Publikationsserver der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg
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Thermische Gebäudesimulation: aktuelle Anwendungen und Erweiterungen mittels der Finite‐Elemente‐Methode
No full textNach einem kurzen historischen Abriss der Entwicklung der Gebäudesimulation wird die aktuell übliche gleichungsbasierte Kompaktmodell-Simulation beschrieben und deren praktische Anwendung aufgezeigt. Dabei wird auf die Bedeutung der Validierung von Simulationstools und auf etablierte Validierungsstandards eingegangen. Gebäudesimulation dient der Optimierung des Bauens in allen Planungsphasen. Mit Praxisbeispielen vom sommerlichen Wärmeschutz bis hin zur Modellierung innovativer Konstruktionen werden unterschiedliche Einsatzbereiche demonstriert. Im zweiten Teil wird die Verwendung der Finite-Elemente-Methode (FEM) für die bauphysikalische Modellierung vorgestellt. Anhand von Beispielen zeigen wir, dass die (rechenzeitintensive) FEM aufgrund einer detaillierteren Modellierung von Geometrie, Strahlung und Konvektion präzisere Simulationsergebnisse liefert. Zum Abschluss werden Wege vorgeschlagen, wie dies zur Erweiterung der schnelleren Kompaktmodell-Simulation eingesetzt werden kann
Towards a Taxonomy for Digital Assistant Technologies: Addressing the Jingle-Jangle Fallacies
No full textThis study proposes a unified taxonomy for Digital Assistant Technologies (DATs) to resolve terminological inconsistencies and eliminate »Jingle-Jangle fallacies.« By employing a systematic taxonomy development method on 137 papers, the framework categorizes DATs across four meta-characteristics: AI technology, context, intelligence, and interaction. This taxonomy facilitates the clear differentiation of three primary DAT concepts: assistant, chatbot, and agent. By providing a structured framework, the study enhances conceptual clarity, fosters more focused research, and ensures better alignment of DATs
Impact of hatching strategy on mechanical properties and residual stresses in additively manufactured AlSi10Mg components
No full textThis study examines the impact of different hatching strategies on the mechanical and technological properties, as well as the manufacturing-induced residual stresses of additively manufactured AlSi10Mg components produced using Laser Powder Bed Fusion (LPBF). For the sample production, parallel and orthogonal hatching patterns were employed at various rotation angles, leading to differences in the mechanical properties of the components. The parallel structure exhibits significantly higher compressive residual stresses in the near-surface areas of the component, up to 33% greater than those observed in the orthogonal structure. These compressive residual stresses could counteract operational tensile stresses, potentially enhancing the load-bearing capacity of the component. The findings of this study provide insights into the targeted use of hatching strategies to optimize the mechanical properties and lifespan of components. Future works should focus on experimentally validating the simulation results using the core hole method to further improve the correlation between numerical models and actual stress distributions
Oberflächenmodifikation von Titanbasiswerkstoffen durch das Eindiffundieren von Kohlenstoff
No full textTitan und seine Legierungen finden aufgrund ihrer geringen Oberflächenhärte vorwiegend in wenig verschleißbeanspruchten Bereichen Anwendung. Zur Erhöhung der Härte werden oft Verschleißschutzschichten durch chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung eingesetzt. Diese Schichten weisen jedoch mitunter eine schlechte Haftung auf, was zu vorzeitigem Versagen führen kann. Eine Alternative bietet das Diffusionsschweißen, bei dem durch den Konzentrationsgradienten verschiedener Elemente eine Diffusionsschicht zwischen Titan und einem Fügepartner entsteht. Bei hochkohlenstoffhaltigen Stählen bildet sich an der Grenzfläche eine TiC-Schicht. Durch chemisches Auflösen des Stahls kann diese Schicht freigelegt und genutzt werden. Jedoch ist dieses Verfahren noch nicht gänzlich untersucht. Verschiedene Veröffentlichungen treffen widersprüchliche Aussagen, ob neben TiC auch Eisen-Titan-Verbindungen (FeTi oder Fe2Ti) entstehen. Neben der Zusammensetzung ist auch die Mikrostruktur der entstehenden Schicht nicht abschließend untersucht. Ziel dieser Arbeit ist es, das Schichtwachstum anhand thermodynamischer Gesetzmäßigkeiten zu untersuchen. Dabei werden der Einfluss von Temperatur, Zeit und Kohlenstoffkonzentration auf das Diffusionsverhalten und die Schichtbildungsgeschwindigkeit analysiert. Besonders relevant ist, dass der Kohlenstoff in interstitieller Form vorliegt. Die Schichtbildungskinetik wird bildgebend untersucht. Die chemische Zusammensetzung wird mittels Glimmentladungsspektroskopie (GDOES) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) bestimmt, während die Phasenanalyse durch Röntgendiffraktometrie (XRD) erfolgt. Zur Charakterisierung der Mikrostruktur werden EBSD-Messungen herangezogen. Nanoindentation dient der Ermittlung mechanischer Kennwerte wie E-Modul und Härte. Die Ergebnisse zeigen, dass der Kohlenstoffgehalt des Stahls die Schichtbildung wesentlich beeinflusst. Ein hoher Kohlenstoffanteil kann die Bildung intermetallischer Fe-Ti-Verbindungen unterdrücken. Die mikrostrukturellen Eigenschaften können hingegen nur durch die Prozessparameter (Temperatur und Zeit) beeinflusst werden. Die mechanischen Kennwerte sind nur durch die Phasenzusammensetzung der Schicht, welche in großen Teilen konstant ist, bestimmt. Durch das chemische Entfernen des Stahlsubstrats aus dem Verbund und dem damit einhergehenden Freilegen der Schicht, stellt das Verfahren des Diffusionsschweißens eine alternative Möglichkeit der Beschichtung von Titanbasiswerkstoffen dar. Die vorliegenden Untersuchungen belegen, dass der Prozess bestimmten Grenzen unterliegt, dieser jedoch innerhalb des erarbeiteten Prozessfensters beherrschbar ist. Dies ist der Grund, weshalb dem Diffusionsschweißen großes Potenzial im Bereich der Beschichtungstechnik zuzuordnen ist
Individuelle Data-Warehousing-Projekte anstelle einer Abschlussklausur
No full textDieser Artikel berichtet über die Erfahrungen aus zwei Semestern, in denen Studierende der Data-Warehousing-Vorlesung individuelle Einzelprojekte bearbeitet haben. Das Projekt besteht aus fünf Challenges: die Vorstellung der Projektidee, ein Peer-Review anderer Ideen, Datenmodellierung, ETL und analytische Queries, sowie die Erstellung eines Power BI-Dashboards
Towards AI-based optimization of human-centered and robot-assisted construction processes
No full textThis research explores an innovative AI-driven approach to optimizing construction processes with a focus on humancentered design, addressing key challenges in the construction industry, such as skilled labor shortages and ergonomic risks associated withwork-related musculoskeletal disorders.
By integrating process design with AI-based algorithms into simulation tools, various construction process layout variants including robot-assisted scenarios can be simulated and evaluated based on user-specific key performance indicators (e.g., ergonomic score, layouting parameters) to identify optimized solutions. A data processing algorithm automates the process, eliminating the need for manual simulation variations and resulting in increased operational productivity. The AI-based system evaluates and optimizes process layouts by adjusting control parameters. A case study on a brick laying process serves as an exemplary use case, highlighting the necessity and impact of adopting process optimization. The findings emphasize the transformative potential of automated
process optimization within simulation environments to rethink existing construction practices, enhance worker well-being, and boost operational productivity
Der dynamische CBR-Versuch : ein Festigkeitsindikator für Boden-Bindemittel-Gemische im Erd- und Tiefbau
No full textBei der Eignungsprüfung für qualifizierte Bodenverbesserungen wird die benötigte Menge des Bindemittels mittels Anforderungen an die einaxiale Druckfestigkeit oder den CBR-Wert festgelegt. Gemäß dem Merkblatt über Bodenbehandlungen mit Bindemitteln (M BMB 2021) muss bei qualifizierten Bodenverbesserungen eine einaxiale Druckfestigkeit von mindestens 0,5 MPa bzw. ein CBR-Wert von mindestens 40 % nach 28Tagen erreicht werden.
Eine Überwachung der einaxialen Druckfestigkeit ist in situ der Praxis nur schwer möglich, da die hierzu notwendige Bohrkernentnahme mit erheblichem Aufwand verbunden ist und durch die niedrige Druckfestigkeit des Boden-Bindemittel-Gemisches das Risiko besteht, dass Bohrkerne beschädigt werden oder eine Entnahme nicht möglich ist. Es gibt daher keine festgeschriebene Überwachung der einaxialen Druckfestigkeit bei der qualifizierten Bodenverbesserung, in der Praxis erfolgt die Qualitätsüberwachung meist durch eine Dichtekontrolle.
Für Auftraggeber ist eine In-situ-Bestimmung der Festigkeit von besonderem Interesse, um eine zuverlässige Überwachung zu gewährleisten, gleichzeitig kann sie Auftragnehmern als Nachweis der erbrachten Qualität bei etwaigen Schäden und zur Absicherung in der Gewährleistungsphase dienen.
So ermöglicht die in situ ermittelte Festigkeit den Nachweis, dass die Qualität der qualifizierten Bodenverbesserung den bei der Eignungsprüfung festgelegten Anforderungen entspricht, selbst bei variierenden Herstellungsverfahren, wechselnder Geologie und unterschiedlichen Lagerungsbedingungen. Eine regelmäßige Überwachung der In-situ-Festigkeit ist wichtig, um eine konstant hohe Qualität zu sichern.
Eine alternative Methode zur Bestimmung der In-situ-Festigkeit stellt der dynamische CBR-Versuch nach TP Gestein-StB Teil 5.6 dar. Hierbei handelt es sich um einen Stempeleindringversuch, bei dem ein Stempel mit einem Durchmesser von 5 cm mithilfe einer stoßartigen Belastung durch das leichte Fallgewicht in den Boden gedrückt wird. Die hohen induzierten Spannungen von 3,60 MPa überschreiten dabei die Druckfestigkeit des Materials und führen zu einem Strukturbruch. Im Gegensatz zu statischen und dynamischen Lastplattendruckversuchen wird so die Festigkeit des Bodens abgebildet und nicht dessen Steifigkeit.
In umfassenden Versuchsreihen wurden im Labor Boden-Bindemittel-Gemische hergestellt und nach 28 d an jeweils drei Teilversuchen die einaxiale Druckfestigkeit und an jeweils sechs Teilversuchen der dynamische CBR-Wert ermittelt. Zusätzlich wurden auf Baustellen dynamische CBR-Werte in situ ermittelt und Bohrkerne entnommen, um die einaxiale Druckfestigkeit im Labor zu bestimmen.
Die Versuchsreihen ermöglichten es, eine Korrelation zwischen den beiden Kennwerten abzuleiten. Durch diese Korrelation kann nun anhand des in situ ermittelten dynamischen CBR-Wertes auf die einaxiale Druckfestigkeit geschlossen werden. Dies ermöglicht eine einfache Qualitätsüberwachung, die über die bloße Ermittlung der Dichte hinaus geht und mit minimalem Zeit- und Kostenaufwand verbunden ist
Laser Micromachining for Polymer Surface Topography Designt
No full textSoft magnetoactive elastomers (MAEs) are smart materials that respond to external magnetic fields by dynamically altering their mechanical properties. They are composed of magnetically responsive microparticles embedded within a soft polymer matrix, exhibiting an effective shear modulus of up to 100 kPa. In recent decades, MAEs' bulk properties have been successfully exploited for applications such as dynamic vibration damping, vibration sensing, and actuation in soft robotics. Recent research has shifted to their surface properties, revealing promising results on tunable surface features such as roughness, adhesion, and wetting. Even the transport of small solid and fluid objects was demonstrated. The associated surface effects can be significantly enhanced through the precise engineering of surface topography. In this article, an efficient laser micromachining technique, with a resolution of 15 µm, is presented, which enables rapid prototyping of MAE surfaces. It allows the creation of various complex shapes and offers functionality beyond the one achievable with traditional molding techniques. Additionally, the approach is versatile and can be applied to any polymer that sufficiently absorbs the laser light. As an example, a lamellar surface micro-pattern fabrication process and its characterization by optical and scanning electron microscopies are shown. Its response to a magnetic field is demonstrated. The technique provides a flexible and fast solution for optimizing polymer surface design across a wide range of applications
Petri Net Structures for Automated Model Generation through Process Descriptions
No full textCreating simulation models and running experiments requires expertise and significant effort. Modelling complex production systems by using Petri Nets, which have a simple formalism, leads to considerable modelling effort. To reduce the workload required, fundamental processes within a production system must be analyzed and represented as generic Petri Net structures to enable their automatic generation. These structures can serve as modular building blocks to construct arbitrarily complex systems. The broader objective is to enable the automatic generation of such, based on process descriptions within a simulation framework. Built on these findings, the necessary information for developing a specialized formal process description is derived, enabling the automated generation of Petri Net simulation models for production systems
