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Dämpfungsverhalten und Schallabstrahlung von Mehrschichtverbunden
No full textVerbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde mit geringer Dichte und hohen E-Moduli reagieren bei dynamischer Anregung empfindlich auf Abstrahlung von Luftschall, bieten aber gleichzeitig einen großen Wertebereich zur Einstellung des Materialverhaltens. Dabei sind Steifigkeit und Dämpfung gegensätzlich abhängig von der Faserorientierung. Die Auslegung der Verbunde mit FEM-Simulationen benötigt einen hohen Modellierungsaufwand und lange Rechenzeiten. Im Gegensatz dazu erfordert die mehrdimensionale numerische Optimierung eines Verbundes ein effizientes vibro-akustisches Simulationsmodell für zahlreiche Wiederholungsrechnungen.
Dazu wurde ein energiebasierter modaler Dämpfungsansatz als Erweiterung vom FEM-Simulationen sowohl für anisotropes als auch für nicht-lineares Dämpfungsverhalten erforscht, experimentell parametrisiert und validiert. Ferner wird die abgestrahlte Schallleistung anstelle eines multi-physikalischen Modells effizient durch einen geschwindigkeitsbasierten Ansatz direkt aus stationären Struktursimulationen bestimmt. Analytische Formulierungen der Vergrößerungsfunktionen der modalen Leistungsbeiträge ermöglichen, die frequenzabhängige Abstrahlung mit sehr wenigen Frequenzschritten exakt zu berechnen und in eine skalare Zielfunktion zu überführen.
Die gesamte Berechnungsmethodik dient der vibro-akustischen Optimierung von Verbundbauteilen. Die Ergebnisse zeigen das große Potential von thermoplastischen Verbundwerkstoffen im Vergleich zu einem Referenzteil aus Stahl.:1 Einleitung
2 Amplitudenabhängige Dämpfung von MKV
3 Anisotrope Dämpfung von Faser-Kunststoff-Verbunden
4 Berechnung und Optimierung der abgestrahlten Schallleistung
5 Strukturintensität als Mittel zur Bewertung akustischer Quellen
6 Schlussfolgerungen
7 Zusammenfassung und Ausblick
A Anhan
Development of Tantalum-Doped Tin Oxide as New Solar Selective Material for Solar Thermal Power Plants
No full textSolar absorber coatings are one of the key components in concentrated solar power (CSP) plants. Currently operating at temperatures up to 565°C and suffering from emissive losses, their energy conversion efficiency could be improved by applying high-temperature stable materials with solar selective properties, i.e. high absorptivity and low emissivity. In this work, the transparent conductive oxide (TCO) SnO2:Ta is developed as a solar selective coating (SSC) for CSP absorbers. Starting with simulations covering basic requirements for SSCs, the deposition process of SnO2:Ta is optimized and extensive optical characterization and modelling are performed. It is shown that upon covering with a SiO2 antireflective layer, a calculated absorptivity of 95% and an emissivity of 30% are achieved for the model configuration of SnO2:Ta on top of a perfect black body (BB). High-temperature stability of the developed TCO up to 800 °C is shown in situ by spectroscopic ellipsometry and Rutherford backscattering spectrometry. The universality of the concept is then demonstrated by transforming silicon and glassy carbon from non-selective into solar selective absorbers by depositing the TCO on top of them. Finally, the energy conversion efficiencies ηCSP of SnO2:Ta on top of a BB and an ideal non-selective BB absorber are compared as a function of solar concentration factor C and absorber temperature TH
Dimensionierungs- und Bemessungsgrundlagen für statisch beanspruchte Bauteile aus Holzfurnierlagenverbundwerkstoffen zur Anwendung im Maschinenbau
No full textIn der vorliegenden Arbeit werden ein Berechnungs- und Sicherheitskonzept für Verbundbauteile in Holzverbundbauweise erarbeitet und validiert. Damit ist eine globale Dimensionierung bzw. Bemessung dieser Bauteile möglich. Der Fokus der Konzepte liegt dabei auf Anwendungen und Anforderungen im Maschinenbau.
Hierzu werden zunächst Grundlagen zu Holzwerkstoffen und dem Lastfall Dreipunktbiegung erarbeitet. Darauf aufbauend werden in Dreipunktbiegeversuchen die Biege- und Schubeigenschaften ausgewählter Sperrhölzer ermittelt. Im nächsten Schritt wird ein Berechnungskonzept zur Vorhersage der Kraft-Verformungs-Kurve von Bauteilen in Holzbauweise unter Verwendung der Materialkennwerte der Einzelelemente erarbeitet und validiert. Die Validierung erfolgt anhand ausgewählter Versuchsmuster in Holzbauweise. Anschließend wird ein an die Sicherheitsanforderungen im Maschinenbau angepasstes semiprobabilistisches Sicherheitskonzept erarbeitet. Abschließend werden anhand praxisnaher Beispiele die Anwendbarkeit der Konzepte validiert und Möglichkeiten bzw. Grenzen aufgezeigt.:1 Einleitung 14
1.1 Motivation 14
1.2 Präzisierung der Aufgabenstellung 16
1.3 Lösungsansätze und Abgrenzung der Arbeit 17
1.4 Aufbau der Arbeit 18
2 Grundlagen 20
2.1 Ingenieurtechnische Grundlagen 20
2.1.1 Begriffsdefinition 20
2.1.2 Zusammenhang zwischen Kraft- und Verformungsgrößen 21
2.1.3 Materialkennwerte 23
2.1.4 Verbundbauteile 24
2.2 Grundlagen der Dreipunktbiegung 25
2.2.1 Allgemeine Modellannahmen 27
2.2.2 Timoshenko-Balkentheorie 27
2.2.3 Einfluss des Stützweiten-Höhen-Verhältnisses 30
2.2.4 Schubkorrekturfaktor 32
2.3 Grundlagen zum Werkstoff Holz 33
2.3.1 Struktureller Aufbau 33
2.3.2 Inhomogenität von Holz 35
2.3.3 Anisotropie des Holzes 35
2.3.4 Mechanische Eigenschaften 39
2.3.5 Äußere Einflussfaktoren auf die Materialeigenschaften von Holz 41
2.4 Holzfurnierlagenverbundwerkstoffe (WVC) 42
2.4.1 Einteilung 42
2.4.2 Struktureller Aufbau von Sperrholz 44
2.4.3 Mechanische Eigenschaften von Sperrholz 44
2.4.4 Spannungszustand von Sperrholz bei Dreipunktbiegebeanspruchung 46
3 Materialcharakterisierung 49
3.1 Stand der Technik 49
3.1.1 Literaturkennwerte, Materialdatenblätter und Leistungserklärungen 49
3.1.2 Aktuelle Normung 49
3.1.3 Kritik am Stand der Technik 51
3.1.4 Ableitung von Anforderungen an Materialversuche und Kennwerte 53
3.1.5 Ziele der Materialcharakterisierung 54
3.2 Grundlagen der Datenanalyse 55
3.2.1 Statistische Lage- und Streumaße 55
3.2.2 Graphische Darstellung empirischer Daten 56
3.2.3 Normalverteilung 57
3.2.4 Statistische Testverfahren 58
3.3 Material und Methoden 60
3.3.1 Material 60
3.3.2 Stützweitenversuch – Versuchssetup und Auswertemethodik 62
3.3.3 Kurzbiegeversuche – Versuchssetup und Auswertemethodik 67
3.4 Kennwertermittlung 68
3.4.1 Materialcharakterisierung von WVC-01 68
3.4.2 Materialcharakterisierung von WVC-02 75
3.4.3 Universelle Spannungs-Dehnungs-Kennwerte 77
4 Berechnungskonzept für Verbundbauteile in Holzbauweise 82
4.1 Annahmen und Eingrenzung 82
4.2 Aktueller Stand der Technik 82
4.2.1 Berechnung der Bauteilsteifigkeit von Verbundbauteilen 82
4.2.2 Berechnung von Versagenspunkten 83
4.2.3 Kritik am Stand der Technik 86
4.2.4 Zielstellung 88
4.3 Berechnungskonzept für Verbundbauteile aus Holzwerkstoffen 88
4.3.1 Prinzipielles Vorgehen 88
4.3.2 Berechnung der Bauteilmodulkennwerte 89
4.3.3 Berechnung der Versagenspunkte 91
4.3.4 Berechnung der Geometrieparameter bei gegebener Mindesttragfähigkeit 92
4.4 Validierung des Berechnungskonzeptes 94
4.4.1 Methodik 94
4.4.2 Aufbau und Geometrie 94
4.4.3 Experimentelle Ergebnisse der Bauteiltests 99
4.4.4 Berechnung der Tragfähigkeit mit Materialkennwerten 100
4.4.5 Berechnung mit universellen Normaldehnungen 105
4.4.6 Diskussion 106
5 Sicherheitskonzept für Holzwerkstoffe im Maschinenbau 108
5.1 Stand der Technik 108
5.1.1 Sicherheit – Definition und Arten 108
5.1.2 Sicherheit im Maschinenbau 113
5.1.3 Sicherheit in der Kunststofftechnik 113
5.1.4 Sicherheit im Ingenieurholzbau – EUROCODE 5 114
5.1.5 Kritik am Stand der Technik 117
5.1.6 Ziel des Sicherheitskonzeptes für Holzwerkstoffe im Maschinenbau 119
5.2 Entwicklung des Sicherheitskonzeptes 120
5.2.1 Analyse der Teilsicherheitsbeiwerte des EUROCODE 5 120
5.2.2 Teilsicherheitsbeiwerte für statische Lastfälle des Maschinenbau 122
5.2.3 Beiwert zur Berücksichtigung der Kennwertstreuung 125
5.2.4 Sicherheitsbezogene Klassifizierung von Maschinenbauanwendungen 126
5.2.5 Ableitung globaler Sicherheitsfaktoren 129
5.2.6 Zusammenfassung 132
5.3 Validierung 133
5.3.1 Bemessung nach EUROCODE 5 133
5.3.2 Bemessung nach Sicherheitskonzept für Maschinenbau 135
5.3.3 Vergleich EUROCODE 5 und Sicherheitskonzept für Maschinenbau 136
6 Anwendbarkeitsstudie 139
6.1 Bemessung von Hohlprofilen 139
6.2 Dimensionierung von Hohlprofilen 142
6.3 Globale Bemessung komplexer Bauteile 144
6.4 Anschließende Bemessungsaufgaben 147
7 Zusammenfassung und Ausblick 149
7.1 Zusammenfassung 149
7.2 Ausblick 151
8 Verzeichnisse 152
9 Anhang 169
9.1 Anhang zu Kapitel 2 169
9.2 Anhang zu Kapitel 3 171
9.3 Anhang zu Kapitel 4 194
9.4 Anhang zu Kapitel 5 207
9.5 Anhang zu Kapitel 6 212In the present work, a calculation and safety concept for composite components in wood composite construction is developed and validated. This enables a global dimensioning of these components. The focus of the concepts is on applications and requirements in mechanical engineering. For this purpose, the basics of wood-based materials and the three-point bending load case are first elaborated. Based on this, the bending and shear properties of selected plywood are determined in three-point bending tests. In the next step, a calculation concept for predicting the force-deformation-curve of components in timber construction using the material parameters of the individual elements will be developed and validated. The validation is based on selected test components. A semi-probabilistic safety concept adapted to the safety requirements in mechanical engineering is then developed. Finally, using practical examples, the applicability of the concepts is determined and possibilities and limits are shown.:1 Einleitung 14
1.1 Motivation 14
1.2 Präzisierung der Aufgabenstellung 16
1.3 Lösungsansätze und Abgrenzung der Arbeit 17
1.4 Aufbau der Arbeit 18
2 Grundlagen 20
2.1 Ingenieurtechnische Grundlagen 20
2.1.1 Begriffsdefinition 20
2.1.2 Zusammenhang zwischen Kraft- und Verformungsgrößen 21
2.1.3 Materialkennwerte 23
2.1.4 Verbundbauteile 24
2.2 Grundlagen der Dreipunktbiegung 25
2.2.1 Allgemeine Modellannahmen 27
2.2.2 Timoshenko-Balkentheorie 27
2.2.3 Einfluss des Stützweiten-Höhen-Verhältnisses 30
2.2.4 Schubkorrekturfaktor 32
2.3 Grundlagen zum Werkstoff Holz 33
2.3.1 Struktureller Aufbau 33
2.3.2 Inhomogenität von Holz 35
2.3.3 Anisotropie des Holzes 35
2.3.4 Mechanische Eigenschaften 39
2.3.5 Äußere Einflussfaktoren auf die Materialeigenschaften von Holz 41
2.4 Holzfurnierlagenverbundwerkstoffe (WVC) 42
2.4.1 Einteilung 42
2.4.2 Struktureller Aufbau von Sperrholz 44
2.4.3 Mechanische Eigenschaften von Sperrholz 44
2.4.4 Spannungszustand von Sperrholz bei Dreipunktbiegebeanspruchung 46
3 Materialcharakterisierung 49
3.1 Stand der Technik 49
3.1.1 Literaturkennwerte, Materialdatenblätter und Leistungserklärungen 49
3.1.2 Aktuelle Normung 49
3.1.3 Kritik am Stand der Technik 51
3.1.4 Ableitung von Anforderungen an Materialversuche und Kennwerte 53
3.1.5 Ziele der Materialcharakterisierung 54
3.2 Grundlagen der Datenanalyse 55
3.2.1 Statistische Lage- und Streumaße 55
3.2.2 Graphische Darstellung empirischer Daten 56
3.2.3 Normalverteilung 57
3.2.4 Statistische Testverfahren 58
3.3 Material und Methoden 60
3.3.1 Material 60
3.3.2 Stützweitenversuch – Versuchssetup und Auswertemethodik 62
3.3.3 Kurzbiegeversuche – Versuchssetup und Auswertemethodik 67
3.4 Kennwertermittlung 68
3.4.1 Materialcharakterisierung von WVC-01 68
3.4.2 Materialcharakterisierung von WVC-02 75
3.4.3 Universelle Spannungs-Dehnungs-Kennwerte 77
4 Berechnungskonzept für Verbundbauteile in Holzbauweise 82
4.1 Annahmen und Eingrenzung 82
4.2 Aktueller Stand der Technik 82
4.2.1 Berechnung der Bauteilsteifigkeit von Verbundbauteilen 82
4.2.2 Berechnung von Versagenspunkten 83
4.2.3 Kritik am Stand der Technik 86
4.2.4 Zielstellung 88
4.3 Berechnungskonzept für Verbundbauteile aus Holzwerkstoffen 88
4.3.1 Prinzipielles Vorgehen 88
4.3.2 Berechnung der Bauteilmodulkennwerte 89
4.3.3 Berechnung der Versagenspunkte 91
4.3.4 Berechnung der Geometrieparameter bei gegebener Mindesttragfähigkeit 92
4.4 Validierung des Berechnungskonzeptes 94
4.4.1 Methodik 94
4.4.2 Aufbau und Geometrie 94
4.4.3 Experimentelle Ergebnisse der Bauteiltests 99
4.4.4 Berechnung der Tragfähigkeit mit Materialkennwerten 100
4.4.5 Berechnung mit universellen Normaldehnungen 105
4.4.6 Diskussion 106
5 Sicherheitskonzept für Holzwerkstoffe im Maschinenbau 108
5.1 Stand der Technik 108
5.1.1 Sicherheit – Definition und Arten 108
5.1.2 Sicherheit im Maschinenbau 113
5.1.3 Sicherheit in der Kunststofftechnik 113
5.1.4 Sicherheit im Ingenieurholzbau – EUROCODE 5 114
5.1.5 Kritik am Stand der Technik 117
5.1.6 Ziel des Sicherheitskonzeptes für Holzwerkstoffe im Maschinenbau 119
5.2 Entwicklung des Sicherheitskonzeptes 120
5.2.1 Analyse der Teilsicherheitsbeiwerte des EUROCODE 5 120
5.2.2 Teilsicherheitsbeiwerte für statische Lastfälle des Maschinenbau 122
5.2.3 Beiwert zur Berücksichtigung der Kennwertstreuung 125
5.2.4 Sicherheitsbezogene Klassifizierung von Maschinenbauanwendungen 126
5.2.5 Ableitung globaler Sicherheitsfaktoren 129
5.2.6 Zusammenfassung 132
5.3 Validierung 133
5.3.1 Bemessung nach EUROCODE 5 133
5.3.2 Bemessung nach Sicherheitskonzept für Maschinenbau 135
5.3.3 Vergleich EUROCODE 5 und Sicherheitskonzept für Maschinenbau 136
6 Anwendbarkeitsstudie 139
6.1 Bemessung von Hohlprofilen 139
6.2 Dimensionierung von Hohlprofilen 142
6.3 Globale Bemessung komplexer Bauteile 144
6.4 Anschließende Bemessungsaufgaben 147
7 Zusammenfassung und Ausblick 149
7.1 Zusammenfassung 149
7.2 Ausblick 151
8 Verzeichnisse 152
9 Anhang 169
9.1 Anhang zu Kapitel 2 169
9.2 Anhang zu Kapitel 3 171
9.3 Anhang zu Kapitel 4 194
9.4 Anhang zu Kapitel 5 207
9.5 Anhang zu Kapitel 6 21
Synthesis of Thin Films by Chemical Vapor Deposition: Synthesis of thin MoS films with Chemical Vapor Deposition
No full textThe thesis describes the construction of a CVD system, the deposition of thin molybdenum disulphide layers using this system and the analysis of the samples produced. The deposition of thin molybdenum disulphide layers and an intercalation of the silicon carbide substrate used were demonstrated and the measurement results obtained by atomic force microscopy, Raman spectroscopy and photoelectron spectroscopy were further discussed.:1. Introduction: Two-Dimensional Materials
2. Experimental Methods
2.1. Atomic Force Microscopy
2.2. Photoelectron Spectroscopy
2.2.1. Layer Thickness Determination
2.2.2. Quantitative Surface Analysis
3. Structure, Properties and Synthesis of the Used Materials
3.1. Transition Metal Dichalcogenides
3.1.1. Molybdenum Disulfide
3.1.2. Synthesis of Thin MoS Films-State of the Art
3.2. Substrate-Graphene on SiC
3.2.1. Graphene
3.2.2. Epitaxial Graphene on Silicon Carbide
4. Development of a CVD System for the Growth of MoS2 films
4.1. Basic Principles of Chemical Vapor Deposition
4.2. Construction of the CVD System
4.3. Temperature Measurements
4.4. Preliminary Considerations for the CVD Process
5. Growth Characteristics
5.1. Chemical Composition of the Substrate
5.2. Chemical Composition of the Grown MoS Films
5.3. Layer Thickness of the Grown MoS Films
5.3.1. Determination with XPS
5.3.2. Determination with Raman
5.4. AFM Measurements
6. Conclusio
Growth and Characterization of Thin MoS2 Layers by CVD
No full textThe contribution describes the construction of a CVD system, the deposition of thin molybdenum disulphide layers using this system and the analysis of the samples produced. The deposition of thin molybdenum disulphide layers and an intercalation of the silicon carbide substrate used were demonstrated and the measurement results obtained by atomic force microscopy and photoelectron spectroscopy were further discussed
Observability inequalities for infinite-dimensional systems in Banach spaces and unique determination of a singular potential from boundary data
No full textIn this thesis, we prove observability inequalities for systems of differential equations in Banach spaces. In particular, we consider non-autonomous systems and systems of elliptic PDE with infinite-dimensional state space. We employ methods from harmonic analysis. This includes a vector-valued version of the Logvinenko-Sereda theorem, generalizing previous work by O. Kovrijkine. Our results are applied to establish null-controllability of control systems in Banach spaces together with precise estimates on the control cost. Furthermore, we consider an inverse problem for the stationary Schrödinger equation in three dimensions. In this setting, we prove that a Kato-class potential is uniquely determined by it's associated Dirichlet-to-Neumann operator. This complements a result by B. Haberman on the Calderón problem for conductivities with unbounded gradient
Prospektive randomisierte kontrollierte klinische Studie zur Wirksamkeit eines Eigentrainings mit der Digitalen Gesundheitsanwendung „Mawendo“ bei der Behandlung von Krankheiten der Patella (ICD-10-GM M22): Evaluation der DiGA MAWENDO
No full textIn der vorliegenden randomisierten kontrollierten Studie wurde die Wirksamkeit der digitalen Gesundheitsanwendung (DiGA) Mawendo bei der Behandlung von Krankheiten der Patella untersucht und mit der Standardtherapie Physiotherapie der gesetzlichen Krankenversicherung (GKV-Physiotherapie) verglichen. In die Studie eingeschlossen wurden 259 Patienten mit einer ärztlich diagnostizierten Erkrankung der Patella gemäß ICD-10 Klassifikation M22. Nach randomisierter Zuteilung auf die Behandlungsarme absolvierten die Patienten über den 12-wöchigen Behandlungszeitraum entweder ein Eigentraining mit der DiGA Mawendo (Interventionsgruppe IG, 136 Patienten) oder wurden in einer physiotherapeutischen Einrichtung behandelt (Kontrollgruppe KG, 123 Patienten). Für den Nachweis des medizinischen Nutzens (mN) wurden zwei primäre Endpunkte untersucht:
- Endpunkt 1: Verbesserung des Funktionszustandes (mNFunktion)
- Endpunkt 2: Verbesserung der Morbidität durch Schmerzreduktion (mNSchmerz)
Beide Endpunkte wurden mittels eines elektronischen Fragebogens erhoben. Der Endpunkt mNFunktion wurde mithilfe der deutschen Version des Patient Reported Outcome (PRO) KOOS (Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score) erfasst. Die Skala „Activities of Daily Living“ (KOOSADL) quantifizierte hier den mNFunktion (Wertebereich 0-100 Punkte (P), 100 P = bestmöglicher Funktionszustand). Der Endpunkt mNSchmerz wurde durch einen gesondert abgefragten Schmerzscore auf Basis einer Visuellen Analogskala (VAS, Wertebereich 0-100 Punkte, 100 P = stärkste vorstellbare Schmerzen) erhoben. Die Erhebungszeitpunkte wurden wie folgt definiert:
Pre (t0): Vor Beginn der ersten Trainingseinheit mit der DiGA Mawendo bzw. vor dem
ersten Behandlungstermin einer GKV-Physiotherapie.
Post (t12): Nach der Behandlungsdauer von 12 Wochen.
Als Nachweis des mN wurde die Überlegenheit (statistisch signifikant und klinisch relevant) der DiGA gegenüber der GKV-Physiotherapie in einem der beiden Endpunkte definiert. Mit der vorliegenden Studie konnte in beiden Endpunkten eine statistisch signifikante und klinisch relevante Überlegenheit der DiGA Mawendo gegenüber der Standardtherapie gezeigt werden. Im Endpunkt mNFunktion erzielte die IG eine mittlere Verbesserung von 15,7 P (95 % KI [13,7 P; 17,6 P]) gegenüber
einer Verbesserung von 3,4 P (95 % KI [1,3 P; 5,5 P]) in der KG (Unterschied zwischen IG und KG statistisch signifikant mit p < 0,00001). Im zweiten Endpunkt mNSchmerz reduzierte sich der VAS-Schmerzscore in der IG im Mittel um -22,5 P (95 % KI [-25,2 P; -19,9 P]) gegenüber -6,3 Punkten (95 % KI [-8,7 P; -4,0 P]) in
der KG (Unterschied zwischen IG und KG statistisch signifikant mit p < 0,00001). Darüber hinaus wurden in beiden Endpunkten die vorher festgelegten minimalen klinisch relevanten Differenzen (KOOSADL = 10 P, VAS = 10 P) deutlich übertroffen und sogar Verbesserungen im Bereich von „substantial clinical benefits“ erreicht. Medizinischer Nutzen und positiver Versorgunseffekt (pVe) der DiGA Mawendo sind somit evident.
Neben dem mN zeigte sich bei Anwendung der DiGA Mawendo in dieser Studie ein weiterer positiver Aspekt. Die klinisch relevante Reduktion des Schmerzes in der IG äußerte sich in einem erheblich verringerten Anteil von Patienten, die zum Zeitpunkt der Post-Befragung Schmerzmittel einnahmen (IG: 28,0 % Pre -> 3,0 % Post vs. KG: 31,4 % Pre -> 29,8 % Post). Dadurch kann mit weniger Nebenwirkungen gerechnet und das Risiko für potenzielle Folgeschäden und -kosten verringert werden
Zylinderselektive Prozesssteuerung von Mehrzylinder-Viertakt-Ottomotoren mittels variabler Ladungswechselsteuerung
No full textDie vorliegende Arbeit untersucht die Wirkungsgradpotenziale zylinderselektiver Ventilsteuerungen am Beispiel eines Vierzylinder-Viertakt-Ottomotors. Der hierfür erforderliche vollvariable Ventiltrieb wurde durch eine nockenwellenlose, elektrohydraulische Ventilaktorik umgesetzt. Bedeutender Bestandteil der Analysen sind die kinetisch-kinematischen sowie die energetischen Charakterisierungen des entwickelten Ventiltriebs sowie messtechnische Untersuchungen am Motorenprüfstand. Diese bilden im Hinblick auf Randbedingungen und Modellabgleich die Basis für ein 1D-Simulationsmodell, in welchem nachfolgend innovative zylinderindividuelle Ventilsteuerungsstrategien umgesetzt werden. Kernstück der Innovation ist dabei die Kombination aus Zylinderabschaltung, Laststeuerung durch Einlassventilsteuerzeiten (frühes Einlass schließen) und Entdrosselung mithilfe von Restgasrückführung durch die deaktivierten Zylinder. Zusätzlich werden ausgewählte Teilprobleme der Motorprozesssimulation (wie z.B. Mischungsprobleme) anforderungsbedingt mithilfe von CFD-Simulationen untersucht und optimiert. Außerdem wurde eine quantitative Bewertungsgröße für zeitbasierte, nockenwellenlose Ventilsteuerungen entwickelt: der Ladungswechselpotenzialquotient. Die Größe ermöglicht die Charakterisierung von Betriebsparametern vollvariabler Ventilsteuerungen und kann die Leistungsfähigkeit von Ventilsteuerungskonzepten quantitativ vergleichen.:1 Verbrennungsmotoren im Zielkonflikt zwischen Effizienz und Umweltverträglichkeit
2 Stand der Technik variabler Ventiltriebe
3 Theoretische Grundlagen und wissenschaftliche Fragestellung
4 Systematische und methodische Beschreibung der Forschungsarbeiten
5 Technische Beschreibung und messtechnische Untersuchungen am Versuchsträger
6 1D - Simulation des Prozessverhaltens von Verbrennungsmotoren mit neuartigen Ventilsteuerungen
7 Simulative Kopplung von Rechenmodellen bei Teilproblemen
8 Zusammenfassung und Ausblic
Unbegrenzte Lösungen für Verzahnungsprobleme, von denen Sie nie dachten, dass es sie gibt
No full textIn der Verzahnungsberechnung werden Lösung meist nur optimiert und nicht neu gedacht. In
Hinblick auf neue Fertigungsverfahren, erreicht „Out of the box“-Denken häufig deutliche
Verbesserungen in technischer und ökonomischer Sicht. Die Software next|gear ermöglicht derart
disruptives Vorgehen.
Um einen ganzheitlichen Ansatz in der Verzahnungsentwicklung zu erreichen, wurde ein
hyperbolisches Grundkonzept entwickelt, das die meisten der bekannten konstant übersetzenden
Getriebetypen beschreiben kann. Neben der freien Wahl von zwei Achsen und Zähnezahlen,
einschließlich negativer Zahlen bei Innenverzahnungen, gibt es für die Berechnung der
kinematischen Auslegung drei weitere kontinuierliche Parameter, die die äußere Form des
Zahnrades beschreiben. Diese Berechnungsgrundlage entfaltet das meiste Potential im
Zusammenhang mit den Freiheiten, die junge Fertigungsverfahren mit Kunststoff z.B. im
Spritzgussverfahren erlaubt. Hier sind die Fertigungsrestriktionen in der Regel andere als bei
spanabhebenden Verfahren.
Nichtdestotrotz könne auch sämtliche konventionelle Fertigungsverfahren mit dem
Berechnungskonzept, basierend auf der Konjugation von Oberflächenpunkten, abgebildet werden.
Mit dem Ansatz, einen durchgängigen Berechnungsprozess für alle einbezogenen
Verzahnungsarten zu beschreiben, wird aufgezeigt, welche Herausforderungen in der
Geometrieberechnung gelöst werden konnten. Dies wird am Beispiel eines Planetengetriebes mit
innenverzahnter Schraubradverzahnung gezeigt, das inzwischen in Serie für die
Automobilindustrie hergestellt wird.In gear calculation, solutions are usually only optimised and not rethought. With regard to new
manufacturing processes, 'out of the box' thinking often achieves significant improvements from a
technical and economic perspective. The next|gear software enables such a disruptive approach.
In order to achieve a holistic approach to gear development, a hyperbolic basic concept was
developed that can describe most of the known constant-ratio gear types. In addition to the free
choice of two axes and numbers of teeth, including negative numbers for internal gears, there are
three further continuous parameters for calculating the kinematic design, which describe the
external shape of the gear. This calculation basis unfolds the greatest potential in connection with
the freedom that young manufacturing processes with plastic, e.g. injection moulding, allow. The
manufacturing restrictions here are generally different to those for machining processes.
Nevertheless, all conventional manufacturing processes can also be modelled with the calculation
concept based on the conjugation of surface points.
The approach of describing a consistent calculation process for all types of gearing involved shows
which challenges could be solved in geometry calculation. This is demonstrated using the example
of a planetary gearbox with internal helical gearing, which is now produced in series for the
automotive industry
Level Up CFD - GPU-Beschleunigung in Ansys Fluent
No full textIn der numerischen Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, CFD) stellt die Berechnungsgeschwindigkeit einen kritischen Faktor dar. Insbesondere bei transienten Berechnungen oder bei der Simulation von umfangreichen Modellen können Berechnungen auf Hochleistungsrechnern mit mehreren hundert Kernen schnell zu einer zeitintensiven Aufgabe werden, die Tage oder sogar Wochen in Anspruch nimmt. Der Vortrag bietet einen detaillierten Einblick in die Möglichkeiten der GPU-Beschleunigung in Ansys Fluent und beleuchtet das Potenzial dieser innovativen Technologie.
Zu Beginn wird der neue GPU-Solver in Ansys Fluent vorgestellt. Dieser Gleichungslöser nutzt die Rechenkapazität von Grafikprozessoren (GPUs), um CFD-Berechnungen durch extreme Parallelisierung effizienter durchzuführen als herkömmliche CPU-basierte Solver. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Methode ist die signifikante Reduzierung des Energieverbrauchs und der Hardware-Investitionskosten.
Im Anschluss werden Benchmarks von CPU- gegenüber GPU-basierten Lösungen anhand verschiedener Anwendungsfälle präsentiert. Diese Benchmarks verdeutlichen die Leistungsfähigkeit und Effizienz von GPU-Solvern im Vergleich zu CPU-Solvern. So kann beispielsweise die Außenumströmung eines Fahrzeugs mit dem Coupled GPU Solver zehnmal schneller auf einer Nvidia A100 GPU berechnet werden als auf herkömmlicher HPC-Hardware mit 48 Kernen.
Der Vortrag bietet auch einen Überblick über den aktuellen Funktionsumfang und die zukünftige Entwicklungsroadmap von Ansys Fluent. Dies gibt einen Einblick in die aktuellen Funktionen des Tools und die geplanten Entwicklungen für die Zukunft.
Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die Lizenz- und Hardwareanforderungen. Dies hilft, die notwendigen Ressourcen für die Implementierung dieser Technologie in eigenen Projekten zu verstehen.
Abschließend bietet der Vortrag einen Ausblick auf die Anwendung von Künstlicher Intelligenz (KI) für CFD. Mit der fortschreitenden Entwicklung der KI-Technologie eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Verbesserung und Beschleunigung von CFD-Berechnungen.
Insgesamt bietet der Vortrag einen umfassenden Überblick über die Anwendung von GPU-Beschleunigung in moderner CFD-Software und die zukünftigen Entwicklungen in diesem Bereich.Calculation speed is a critical factor in computational fluid dynamics (CFD). Especially for transient calculations or the simulation of extensive models, calculations on high-performance computers with several hundred cores can quickly become a time-consuming task that takes days or even weeks. The presentation offers a detailed insight into the possibilities of GPU acceleration in Ansys Fluent and highlights the potential of this innovative technology.
At the beginning, the new GPU solver in Ansys Fluent will be introduced. This solver uses the computing power of graphics processing units (GPUs) to perform CFD calculations more efficiently than conventional CPU-based solvers through extreme parallelization. An additional advantage of this method is the significant reduction in energy consumption and hardware investment costs.
Subsequently, benchmarks of CPU- versus GPU-based solutions will be presented based on different use cases. These benchmarks illustrate the performance and efficiency of GPU solvers compared to CPU solvers. For example, the external airflow of a vehicle can be calculated ten times faster with the Coupled GPU Solver on an Nvidia A100 GPU than on conventional HPC hardware with 48 cores.
The presentation will also provide an overview of the current range of functions and the future development roadmap