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Fatigue strength assessment of welded steel fasteners using structural stress concept with consideration of the mounting pre-load
Get PDFThe document presents a comprehensive investigation into the fatigue strength assessment of welded fasteners, specifically bolts and nuts, used in various engineering applications. A fatigue strength assessment approach using a structural stress concept is established, accounting for the influence of mounting pre-loads and residual stresses from the welding process. With the developed approach, the fatigue strength of all investigated variants can be assessed with a scatter of 1:2. The experimental investigations showed that an early decrease in pre-load forces negatively affects the fatigue strength. While pre-load forces can enhance fatigue strength, a reduction in pre-load during service loading must be avoided to ensure a safe life
Erich Reuleaux – Ingenieur der Eisenbahn
Get PDFVor 50 Jahren, am 18. Oktober 1967, starb mit Erich Reuleaux der erste Nachkriegsrektor der Technischen Hochschule Darmstadt, unter dem die TH trotz ihrer großen Kriegsschäden im Januar 1946 als eine der ersten deutschen Hochschulen wieder eröffnete
Simulative Investigation of Rubber Damper Elements for Planetary Touch-Down Bearings
Get PDFDesigning touch-down bearings (TDB) for outer rotor flywheels operated under high vacuum conditions are a challenging task. Due to the big diameters conventional TDB are not suited and a planetary design is applied consisting of a number of small rolling elements distributed around the stator. Since the amplitude of the peak loads during a drop-down lies close to the static load rating of the bearings, it is expected that the service life can be increased by reducing the maximal forces.
Therefore, this paper investigates the influence of elastomer rings around the outer rings in the TDB using simulations. For this purpose, the structure and the models used for the contact force calculation in the simulation software ANEAS are presented, especially the modelling of the elastomers. Based on the requirements for a TDB in a flywheel application three different elastomers (FKM, VMQ, EPDM) are selected for the investigation. The results of the simulations show that stiffness and material strongly influence the maximum force. The best results are obtained using the material FKM. Leading to a reduction of the force amplitude in a wide stiffness range
Betriebsoptimierung dezentraler Energiesysteme mittels mathematischer und steuerungstheoretischer Ansätze
Get PDFDezentrale Energiesysteminfrastrukturen, wie z. B. gemischt-genutzte Quartiere, Wohnsiedlungen oder Industrieparks erzeugen ihre benötigte Energie vermehrt selbst und stehen damit vor der Herausforderung der effizienten Betriebsführung ihres lokalen Systems. Um zu jedem Zeitpunkt den optimalen Betrieb der lokalen Energiesysteminfrastruktur gewährleisten zu können, bedarf es in der Regel computergestützter Algorithmen, da der Mensch die sich kontinuierlich ändernden Rahmenbedingungen, Abhängigkeiten und potenziellen zukünftigen Entwicklungen zum einen nur begrenzt erfassen und zum anderen auf dieser Informationsgrundlage nur begrenzt die adäquaten Entscheidungen treffen kann. Aus diesem Grund ist es notwendig ein Energiebetriebssystem zu implementieren, welches neben den isolierten Betriebsführungsaspekten den steuerungstechnischen Besonderheiten eines dezentralen Energiesystems Rechnung trägt. In diesem Zusammenhang stellt sich insbesondere die Frage, wie sich eine Betriebsoptimierung auf die resultierende Steuerstrategie auswirkt und wie diese Auswirkungen durch das zugrunde gelegte Optimierungsverfahren beeinflusst werden. Für ein exemplarisches, lokales Energiesystem, welches sowohl aus elektrischen als auch thermischen Komponenten besteht, werden verschiedene Informationsasymmetrien zwischen den Steuerungsebenen identifiziert. Anschließend wird eine Gesamtarchitektur für eine Software zur Betriebsführung entwickelt, wobei sich insbesondere auf verschiedene mathematische Optimierungsverfahren fokussiert wird. In diesem Zusammenhang werden ein gemischt-ganzzahlig lineares, ein quadratisches und ein dynamisches Modell entwickelt. Das dynamische Modell erlaubt die dynamischen Leistungseigenschaften, insbesondere der thermischen Komponenten, bereits bei der Betriebsoptimierung zu berücksichtigen. Die Ergebnisse der Betriebsoptimierung dienen anschließend als Eingangsparameter für die zentrale Ablaufsteuerung, welche dafür verantwortlich ist, die energetische Produktion und Nachfrage in dem lokalen Energiesystem regelbasiert auszugleichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wahl des Optimierungsverfahrens einen Einfluss auf die Betriebsstrategie des lokalen Energiesystems hat. Da Betriebspunktwechsel und An- bzw. Abschaltvorgänge im dynamischen Modell mit Verzögerungen in der Leistungsbereitstellung einhergehen, wer-den diese im Vergleich zu dem linearen Ansatz häufiger vermieden. Allerdings gehen damit signifikant höhere Rechenzeiten einher, weshalb sich das dynamische Modell im Vergleich zu den anderen Modellen weniger für den Echtzeitbetrieb eignet. Auf systemischer Ebene kann gezeigt werden, dass durch eine vorgeschaltete Betriebsoptimierung grundsätzlich ökonomisch vorteilhaftere Steuerstrategien erzeugt werden. Eine finale Beurteilung bedarf jedoch einer über diese Arbeit hinausgehende Regelkreis- und Prozesssimulation der einzelnen Komponenten des Energiesystems. Abschließend wird deutlich, dass aufgrund der mangelnden Flexibilität der zentralen Steuerung nicht das volle Potential einer Betriebsoptimierung ausgeschöpft werden kann
Planetary backup bearings for high speed applications and service life estimation Methodology
Get PDFBackup bearings (BB) limit the rotor translational movement during malfunction, overload or power loss in the active magnetic bearings (AMB) in order to enable safe spin down and reduce secondary damage. Especially for high speed applications like flywheels with high rotor inertia, the requirements towards the load capacity and service life of the BB is comparably high. For a special type of flywheel with exceptionally high speeds in the BB interface, a planetary BB system is presented. The planetary BB consists of multiple bearing units placed circumferentially around the stator. Its elastic properties are described as well as a contact damping approach. For cost efficient BB investigation, a scaled test rig is introduced and a parametric study of different delivitations simulations is done. Several quantification methods to evaluate severity, bearing loads and lifetime utilization during BB are presented and applied to the simulations. The applicability of the planetary BB to vertical high speed rotors is confirmed by the simulation data and bearing element selection is affirmed. The results of the quantification methodologies show specific correlation to initial conditions and parameters like unbalance and in particular contact friction coefficient
Activation energy of aluminate dissolution in metakaolin: MLFF-accelerated DFT study of vdW and hydration shell effects
Get PDFThis research utilizes computational chemistry to investigate the complex mechanisms driving the dissolution of thermally activated metakaolin (MK) clay, a key supplementary cementitious material (SCM) in the manufacturing of concrete and geopolymer-based materials, thereby contributing to a reduced carbon footprint. A thorough exploration of the dissolution process is fundamental for fully understanding its pozzolanic reactivity. Expanding on our recent investigations into SiO₄⁴⁻ dissolution in MK, this work addresses critical data gaps in understanding the dissolution behavior of aluminate species. The findings complement essential input for microscopic forward dissolution rate computations using the atomistic kinetic Monte Carlo (kMC) upscaling approach. To this end, the study calculates the atomistic activation energy (ΔEa) of aluminate species at the transition state for the hydrolysis reaction using machine learning force fields (MLFF) based on density functional theory (DFT) and the improved dimer method (IDM) under far-from-equilibrium conditions, focusing on three activators: NaOH, KOH, and water. The analysis explores both the presence and absence of van der Waals (vdW) interactions, along with varying geometric configurations of hydration shells surrounding cations (Na⁺, K⁺) and the hydroxide anion (OH⁻). The findings indicate that KOH generally exhibits lower ΔEa than NaOH, especially when vdW interactions are considered. Moreover, the findings emphasize that reduced hydration shells around KOH and NaOH lead to lower ΔEa for the dissolution of aluminate species
60 Jahre Erweiterungsbauten auf dem Altstadtgelände
Get PDFDie Technische Hochschule Darmstadt sollte sich in den 1950er-Jahren tektonisch sowie strukturell gravierend verändern. Nach den ersten Wiederaufbaumaßnahmen in den späten 1940er-Jahren wurden im Rahmen eines Vierjahresplans bis 1959 für insgesamt 28 Millionen Deutsche Mark umfangreiche Baumaßnahmen umgesetzt, darunter der Bau des großen Physikhörsaals, diverser Versuchshallen sowie grundlegender Institutsgebäude. Der stetige Anstieg der Studierendenzahlen stellte vor allem die Fakultät für Elektrotechnik – zu dieser Zeit mit über 800 Studierenden der zweitgrößte Fachbereich an der TH Darmstadt – vor große Herausforderungen. Lediglich 60 Prozent der Abiturienten, die sich zu einem elektrotechnischen Studium meldeten, konnten immatrikuliert werden. Das durch den Zweiten Weltkrieg zerstörte Altstadtgelände an der Landgraf-Georg-Straße bot hierbei genügend Platz, um eine Ausbreitung des Hochschulquartiers in der Innenstadt zu realisieren und somit den Studierenden ausreichend Räumlichkeiten bieten zu können
Vor 60 Jahren: Karl Küpfmüller, ein Pionier der Elektrotechnik, wird emeritiert
Get PDFKarl Küpfmüller wurde am 6. Oktober 1897 in Nürnberg geboren, wo er bis 1913 die Volks- und Realschule besuchte. Es folgten eine Lehre (1913 – 1915) und gleichzeitig der Besuch der Ingenieurschule »Technikum Nürnberg« bis 1919, unterbrochen vom Kriegsdienst in den Jahren 1917 bis 1918. Von 1919 bis 1921 arbeitete Küpfmüller beim Telegrafenversuchsamt Berlin, legte zudem 1920 sein Abitur an der Oberrealschule Berlin Steglitz ab und besuchte im Anschluss Vorlesungen an der Universität Berlin
Einsatz von Fernerkundungsdaten und KI-Methoden zur nachhaltigen Landnutzung
Get PDFEine nachhaltige Flächeninanspruchnahme und der Erhalt schützenswerter Landschaften stellen zentrale Themen dar. Der vorliegende Beitrag untersucht die Einsatzpotenziale von innovativen Analysemethoden von Fernerkundungsdaten zur Verbesserung des Monitorings von Naturschutzmaßnahmen und Landnutzungsänderungen. Das spezifische Monitoring erfolgte mittels Bilddaten-Analyse aus Satellitendaten sowie durch gezielte Auswertung von Luftbildaufnahmen aus Befliegungen. Hierzu wurden entsprechende Auswertungsarithmetiken entwickelt, die je nach Anwendungsfall Geodaten und Statistiken ausgeben. Visualisiert und zur weiteren Analyse bereitgestellt wurden diese mittels eines webgestützten Geoinformationssystems, welches in einem Workshop mit Experten evaluiert wurde. Es kann festgestellt werden, dass die Verarbeitung von Fernerkundungs- und Geodaten mit den Methoden der künstlichen Intelligenz Fachanwender beim Monitoring von Naturschutzmaßnahmen und Landnutzung effektiv unterstützen können. Dadurch können Entwicklungen in Natur- und Landschaftsschutz besser nachvollzogen und bei Bedarf früher gegengesteuert werden
Achieving cross‐sectoral policy integration in multilevel structures—Loosely coupled coordination of “energy transition” in the German “Bundesrat”
Get PDFThe big policy challenges of our times are complex problems cutting across policy sectors and levels of government. To answer the question how cross-sectoral policy coordination in multilevel structures can be achieved, we argue in line with policy integration and multilevel governance scholarship that “loosely coupled” institutions create the interdependency necessary to secure complex coordination. This argument is substantiated empirically by investigating coordination of energy transition in the German Bundesrat. Expectations are derived on how loosely coupled institutions promote coordination. They are tested using a mix of empirical data. It can be shown that loosely coupled institutions indeed enable coordination by linking powers across multiple dimensions, creating incentives for cross-sectoral communication, using personal ties in negotiations to bridge different institutional backgrounds, and sequencing the decision process to allow strategic shifts between coordination dimensions. Those mechanisms may not guarantee the best possible result, but they provide a satisfactory solution at least