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Beschichtung von Kohlenstofffaserbündeln und -geweben mittels Atomlagenabscheidung
Get PDFIn dieser Arbeit wird die Atomlagenabscheidung (ALD) zur Beschichtung von Kohlenstofffasern verwendet. Dabei werden zwei neuartige Titan-haltige Beschichtungen erzeugt und untersucht, sowie der Aluminiumoxid-ALD-Prozess auf Kohlenstofffasergewebe übertragen. Die erhaltenen Beschichtungen sollen in weiterführenden Arbeiten als mechanisch schwache Beschichtungen oder Oxidationsschutzschichten in faserverstärkten Keramiken eingesetzt werden.
Im ersten Teil der Arbeit wird der TiO2-ALD-Prozess mit den Precursoren TiCl4 und H2O als Basis für die Herstellung von organisch-anorganischen Hybridmaterialsschichten verwendet. Dazu wird Furfurylalkohol in einer sequenziellen Pulsfolge entweder nur mit TiCl4 oder mit TiCl4 und H2O eingesetzt. Dabei entstehen dünne Schichten im Nanometerbereich deren Wachstum und chemische Zusammensetzung eingehend untersucht werden. Auf Grundlage der Ergebnisse wird ein möglicher Mechanismus für das Wachstum diskutiert. Die Beschichtungen werden weiterhin auf Polymerfolien aufgebracht und mechanischen Tests unterzogen. Diese zeigen, dass die Schichten leichter verformbar sind als reines Titanoxid.
Des Weiteren wird ein neuartiger Prozess zur Herstellung von Titanphosphatbeschichtungen mittels der Atomlagenabscheidung vorgestellt. Dabei nimmt die Schichtdicke linear mit der Anzahl der Zyklen zu und die Reaktionen der Precursoren sind selbstlimitierend. Weiterhin wird die chemische Zusammensetzung der Beschichtung und deren Temperaturstabilität eingehend untersucht. Mittels thermogravimetrischer Analyse wird gezeigt, dass diese Schichten die Oxidationstemperatur von Kohlenstofffasern an Luft erhöhen.
Im letzten Teil der Arbeit soll untersucht werden, ob der ALD-Prozess geeignet ist, geometrisch komplexe Kohlenstofffasergewebe gleichmäßig zu beschichten. Dazu wird Al2O3 auf Kohlenstofffasergeweben verschiedener Größen abgeschieden und die resultierende Schichtdicke an verschiedenen Stellen der Gewebe untersucht. Weiterhin wird mittels verschiedenen Mikroskopiemethoden überprüft, ob Defekte in der Beschichtung vorliegen
Draft design of an elastomer spring-/damper element with adjustable spring stiffness for a tunable resonator
Get PDFThe presentation describes the development and design of a spring & damper element in ring form made of elastomer. It was developed to protect sensitive equipment against high dynamic random loads by assuring supercritical dynamic operation of the resonator symmetrically built with help of two of these bearing elements.
The special feature of this elastomer bushing is that its spring stiffness can be
adjusted by simple means: One ring element is made of 12 segments, so that by
changing the number of segments used its spring stiffness can be coarsely adjusted. A fine tuning can then be undertaken by preloading the elastomer elements within the bushing. In total, the axial as well as the radial spring stiffness can be synchronously adjusted by a factor of eight.
Furthermore, it is being described how a similar axial and radial stiffness was
obtained by using the parameter optimizer of the commercial FEM software Creo
Simulate. In addition, Geometric nonlinear analyses have been undertaken to
compute the effect of elastomer deformation by preloads on the stiffness of the
spring/damper element. Finally, the obtained field of characteristic spring stiffness curves of the bushing is shown.Die Präsentation beschreibt die Entwicklung und den konstruktiven Aufbau eines
ringförmigen Feder-/Dämpferelementes aus einem Elastomer. Es wurde entwickelt, um empfindliche Ausrüstung gegen hohe dynamische Random-Lasten zu schützen.
Dazu wird der Resonator, der symmetrisch mit Hilfe zweier dieser Elemente gebildet wird, dynamisch überkritisch betrieben.
Das besondere dieses Elastomerlagers ist, dass seine Federsteifigkeit einfach
eingestellt bzw. justiert werden kann. Ein Ringelement besteht aus 12
Einzelsegmenten; durch unterschiedliche Bestückung kann die Federsteifigkeit grob voreingestellt werden. Die Feineinstellung auf eine bestimmte Ziel-Eigenfrequenz wird durch Vorspannung der einzelnen Elastomersegmente erreicht. Insgesamt kann dadurch die Federsteifigkeit sowohl in axialer als auch in radialer Richtung synchron um den Faktor 8 eingestellt werden.
Darüber hinaus wird beschrieben, wie man eine identische Axial- und Radialsteifigkeit des Elastomerelementes durch Verwendung des Parameteroptimierers der kommerziellen FEM-Software Creo Simulate erhalten hat.
Weiterhin werden nichtlineare Analysen vorgestellt, um den Einfluss der durch
mechanische Vorspannung erzeugten Elastomerdeformation auf die Federsteifigkeit zu bestimmen. Abschließend wird das erhaltene Kennlinienfeld für die Federsteifigkeit des Lagers vorgestellt
Influence of Austenite Grain Size on Mechanical Properties after Quench and Partitioning Treatment of a 42SiCr Steel
Get PDFThis paper examines how the initial austenite grain size in quench and partitioning (Q-P) processes influences the final mechanical properties of Q-P steels. Differences in austenite grain size distribution may result, for example, from uneven heating rates of semi-finished products prior to a forging process. In order to quantify this influence, a carefully defined heat treatment of a cylindrical specimen made of the Q-P-capable 42SiCr steel was performed in a dilatometer. Different austenite grain sizes were adjusted by a pre-treatment before the actual Q-P process. The resulting mechanical properties were determined using the upsetting test and the corresponding microstructures were analyzed by scanning electron microscopy (SEM). These investigations show that a larger austenite grain size prior to Q-P processing leads to a slightly lower strength as well as to a coarser martensitic microstructure in the Q-P-treated material
Functionally Graded SS 316L to Ni-Based Structures Produced by 3D Plasma Metal Deposition
Get PDFIn this investigation, the fabrication of functionally graded structures of SS316L to Ni-based alloys were studied, using the novel technique 3D plasma metal deposition. Two Ni-based alloys were used, a heat resistance alloy Ni80-20 and the solid-solution strengthened Ni625. Different configurations were analyzed, for the Ni80-20 a hard transition and a smooth transition with a region of 50% SS316L/50% Ni80-20. Regarding the structures with Ni625, a smooth transition configuration and variations in the heat input were applied. The effect of the process parameters on the geometry of the structures and the microstructures was studied. Microstructure examinations were carried out using optical and scanning electron microscopy. In addition, microhardness analysis were made on the interfaces. In general, the smooth transition of both systems showed a gradual change in the properties. The microstructural results for the SS316L (both systems) showed an austenite matrix with δ-phase. For the mixed zone and the Ni80-20 an austenite (γ) matrix with some M7C3 precipitates and laves phase were recognized. The as-built Ni625 microstructure was composed of an austenite (γ) matrix with secondary phases laves and δ-Ni3Nb, and precipitates M7C3. The mixed zone exhibited the same phases but with changes in the morphology
Effective Speech Features for Cognitive Load Assessment: Classification and Regression
Get PDFThis thesis is about the effectiveness of speech features for cognitive load assessment, with particular attention being paid to new perspectives of this research area. A new cognitive load database, called CoLoSS, is introduced containing speech recordings of users who performed a learning task. Various acoustic features from different categories including prosody, voice quality, and spectrum are investigated in terms of their relevance. Moreover, Teager energy parameters, which have proven highly successful in stress detection, are introduced for cognitive load assessment and it is demonstrated how automatic speech recognition technology can be used to extract potential indicators.
The suitability of the extracted features is systematically evaluated by recognition experiments with speaker-independent systems designed for discriminating between three levels of load. Additionally, a novel approach to speech-based cognitive load modelling is introduced, whereby the load is represented as a continuous quantity and its prediction can thus be regarded as a regression problem.Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der automatischen Erkennung von kognitiver Belastung auf Basis menschlicher Sprachmerkmale. Der Schwerpunkt liegt auf der Effektivität von akustischen Parametern, wobei die aktuelle Forschung auf diesem Gebiet um neuartige Ansätze erweitert wird. Hierzu wird ein neuer Datensatz – als CoLoSS bezeichnet – vorgestellt, welcher Sprachaufzeichnungen von Nutzern enthält und speziell auf Lernprozesse fokussiert. Zahlreiche Parameter der Prosodie, Stimmqualität und des Spektrums werden im Hinblick auf deren Relevanz analysiert. Darüber hinaus werden die Eigenschaften des Teager Energy Operators, welche typischerweise bei der Stressdetektion Verwendung finden, im Rahmen dieser Arbeit berücksichtigt. Ebenso wird gezeigt, wie automatische Spracherkennungssysteme genutzt werden können, um potenzielle Indikatoren zu extrahieren.
Die Eignung der extrahierten Merkmale wird systematisch evaluiert. Dabei kommen sprecherunabhängige Klassifikationssysteme zur Unterscheidung von drei Belastungsstufen zum Einsatz. Zusätzlich wird ein neuartiger Ansatz zur sprachbasierten Modellierung der kognitiven Belastung vorgestellt, bei dem die Belastung eine kontinuierliche Größe darstellt und eine Vorhersage folglich als ein Regressionsproblem betrachtet werden kann
Adjusting Sample Sizes for Different Categories of Embodied Cognition Research
Get PDFIntroduction
Research in the field of embodied cognition is occupied with a variety of research questions stemming from the idea that cognition is deeply connected with bodily aspects such as perception and action (Barsalou, 1999, 2008). However, some embodiment studies have been identified to exhibit problems such as non-replicable results (Lakens, 2014). With this article, we wish to accomplish three aims: exemplifying ways of categorizing embodied cognition research in an informative manner; providing guidelines on how to identify problematic study designs; suggesting solutions for potentially problematic designs.
Within the field of embodied cognition, several aspects are investigated as outlined by Wilson (2002). One example for embodiment mentioned by Wilson (2002) is gesturing (for an overview on gesturing, see Hostetter and Alibali, 2008). Embodied cognition theory can be used to analyze the relation between gestures and mental processes (e.g., Hostetter and Alibali, 2008). Furthermore, there is a debate around the question whether language and meaning are grounded in perceptual contents experienced through the body (e.g., Borghi et al., 2004; for an overview on grounded cognition, see Barsalou, 2010). Besides research on cognition, principles of embodied cognition have been applied to fields such as social psychology (see Meier et al., 2012, for an overview) and educational psychology (see Paas and Sweller, 2012, for an overview). For instance, research on embodiment in the context of social cognition has provided evidence for the claim that bodily sensations such as weight can alter judgments on importance (e.g., Ackerman et al., 2010). In educational psychology, one application of embodiment theory is the design of interactive learning environments (e.g., Johnson-Glenberg et al., 2014).
In response to the current replication crisis in psychology (for discussions, see Pashler and Wagenmakers, 2012; Maxwell et al., 2015), several solutions have been proposed to improve the quality of psychological research (e.g., Chambers, 2013; Simons, 2014; LeBel, 2015; for overviews, see Ferguson, 2015; Zwaan et al., 2017). Benjamin et al. (2018) argue for a change of the standard 0.05 alpha level and instead support to lower the default alpha value for novel findings in the field of psychology to 0.005. Importantly, the sample size and power of studies have been described as pivotal contributors to replicable results (Fraley and Vazire, 2014).
Multiple types of embodied cognition research are facing the problem of delivering non-replicable results as discussed in the literature (e.g., Rabelo et al., 2015). Perugini et al. (2014) present a method for the calculation of sample sizes for replication studies and confirmatory research that takes into account that observed effect sizes may be inaccurate estimates. They suggest to conduct sample size calculations using an effect size that is based on the lower bounds of the confidence interval computed for an observed effect size (Perugini et al., 2014). Another method is presented by Simonsohn (2015), who makes the argument that sample size calculations for replication studies should not merely use the effect sizes reported in the original research that is to be replicated. He explains that by increasing the sample size by the factor of 2.5, a replication study can be used to assess whether an effect is too small to have been appropriately captured in the original study (Simonsohn, 2015). This method has already been used in a recent replication study on embodied cognition effects (Ronay et al., 2017). We suggest to use one of the aforementioned methods of sample size calculation for studies involving embodiment-based manipulation types that are known for potential problems. In the following, we will present three important aspects that can be used to check whether an embodied cognition study design will need amendments such as an increased sample size
Parametrierbare Metamodelle zur Berechnung des Wärmeübergangs in Hohlräumen
No full textDas thermische Verhalten von Werkzeugmaschinen verursacht geometrische Abweichungen an
Werkstücken. In vielen Forschungsarbeiten wurden wertvolle Beiträge zu deren Verbesserung
veröffentlicht. Dabei kommt die Finite-Elemente (FE)- Simulation zum Einsatz. Für diese ist unter
anderem der Wärmeübergangskoeffizient als Randparameter notwendig. Insbesondere für
Hohlräume, beispielsweise unter der Maschinenverkleidung, gibt es keine Methode diesen schnell
zu berechnen. Die vorliegende Arbeit liefert umfangreiche Untersuchungen zu den thermischen
Vorgängen in Hohlräumen und deren Auswirkungen auf die thermischen Verlagerungen an
Werkzeugmaschinen. Dafür erarbeitet diese Arbeit eine Methode, um Metamodelle für die schnelle
Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten in Hohlräumen zu erstellen. Mögliche
Hohlraumkonfigurationen werden dafür kategorisiert und für messtechnische Untersuchungen ein
Versuchsstand konzipiert. Der Einfluss des Mikroklimas auf die thermischen Verlagerungen wird
analysiert. Dabei wird der Einfluss von Konvektion und Strahlung, der Maschinenverkleidung und
des Öffnens der Arbeitsraumtüre untersucht. In dieser Arbeit werden zwei Metamodelle erstellt, für
einen Hohlraum mit einer Seitenwand als Wärmequelle und für einen Hohlraum mit mittig
platzierter Wärmequelle. Die Anwendung der Metamodelle wird mit der thermischen FE-Simulation
einer Werkzeugmaschine erläutert und eine Hilfestellung für die Übertragung auf weitere
Werkzeugmaschinen gegeben.The thermal behavior of machine tools causes most of the geometric errors on workpieces. In
recent years, many authors published valuable contributions to the analysis, correction and
compensation of the thermal behavior of machine tools. One way is the finite element simulation,
where the heat transfer coefficient is needed as an input parameter. In particular, for enclosures,
for example under the machine housing, there is no method to calculate this coefficient quickly. As
state of the art the heat transfer coefficient is received from a computation-intensive fluid simulation
of the enclosure.
The present work provides investigations of enclosures, the microclimate in enclosures, its effect
on the thermal errors of machine tools and finally a method to develop metamodels for the fast
calculation of the heat transfer coefficient in enclosures and to use them in the finite element
simulation. Possible enclosure configurations are categorized and a test stand is designed for
metrological investigations. In basic investigations the thermal processes in different enclosures
are analyzed. The influence of the microclimate on thermal errors of machine tools is analyzed in
experiments. The influence of convection and radiation, the machine housing and the opening of
the working room door are examined. In this work two metamodels are developed. One for an
enclosure with a side wall as a heat source and one for an enclosure with a centrally placed heat
source. The application of the metamodels is explained in the thermal finite element simulation of a
machine tool
Die frühzeitige Bewertung und Gestaltung fertigungstechnischer Prozessketten im Rahmen der Entwicklung neuartiger Werkstoffe
Get PDFDie aktuellen ökologischen und ökonomischen Veränderungen der Umwelt bedingen den Einsatz neuer Werkstoffe. Um abzusichern, dass der Einsatz solcher neuartigen Werkstoffe auch in effizienter Weise umsetzbar ist, ist eine frühzeitige, bereits im Rahmen seiner Entwicklung verortete Bewertung und Gestaltung der Wirtschaftlichkeit erforderlich. Ein hoher Stellenwert kommt hierbei vor allem der Bewertung und Gestaltung der zur Herstellung und Verarbeitung der Werkstoffe notwendigen Prozessketten entlang der gesamten Supply Chain zu. Da bei der Fertigung solcher Werkstoffe und daraus resultierender neuartiger Halbzeuge und Produkte oftmals neue Fertigungstechnologien zum Einsatz kommen, ergibt sich eine besondere Schwierigkeit in Bezug auf die Bestimmung der zur Bewertung nötigen Kriterienausprägungen.
Die bisherigen Arbeiten, die sich thematisch mit der Bewertung und Gestaltung neuer Fertigungsprozesse befassen, entstammen hauptsächlich der ingenieurwissenschaftlichen Literatur und weisen daher oftmals einen anders gelagerten Fokus auf. Eine detaillierte Auseinandersetzung mit der Wirtschaftlichkeit – also insbesondere Kosten und Nutzen einer Prozesskette – tritt oftmals eher in den Hintergrund.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, eine Methodik zu entwickeln, mit der auf differenzierte Weise frühzeitig Kosten und Nutzen der Prozessketten zur Herstellung und Verarbeitung neuer Werkstoffe entlang der Supply Chain bestimmt und gestaltet werden können, und die vor allem auch die frühzeitige Durchführung der Prognose der hierfür erforderlichen Größen zum Gegenstand hat.
Umgesetzt wird dies durch ein systematisch aufgebautes Vorgehensmodell, welches den Anwender durch die Bewertung und Gestaltung von Prozessketten leitet. Zur Lösung der verschiedenen Bewertungs- und Gestaltungsaufgaben werden zudem spezifische Partialmodule entwickelt. Innerhalb dieser Partialmodule werden jeweils relevante Instrumente aufgezeigt, die für die Bewertung und Gestaltung von Prozessketten herangezogen werden können
Implementation of an Automation System to Support Test Case Execution and Classification for Electrical Tests
No full textIn recent years, automotive engineering becomes more challenging and complex than previous years because of the innovation that transformed the cars powertrain system. By the quick developing of the automotive systems and increasing the consumer demand for Hybrid Vehicles (HV), Electric Vehicles (EV) and Autonomous cars, authenticity and security of engine systems
are an essential part. The Hybrid Electric Vehicle structure contained several system sections like Electric Motor, Inverter, DC-DC Converter, etc. For testing this device, OEM’s are providing a special automotive standard norm (these norms are individually defining by automotive companies as LV124/123/148) which used for simulates variety of the electrical disturbances and monitoring the system behavior. This standard profile applies, simulates and
records by EM Autowave system. Electrical tests have been done for a long time manually. Manual testing takes a huge amount of time, money and human resources. Based on the facts, the thesis purpose is to provide the
automated system test for supporting test case execution on the HEV test bench, and offline classification independent of the test bench. This scope of the project will be developed by adapting automation library which is going to equip new features for automation system tool.
On the other hand, in order to conform the test simulator and their communication system, a device file is implemented for loading and testing the electrical profiles on the test bench system. In addition, automated classification and evaluation used Matlab functions and the test result will be provided as plots which makes differential discovering very easier
Entwicklung eines Kohlenstofffaserverstärkten Ringdruckbehälters zur Wasserstoffspeicherung
Get PDFEntwicklung eines toroidalen Verbunddruckbehälters zur mobilen Wasserstoffspeicherung mit 700 bar Fülldruck für einen brennstoffzellenbetriebenen mobilen Energieerzeuger mit 5 kW im Rahmen des Förderprojektes 'HZwo:FRAME - Tank'. Für die spritzgegossenen Polymerliner-Halbschalen und deren Laserfügeverfahren wurde ein Polyethylen mit einem akzeptablen Wasserstoffpermeationskoeffizienten ausgewählt. Der metallische Befüllinsert wird im Spritzguss in einer Halbschale integriert. Im Vergleich zu den am Markt erhältlichen zylindrischen Wasserstoff-Druckbehältern ist die gravimetrische H2-Kapazität hinsichtlich des Systemgewichts des entwickelten toroidalen CFK-Druckbehälters geringer. Mit einem Verhältnis von 5,7% des Gesamtgewichts zu Eigengewichts des Speichermediums wird bereits das Ziel für das Jahr 2025 für bordeigene Wasserstoffspeicher für leichte Brennstoffzellenfahrzeuge des U.S. Department of Energy erreicht. Der Ringdruckbehälter wird mit der entwickelten Ringwickelmaschine automatisiert hergestellt. Diese Prototyp-Maschine wurde im Rahmen des Projekts entwickelt und befindet sich derzeit im Aufbau.Development of a toroidal composite pressure vessel for mobile hydrogen storage with 700 bar filling pressure for a fuel cell operated mobile power generator with a constant electrical output of 5 kW within the funded project “HZwo:FRAME - Tank”. For the injection moulded polymer liner half-shells and the laser joining of those, a polyethylene with a tolerable hydrogen permeation coefficient was investigated. The metallic filling insert will be integrated in one part by injection moulding. Compared to cylindrical hydrogen composite vessels available on the market, regarding the H2 gravimetric capacity regarding the system weight of the developed toroidal composite pressure vessel is lower and already reaches the target for year 2025 for on-board hydrogen storages for light-duty fuel cell vehicles of the U.S. Department of Energy. The toroidal composite pressure vessel will be manufactured automated with the developed ring winding machine. This prototype machine has been developed within the project and is currently under construction