bench scale through batch, semi-batch, and continuous experiments. In semi-batch operation at 233 K and 40 bar, the mole fraction of CO2 in a synthetic flue gas is reduced from 15 mol% to 2.5 mol%. At the same thermodynamic conditions, a split fraction of 70% and a specific energy consumption below 3.0 GJ/tCO2 are achieved in continuous operation. The inherent advantages and simplicity of this process, a specific energy consumption comparable with the state of the art even though entirely based on the bench-scale experiment, as well as environmental harmlessness, emphasize the potential of this hydrate-based process to meet the demands of the industry at a minimal cost of capture
Rationalität im Controlling zwischen Theorie und Praxis
Get PDFKognitive Verzerrungen beeinflussen Entscheidungen in Unternehmen auf subtile, aber tiefgreifende Weise und können zu wenig erfolgreichen Investitionen und suboptimalen Ergebnissen führen. Diese Masterarbeit untersucht die Rolle des Controllings in ihrer rationalitätssichernden Funktion bei Investitionsentscheidungen und analysiert, inwiefern kognitive Verzerrungen in der Praxis erkannt und adressiert werden. Im Fokus stehen dabei die Verbreitung von Bewusstsein über Biases, die Anwendung von Debiasing-Strategien sowie Einflussfaktoren aus der Sphäre der Unternehmen. Auf Basis qualitativer Interviews zeigt die Arbeit, dass kognitive Verzerrungen und entsprechende Gegenmaßnahmen in vielen Unternehmen kaum explizit thematisiert werden. Dies liegt vor allem an mangelnder Fehlerkultur, fehlenden Ressourcen und unzureichender Sensibilisierung. Das Controlling wird zwar häufig als Business Partner betrachtet, bleibt in der Praxis jedoch oft von der finalen Entscheidungsfindung ausgeschlossen. Entscheidungen werden oftmals von der Unternehmensleitung allein getroffen. Zudem zeigt sich, dass qualitative Aspekte häufig gegenüber rechnerischen Methoden übergewichtet werden. Die Arbeit empfiehlt unter anderem die systematische Einführung von Debiasing-Methoden, die Sensibilisierung der ControllerInnen und ManagerInnen durch Schulungen sowie die Stärkung der Rolle des Controllings als neutrale, rationalitätsfördernde Instanz. Dies mag in einigen Unternehmen einen Wandel in der Unternehmenskultur mit sich bringen, ist aber unabdingbar, um Entscheidungsprozesse zu professionalisieren und rationalere Investitionsentscheidungen erreichen.Cognitive biases subtly yet profoundly influence decision-making in companies, often leading to unsuccessful investments. This master’s thesis examines the role of controlling in ensuring the rationality of investment decisions and analyzes the extent to which cognitive biases are recognized and addressed in practice. The focus lies on raising awareness of biases, applying debiasing strategies, and exploring contributing factors within corporate. Based on qualitative interviews, the study reveals that cognitive biases and corresponding countermeasures are rarely explicitly addressed in many organizations. This is primarily due to a lack of error culture, insufficient resources, and inadequate awareness. While controlling is often viewed as a business partner, it is frequently excluded from final decision-making in practice. Decisions are often made solely by company management. Furthermore, qualitative aspects are frequently prioritized over quantitative methods. The study recommends the systematic introduction of debiasing methods, training programs to raise awareness among controllers and managers, and strengthening the role of controlling as a neutral, rationality-promoting authority. While these measures may require a cultural shift in some companies, they are essential for professionalizing decision-making processes and achieving more rational investment decisions
Antriebskonzepte und Einsparpotentiale durch regenerative Bremssysteme bei Traktoren
Get PDFDie vorliegende Arbeit untersucht das Energieeinsparpotential im Güterverkehr durch elektrisch unterstützte Dieseltraktoren, mit besonderem Fokus auf Strecken mit Gefälle. Hintergrund sind die drängenden Herausforderungen des Klimawandels und die vorgegebenen Klimaziele, wie die Reduktion der Treibhausgasemissionen gemäß des Pariser Klimaabkommens. Der Verkehrssektor, der in Österreich für 28,3 % der CO₂-Emissionen verantwortlich ist, bleibt weiterhin stark von fossilen Energieträgern abhängig. Insbesondere im Güterverkehr fehlen umsetzbare Ansätze für emissionsarme Antriebe bei Nutzfahrzeugen und forstwirtschaftlichen Traktoren. Erste Pilotprojekte durch elektrische Minentrucks zeigen, dass eine optimale Nutzung der potenziellen Energie nicht nur Emissionen reduziert, sondern auch Energie einspart. Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines energieeffizienten Antriebskonzepts für bestehende Traktoren, das regenerative Bremssysteme nutzt, um Energiepotentiale während der Talfahrt zu nutzen. Zur Bewertung verschiedener Antriebskonzepte werden Literaturrecherchen, Expertengespräche und eine qualitative Bewertungsmatrix eingesetzt. Dabei werden Kriterien wie Effizienz, Skalierbarkeit und Problematik berücksichtigt. Des Weiteren wird im Rahmen einer Leistungs- und Energiebilanz ein Fahrzyklus für eine vorgegebene Fahrstrecke modelliert, der Roll-, Luft- und Steigungswiderstände sowie mechanische Verluste berücksichtigt. Um eine allgemeine Aussage zur Autarkie einer Berg- und Talfahrt treffen zu können, wird das Verhältnis von Zuladung zur Steigung ermittelt, bei welcher keine zusätzliche Energie für einen Fahrzyklus benötigt wird. Hierzu wird ein methodischer Ansatz gewählt, der theoretische Modelle mit experimentellen Messungen kombiniert. Die Ergebnisse zeigen, dass das Konzept des hybriden Zapfwellenantriebs am besten bewertet wurde. Mit diesem System kann bei regulären Traktoren mit Anhänger ein Autarkiegrad von über 54 % bei mittleren Straßensteigungen von 8,6 % erreicht werden, wenn durch eine Zuladung die doppelte Masse während der Talfahrt gegeben ist. Durch Optimierungen wie die Reduktion mechanischer Verluste und verbesserte Rollwiderstandsbeiwerte, kann die energetische Autarkie eines Fahrzyklus weiter gesteigert werden. Die Modellierung zeigt, dass bei optimierten Bedingungen sowie einer Steigung von 8,6 % bereits eine Zuladung von etwa 80 % des Eigengewichts ausreicht, um einen vollständigen Fahrzyklus ohne zusätzliche Energiezufuhr absolvieren zu können. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass hybride Antriebskonzepte eine vielversprechende Lösung für den energieeffizienten sowie emissionsarmen Betrieb von Traktoren darstellen.This study examines the energy-saving potential in freight transport through electrically assisted diesel tractors, with a particular focus on routes with gradients. The background includes the pressing challenges of climate change and the stipulated climate goals, such as reducing greenhouse gas emissions in line with the Paris Agreement. The transport sector, which accounts for 28.3% of CO₂ emissions in Austria, remains heavily reliant on fossil fuels. Especially in freight transport, there is a lack of feasible approaches for low-emission drive systems in utility vehicles and forestry tractors. Initial pilot projects with electric mining trucks demonstrate that optimal utilization of potential energy not only reduces emissions but also saves energy. The study focuses on developing an energy-efficient drive concept for existing tractors that utilize regenerative braking systems to harness energy potential during downhill travel. Various drive concepts are evaluated through literature reviews, expert interviews, and a qualitative evaluation matrix, considering criteria such as efficiency, scalability, and challenges. Additionally, a performance and energy balance model are created for a defined driving cycle, incorporating factors such as rolling-, air-, and gradient resistances, as well as mechanical losses. To provide a general statement on the self-sufficiency of uphill and downhill cycles, the ratio of payload to gradient is determined, where no additional energy is required for a complete driving cycle. A methodological approach combining theoretical models with experimental measurements is applied. The results indicate that the concept of the hybrid power take-off shaft drive received the best evaluation. With this system, a degree of autonomy of over 54% can be achieved for conventional tractors with trailers on moderate road gradients of 8.6%, provided that the load during the downhill drive is doubled. Optimizations such as reducing mechanical losses and improving rolling resistance coefficients can further enhance the energy self-sufficiency of a driving cycle. The modeling demonstrates that under optimized conditions and a gradient of 8,6 %, a payload of approximately 80 % of the tractor's own weight is sufficient to complete a full driving cycle without additional energy input. These findings highlight that hybrid drive concepts represent a promising solution for the energy-efficient and low-emission operation of tractors
Determinanten des Marktwerts im Frauenfußball
Get PDFDie Marktwertbewertung von Spielerinnen im Frauenfußball gewinnt im Zuge der fortschreitenden Professionalisierung zunehmend an Bedeutung. Diese Masterarbeit untersucht, welche Faktoren die Einschätzung des Marktwerts weiblicher Fußballspielerinnen prägen und inwieweit diese Einschätzungen länderspezifisch variieren sowie sich vom etablierten Vorgehen im Männerfußball unterscheiden. Theoretisch wird die Arbeit durch Ansätze der Humankapitalbewertung gerahmt. Zur Beantwortung der Forschungsfragen wurde ein qualitativer Ansatz gewählt. Mittels semi-strukturierter Interviews wurden zehn Expert:innen aus unterschiedlichen Funktionsbereichen professioneller Frauenfußballvereine in Deutschland, Österreich und der Schweiz befragt. Die Auswertung erfolgte mithilfe der qualitativen Inhaltsanalyse nach Mayring. Die Ergebnisse zeigen, dass Marktwerte im Frauenfußball vor allem auf Erfahrungswerten, informellen Einschätzungen und medienbasierten Einflussfaktoren beruhen. Standardisierte Bewertungsmodelle fehlen weitgehend, wodurch eine hohe Subjektivität entsteht. Im Vergleich zum Männerfußball ist die ökonomische Relevanz des Marktwertbegriffs geringer ausgeprägt; länderspezifisch zeigen sich zudem Unterschiede im Professionalisierungsgrad. Eine direkte Übertragung bestehender Humankapitalmodelle ist aufgrund struktureller Datenlücken aktuell nicht möglich. Die Arbeit liefert einen praxisnahen Überblick über bestehende Bewertungslogiken im Frauenfußball, identifiziert strukturelle Herausforderungen und formuliert gezielte Impulse für zukünftige Forschung und modellgestützte Bewertungssysteme
STEAM-workshops for primary schools
No full textIn this paper we present our latest educational initiatives using the Photonics Explorer learning kit. This kit was developed as a "lab-in-a-box," to engage, excite and educate secondary school students about optics and photonics. While designed for secondary education, the experiments and activities in the kit are versatile and can also be effectively applied to teaching even younger children in primary schools. As part of the Austrian project MINKT@FHV, we organized two workshops, one at the Vorarlberg University of Applied Sciences in Dornbirn and another one directly at the primary school. Each of the workshops included two participating classes, in total around 35 children aged ten. We carefully curated a variety of hands-on experiments, interactive activities, and educational videos to explain how modern optical communication works. These practical activities were designed to make complex scientific principles more accessible and understandable for such a young audience. The workshops received an overwhelmingly positive response from both the children and their teachers. The children were enthusiastic about engaging with the hands-on experiments and demonstrations, asking insightful questions and showing a genuine curiosity about the science behind the activities. Teachers were equally impressed by the effectiveness of the Photonics Explorer learning kit in sparking interest in science, as well as its ability to simplify complex topics in a fun and approachable way
