Digitales Repositorium der BTU Cottbus – Senftenberg
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Analyse der Fluidstrukturinteraktion unter Berücksichtigung des Strukturverhaltens
No full textThe development of computer technologies allows using numerical simulations in the early stages of aircraft design more and more often. The role of both wind tunnels and initial test flights used to validate of solutions seems to be diminishing. Big systems for three-dimensional simulations of Fluid-Structure Interactions (FSI) constitute highly specialized and costly software. Most of the codes are based on many simplifications. One of them is the assumption of linearity of the structural model being in contradiction with real-life situations. The postdoctoral dissertation presents the results of simulations for complex, multi-scale objects and non-linear structure models and extended structure testing in relation to damage in macroscale analysis. What is crucial for carrying out the assumed analyses is to extend a numerical tool comprising a flow and a structural program and a space grid deformation model for a system allowing to take into consideration the non-linearity of the structure. The point of reference for testing the suggested approaches are the existing solutions of the aeroelastic linear problems. Results of the recent research might be applied for the construction of increasingly common unmanned aerial vehicle (UAV). Modern structure is a key element that affects the basic parameters as mass or range of these vehicles. Until now the research and development of the aeroelastic calculation algorithm for commonly used materials in the framework of linear geometry and linear-elastic material behavior was used. The current developments of materials for light-weight design common use of 3D printing technology causes the increasingly widespread use of new alternative materials in the aviation industry. This is particularly true for the design and construction of UAV, where the basic requirements are the lightness of the structure and the maximum range. Unfortunately, the fulfillment of the above criteria means that the materials used are often loaded not only in a elastic range but also more often above this limit. In case of analyzing aeroelastic phenomena for a loaded structure we should take a closer look at the behavior of the material outside the elastic range in which the damage occurs. The process of destroying in the face of such dangerous phenomena as flutter in aircraft constructions requires a deeper analysis of the mechanics of materials, in particular for new materials and their manufacturing techniques. As part of joint experiments and numerical simulations, detailed research was carried out to describe the behavior of printed materials, which will be increasingly used in the design of aircraft structures. Extending the postdoctoral dissertation with the research carried out at BTU will allow further development of the existing FSI algorithm, taking into account the structural behavior more accurately and the possibility of predicting damage processes.Die Entwicklung von Computertechnologien ermöglicht den immer häufigeren Einsatz numerischer Simulationen in den frühen Phasen des Flugzeugentwurfs. Sowohl Windkanäle als auch erste Testflüge zur Validierung von Lösungen spielen offenbar eine immer geringere Rolle. Die meisten Codes basieren auf vielen Vereinfachungen. Eine davon ist die Annahme, dass die Linearität des Strukturmodells im Widerspruch zu realen Situationen steht. Die Habilitationsschrift präsentiert die Ergebnisse von Simulationen für komplexe, mehrskalige Objekte und nichtlineare Strukturmodelle sowie erweiterte Strukturtests in Bezug auf Schäden in der Makroskalenanalyse. Entscheidend für die Durchführung der angenommenen Analysen ist die Erweiterung eines numerischen Werkzeugs, das ein Strömungs- und ein Strukturprogramm sowie ein räumliches Gitterverformungsmodell umfasst, für ein System, das die Berücksichtigung der Nichtlinearität der Struktur ermöglicht. Bezugspunkt für die Prüfung der vorgeschlagenen Ansätze sind die vorhandenen Lösungen der aeroelastischen Linearprobleme. Ergebnisse der jüngsten Forschung könnten für den Bau zunehmend verbreiteter unbemannter Luftfahrzeuge (UAV) genutzt werden. Bisher wurde die Forschung und Entwicklung des aeroelastischen Berechnungsalgorithmus für häufig verwendete Materialien im Rahmen der linearen Geometrie und des linear-elastischen Materialverhaltens genutzt. Die aktuellen Materialentwicklungen für den Leichtbau sowie der Einsatz der 3D-Drucktechnologie führen dazu, dass in der Luftfahrtindustrie immer häufiger neue Alternativmaterialien zum Einsatz kommen. Dies gilt insbesondere für die Konstruktion und den Bau von UAVs, bei denen die Grundanforderungen die Leichtigkeit der Struktur und die maximale Reichweite sind. Leider führt die Erfüllung der oben genannten Kriterien dazu, dass die verwendeten Materialien häufig nicht nur im elastischen Bereich, sondern häufiger auch oberhalb dieser Grenze belastet werden. Bei der Analyse aeroelastischer Phänomene für eine belastete Struktur sollten wir das Verhalten des Materials außerhalb des elastischen Bereichs, in dem der Schaden auftritt, genauer betrachten. Der Prozess der Zerstörung angesichts so gefährlicher Phänomene wie Flattern im Flugzeugbau erfordert eine tiefergehende Analyse der Materialmechanik, insbesondere für neue Materialien und deren Herstellungstechniken. Im Rahmen gemeinsamer Experimente und numerischer Simulationen wurden detaillierte Untersuchungen zur Beschreibung des Verhaltens von gedruckten Materialien durchgeführt, die zunehmend bei der Gestaltung von Flugzeugstrukturen zum Einsatz kommen werden. Die Erweiterung der Habilitationsschrift um die an der BTU durchgeführten Forschungsarbeiten ermöglicht eine Weiterentwicklung des bestehenden FSI-Algorithmus unter genauerer Berücksichtigung des Strukturverhaltens und der Möglichkeit, Schadensprozesse vorherzusagen
Existence and regularity theory of the two-dimensional calculus of variations with applications to the plateau problem for surfaces of prescribed mean curvature
No full textDie vorliegende Arbeit behandelt für eine breite Klasse zweidimensionaler Variationsprobleme eine Existenz- und Regularitätstheorie, die der Lösung von Randwertproblemen partieller Differentialgleichungssysteme dient. Dabei werden bekannte Ergebnisse gründlich untersucht und umfassend aufgearbeitet. Teilweise wird eine geeignete Anpassung der Voraussetzungen einiger Resultate vorgenommen. Speziell wird die Theorie auf das Plateausche Problem für Flächen vorgeschriebener mittlerer Krümmung im R3 angewendet. Eingangs wird das Konzept der direkten Methoden der Variationsrechnung erläutert. Über einen fundamentalen Satz zur schwachen Unterhalbstetigkeit von Funktionalen wird die Existenz eines Minimierers für eine breite Klasse von Variationsproblemen nachgewiesen. Da die Existenztheorie in Sobolev-Räumen agiert, sind Untersuchungen zur Regularität eines Minimierers notwendig. Im Rahmen der Regularitätstheorie wird das Dirichletsche Wachstumstheorem von Morrey gezeigt, welches ein hinreichendes Kriterium für die Hölder-Stetigkeit einer Funktion X ∈ W1,2(G) liefert. Zum Nachweis der Anwendbarkeit des Dirichletschen Wachstumstheorems auf einen Minimierer wird ein Wachstumslemma verwendet. Dabei werden eine Verknüpfung des Dirichlet-Integrals mit Fourierreihen sowie das Dirichlet- Integral der harmonischen Ersetzung einer Funktion mit L2-Randwerten genutzt. Infolgedessen ergibt sich die Hölder-Stetigkeit im Inneren für einen Minimierer. Zudem wird die Stetigkeit des Minimierers bis zum Rand gezeigt, sodass die Existenz eines stetigen Minimierers für eine breite Klasse von Variationsproblemen gesichert ist. Anschließend erfolgt die Berechnung der ersten Variation sowie die damit verbundene Herleitung der schwachen Euler-Lagrange-Gleichung, welche eine Beziehung zur Lösungstheorie von Differentialgleichungen im Sinne des Dirichletschen Prinzips herstellt.
Ausgehend von der schwachen Euler-Lagrange-Gleichung wird die Hölder-Stetigkeit
der ersten Ableitungen eines Minimierers bewiesen. Für die Lösung von Randwertproblemen mit partiellen Differentialgleichungen zweiter Ordnung mithilfe der Variationsrechnung ist der Nachweis stetiger zweiter Ableitungen des Minimierers notwendig. Dabei wird der Fokus auf sogenannte Minimierer vom Poissonschen Typ gelegt. Eine C2,σ-Rekonstruktion, die auf der Schaudertheorie basiert, liefert in diesem Fall die gewünschte Regularität. In Anwendung dessen werden das Randwertproblem harmonischer Abbildungen in Riemannschen Räumen sowie das Dirichletproblem des H-Flächen-Systems behandelt, indem jeweils ein geeignetes Variationsproblem aufgestellt wird. Als Erweiterung des Dirichletproblems des H-Flächen-Systems wird das allgemeine
Plateausche Problem für Flächen vorgeschriebener mittlerer Krümmung mit den erarbeiteten Methoden der Variationsrechnung untersucht. Zudem wird das Plateausche Problem für Flächen vorgeschriebener mittlerer Krümmung in Kugeln, in Zylindern sowie insbesondere im Einheitskegel gelöst. Insgesamt wird eine ausführliche, in sich geschlossene und gut verständliche Existenzund Regularitätstheorie der zweidimensionalen Variationsrechnung zur Behandlung von Randwertproblemen partieller Differentialgleichungssysteme dargestellt, welche sich in besonderer Weise bei der Lösung des Plateauschen Problems für Flächen vorgeschriebener mittlerer Krümmung entfaltet.This work deals with the existence and regularity theory for a wide class of twodimensional variational problems, with the intention to solve boundary value problems for systems of partial differential equations. Known results are thoroughly examined and comprehensively elaborated. Partially, the requirements for some of the results are suitably adapted. In particular, the theory is applied to Plateau’s problem for surfaces of prescribed mean curvature in R3. At the beginning, the concept of the direct methods in the calculus of variations is explained. The existence of a minimizer for a wide class of variational problems is demonstrated by means of a fundamental theorem on the weak lower semicontinuity of functionals. Since the existence theory operates in Sobolev spaces, investigations about the regularity of a minimizer are necessary.
In the context of the regularity theory, the Dirichlet growth theorem by Morrey is shown, which provides a sufficient condition for the Hölder continuity of a function X ∈ W1,2(G). A growth lemma is used to demonstrate the applicability of the Dirichlet growth theorem to a minimizer. A combination of the Dirichlet integral with Fourier series and the Dirichlet integral for the harmonic replacement of a function with L2 boundary values are utilized. As a result, the Hölder continuity in the interior for a minimizer is established. In addition, the continuity of the minimizer up to the boundary is shown, so that the existence of a continuous minimizer is ascertained for a wide class of variational problems. Subsequently, the first variation is calculated and the associate weak Euler-Lagrange equation, which relates to solutions of differential equations in the sense of Dirichlet’s principle, is derived. The weak Euler-Lagrange equation is the base for proving the Hölder continuity of the first derivatives for a minimizer. In order to solve boundary value problems with partial differential equations of the second order via the calculus of variations, the proof of continuous second derivatives for the minimizer is necessary. The focus is laid on so-called minimizers of Poisson type. A C2,σ-reconstruction based on the Schauder theory provides the desired regularity in this case. As an application of this theory, the boundary value problem of harmonic mappings in Riemannian spaces as well as the Dirichlet problem of the H-surface system are treated via the solution of a suitable variational problem in each case. As an extension for the Dirichlet problem of the H-surface system, the general Plateau’s problem for surfaces of prescribed mean curvature is investigated using the variational methods that have been developed. In addition, Plateau’s problem for surfaces of prescribed mean curvature is solved in balls, in cylinders and especially in the unit cone. With these investigations a detailed, self-contained and easily understandable existence and regularity theory of the two-dimensional calculus of variations for the treatment of boundary value problems for systems of partial differential equations is presented, which is especially suited to solve Plateau’s problem for surfaces with prescribed mean curvature
Development of a modular soft matter optics setup for microgravity experiments
No full textMit dem Begriff „weiche Materie“ wird eine Stoffklasse bezeichnet, die uns im Alltag ständig und nahezu überall begegnet. Dennoch zählt die Erforschung solcher Materialsysteme zu einer noch recht jungen Disziplin moderner Materialforschung. Dem Ziel, ein besseres Verständnis und Vorhersehbarkeit mechanischer Eigenschaften zu gewinnen, gehen Kenntnisse über die innere Dynamik voraus. Die Dynamik in solchen Systemen wird dabei von vergleichsweise geringen Kräften getrieben, die bei Untersuchungen auf der Erde von dominant erscheinenden schwerkraftgetriebenen Phänomenen wie beispielsweise der Sedimentation überlagert werden können. In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung einer Anlage beschrieben, die eine modulare Experimentplattform auf einer Höhenforschungsrakete darstellt und Experimente zur Untersuchung weicher Materie unter nahezu gänzlicher Ausschaltung der Schwerkraft ermöglicht. Ein druckdichter und wiederverwendbarer Rumpf stellt den Experimenten auch während des Fluges atmosphärische Bedingungen zur Verfügung, wobei durch eine Luke nicht langzeitstabile Proben kurz vor Start der Rakete integriert werden können. Häufig genutzte Diagnostikelemente von Lichtstreuexperimenten und Servicesystemkomponenten zur Versorgung mit Energie und Informationen werden in eine Baugruppe gebündelt und über definierte Schnittstellen für Neuentwicklungen zugänglich gemacht, sodass deren Entwicklungszeiten verkürzt werden können. Exemplarisch werden zwei Lichtstreuexperimente entwickelt und in das Modul integriert: Ein kolloidaler Teil, der die Bewegung aktiver Mikroschwimmer untersucht, und einen granularen Teil, bei dem Licht an Teilchen und Gasblasen gestreut wird.
Die phototaktisch getriebenen Mikroschwimmer zeigen ohne die auf der Erde unvermeidlichen Randschichteffekte unter Mikrogravitation eine messbar verschiedene Dynamik. Mit einer kritischen Bewertung werden Verbesserungspotentiale aufgelistet, die teils im Zweitflug umgesetzt werden. Für zukünftige Anwendungen auf der Experimentplattform werden Ideen und Vorhaben im Kontext der Möglichkeiten aufgeführt, wobei der Nutzen und der Mehrwert eines wiederfliegenden Moduls an Hand von Ergebnissen aus den stattgefundenen Flügen manifestiert werden können.The term "soft matter" refers to a class of materials that we encounter constantly and almost everywhere in everyday life. Nevertheless, research into such material systems is still a relatively new discipline in modern materials research. The aim of gaining a better understanding and predictability of mechanical properties is preceded by knowledge of the internal dynamics. The dynamics in such systems are driven by comparatively small forces, which can be superimposed by seemingly dominant gravity-driven phenomena such as sedimentation during investigations on Earth.
This paper describes the development of a system that represents a modular experimental platform on a sounding rocket and enables experiments to investigate soft matter with almost complete elimination of gravity. A pressure-tight and reusable fuselage provides the experiments with atmospheric conditions even during the flight, whereby non-long-term stable samples can be integrated through a hatch shortly before the launch of the rocket. Frequently used diagnostic elements of light scattering experiments and service system components for the supply of energy and information are bundled into one assembly and made accessible for new developments via defined interfaces, so that their development times can be shortened. As an example, two light scattering experiments are developed and integrated into the module: A colloidal part, which investigates the movement of active microswimmers, and a granular part, in which light is scattered by particles and gas bubbles. The phototactically driven microswimmers exhibit measurably different dynamics under microgravity without the boundary layer effects that are unavoidable on Earth. A critical evaluation lists potential improvements, some of which will be implemented in the second flight. For future applications on the experimental platform, ideas and plans are listed in the context of the possibilities, whereby the benefits and added value of a re-flying module can be manifested on the basis of results from the flights that have taken place
Populationsökologie der Weinbergschnecke (Helix pomatia) in Cottbus, Brandenburg
No full textBy the year 2539 almost 75% of all freshwater mollusc species within Europe will be lost. The transformation of natural ecosystems, the extension of infrastructure, as well as agriculture are the main threats. The Roman snail (Helix pomatia L. 1758) has been part of human culture for centuries and is protected by law as an endangered species in several regions, and at the same time regarded and treated as a pest, making the conservation of this species difficult.
The aim of this thesis was to create a better understanding of H. pomatia and its functional role within the ecosystem. Eight subpopulations were studied regarding its role within the food web, the use of empty shells as a mircohabitat and its influence on vegetation by showing food preferences. The latter, due to the fact, that a strong predation pressure can minimize habitats, which leads to higher pressure on the local vegetation and a limited possibility of shells being used as a microhabitat.
First, the relationships between H. pomatia individuals, subpopulations and their predators were analysed. The total number and percentage of shells that showed external attack marks by predators (32%) and internal utilization marks by Diptera pupae (45%) were analysed and correlated to morphometric traits of shells. Signs of external attack and internal utilization marks were positively correlated (R = 0.79; P = 0.020). External attacks were more regular in larger shells and internal utilization was more frequent in shells with higher body density.
The second chapter focuses on the shells of H. pomatia and their value as microhabitat for shell adopters in different vegetation forms and during two sample periods. Out of 618 collected shells, 91.4 % were inhabited and the average was 1.5 time higher in summer, than in autumn. The number of shell adopters per shell was 1.5 times higher in herbaceous vegetation, than in areas dominated by trees. Shell width (P = 0.008), but not shell height (P = 0.078) had a significant higher influence.
Finally, food preferences of H. pomatia were analysed, showing a pronounced preference for Urtica dioica (35% of all 697 feeding interactions) and plant litter (44%). Only 27 out of 143 available plant species were eaten and a literature review confirmed U. dioica as a food plant for 19 other terrestrial snail species. The width and height of the snail shells were related to the feeding height as smaller, juvenile snails fed higher in vegetation (384mm ± 327mm) compared to adult individuals (68mm ± 194mm) (P<0.001).
These results highlight the importance of H. pomatia in the studied ecosystem. H. pomatia is an important food source for predators and host for parasitoids, the shells offer habitat and refuge for soil organisms and as a relatively specialized herbivore and decomposer H. pomatia contributes to herbivory and nutrient cycling in ecosystems.
Hopefully this study may help to motivate future conservation efforts.Bis zum Jahre 2539 werden beinahe 75% aller Frischwassermollusken in Europa ausgestorben sein, wobei die Hauptursachen hierfür die Veränderungen von Ökosystemen, der Ausbau der Infrastruktur und der Landwirtschaft sind. Die Weinbergschnecke (Helix pomatia L. 1758) ist seit vielen Jahrhunderten ein Teil der menschlichen Kultur und in vielen Regionen gesetzlich als bedrohte Art geschützt. Der Erhalt dieser Art wird jedoch durch die Wahrnehmung und Behandlung als Schädling erschwert.
Das Ziel dieser Untersuchungen ist es ein besseres Verständnis zu bekommen von der Rolle der Weinbergschnecke im Ökosystem. Acht Teilpopulationen von H. pomatia wurden aus der Perspektive des Nahrungsnetzes, leerer Gehäuse als Mikrohabitat und der Ernährungsökologie betrachtet. Letzteres unter anderem weil ein starker Druck durch Prädation die Habitate minimiert, was zu einem erhöhten Fraßdruck auf die besiedelte Vegetation und einer örtlich begrenzten Verfügung von leeren Schneckenschalen führt.
Untersucht wurden Beziehungen zwischen H. pomatia, Fressfeinden und Parasitoiden, wofür Schalen, welche Zeichen von äußeren Angriffen durch Fressfeinde (32%) und interne Spuren der Nutzung durch Dipteren aufwiesen (45%), mit körperlichen Merkmalen der Schnecke verglichen wurden. Äußere Angriffe, sowie innere Nutzung korrelierten positiv miteinander (R= 0.79; P= 0.020). Äußere Angriffe kamen häufiger vor in Subpopulationen mit größeren Gehäusen, während die innere Nutzung mit hoher Körperdichte korrelierte.
Ferner wird die Nutzung der Schalen von H. pomatia als Mikrohabitat für Bodenorganismen, in unterschiedlichen Vegetationsformen und in zwei Sammelperioden untersucht. Von 618 eingesammelten Schalen wurden 91,4% von anderen Tierarten genutzt, wobei die Anzahl im Sommer und in einer Krautschicht 1,5-mal höher war als im Herbst oder in Gebieten mit Bäumen ohne eine Krautschicht. Die Breite der Gehäuse (P= 0.008) aber nicht deren Höhe (P= 0.078) beeinflusste die Zusammensetzung der Nutzer.
Schließlich wurde die Ernährungsökologie von H. pomatia untersucht, welche zeigt, dass H. pomatia eine Präferenz für Urtica dioica (35% von 697 Fressaufnahmen) und Laubstreu (44%) hat. Nur 27 von 143 lokal verfügbaren Pflanzen wurden gefressen und die Bedeutung von U. dioica als Nahrungspflanze wurde durch eine Literaturrecherche für 19 weitere Landschneckenarten bestätigt. Die Breite und Höhe der Gehäuse korrelieren negativ mit der Höhe der fressenden Schnecken in der Vegetation (P<0.001).
Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung von H. pomatia in dem untersuchten Ökosystem. H. pomatia ist eine wichtige Nahrungsquelle für Tiere und Wirt für Parasitoide, die Schalen bieten Lebensraum und Zuflucht für Bodenorganismen, und als relativ spezialisierter Pflanzenfresser und Zersetzer trägt H. pomatia zur Herbivorie und zum Nährstoffkreislauf in Ökosystemen bei.
Hoffentlich trägt diese Untersuchung zur Motivation zukünftiger Schutzmaßnahmen bei
Über die praktische Anwendbarkeit von neuroadaptiven Technologien : Untersuchungen zur Subjektunabhängigkeit, Aufgabenunabhängigkeit und Vielseitigkeit von passiven Gehirn-Computer-Schnittstellen
No full textBrain-computer interfacing (BCI) is a relatively new field of study that involves engineering, neuroscience, psychology, and physiology. A BCI is a system that allows direct communication between the brain and the environment, using signals from electroencephalography (EEG) to identify a user's intentions and mental states. This can be used for human-machine interaction (HMI) to adapt software or control a device. Particularly passive BCIs are the most promising for the general population, as they can detect and interpret a user's mental state without requiring their attention. This can enable neuroadaptive technology (NAT), which allows a machine to learn over time how the user perceives and interprets the world. However, there are still obstacles to be overcome before BCI technology can be applied in real-world situations for NAT.
In this work I firstly address the issue of subject dependence in training data collection for classifier calibration, which can be time-consuming and impractical. I investigated the training of a subject-independent predictive model that is trained on a group of other users' data and applied to online-testing data of a new person. This was done in the context of training an automatic classifier for error detection and correction. Results showed that a classifier model can be trained without user-specific calibration and with high accuracy. The number of electrodes used in training the model was also reduced. Further it was validated that the trained classifier models were based on cortical sources and not other modalities.
In a second study I address the issue of task-dependence. To that end I tested the application of a potentially task-independent calibration paradigm for mental workload assessment in a new task. This new task was a speed reading context, where subjects read texts of varying difficulty and speed. The study found that the mental workload prediction model was accurate in classifying mental workload in different reading tasks, indicating that it can be used as a task-independent classifier for mental workload.
In a third study I examine if it is possible to measure neural correlates of human moral assessment using a passive BCI on a single-trial basis. A calibration paradigm was developed using pictures that were ranked as morally unacceptable and morally neutral. However, the results showed low classification accuracies and it was not possible to reliably distinguish between a user's subjective moral evaluations on a single-trial basis using current classification approaches.
The results presented in this thesis provide solutions towards real-world applicability of NAT enabled by passive BCIs, as examples of a subject-independent and a task-independent classifier are demonstrated and discussed. Further, approaches for increased versatility of passive BCI technology are presented, that could make passive BCIs more feasible for use in future real-world human-machine interaction settings.Ein Brain-Computer Interface (BCI) ermöglicht eine direkte Kommunikation zwischen dem Gehirn und der Umwelt. Dies kann für die Mensch-Maschine-Interaktion (HMI) genutzt werden, um Software anzupassen oder ein Gerät zu steuern. Vor allem passive BCIs sind vielversprechend, da sie mentale Zustände von Nutzern erkennen und interpretieren können, ohne deren Aufmerksamkeit zu erfordern. Dies kann für die neuroadaptive Technologie (NAT) genutzt werden, welche es Maschinen erlaubt, zu lernen, wie ein Nutzer die Welt wahrnimmt und interpretiert. Allerdings gibt es Hindernisse, die überwunden werden müssen, bevor die BCI-Technologie in realen Situationen für NAT eingesetzt werden kann.
In dieser Arbeit befasste ich mich zunächst mit dem Problem der Subjektabhängigkeit beim Erheben von Trainingsdaten für die Kalibrierung von Klassifikatoren, die meist zeitaufwändig und unpraktisch ist. Ich untersuchte ein subjektunabhängiges Vorhersagemodell zur automatischen Klassifikation von Fehlerwahrnehmung, das auf einer Gruppe von Daten anderer Nutzer trainiert und auf die Online-Testdaten einer neuen Person angewendet wird. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Klassifikatormodell ohne benutzerspezifische Kalibrierung und mit hoher Treffgenauigkeit trainiert werden kann. Auch die Anzahl der für das Training des Modells verwendeten Elektroden wurde reduziert, sowie validiert, dass die trainierten Klassifikatormodelle auf kortikalen Quellen basierten.
In einer zweiten Studie testete ich die Anwendung eines potenziell aufgabenunabhängigen Kalibrierungsparadigmas zur Messung von mentaler Arbeitsbelastung in einer neuen Aufgabe - einer Schnellleseaufgabe, bei der die Probanden Texte mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad und Geschwindigkeit lasen. Die Studie ergab, dass das Modell zur Vorhersage der mentalen Arbeitsbelastung bei verschiedenen Leseaufgaben genau klassifizieren konnte, was darauf hindeutet, dass es als aufgabenunabhängiger Klassifikator verwendet werden kann.
In einer dritten Studie habe ich untersucht, ob es möglich ist, neuronale Korrelate der menschlichen moralischen Bewertung durch passive BCIs auf Einzeldurchgangsbasis zu messen. Ein Kalibrierungsparadigma wurde mit Bildern entwickelt, die als moralisch inakzeptabel und moralisch neutral eingestuft wurden. Die Ergebnisse zeigten jedoch eine geringe Klassifizierungsgenauigkeit und es war nicht möglich zwischen den subjektiven moralischen Einschätzungen eines Nutzers auf Einzeldurchgangsbasis mithilfe von derzeitigen Klassifizierungsansätzen zuverlässig zu unterscheiden.
Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse bieten Lösungen für die praktische Anwendbarkeit von NAT durch passive BCIs, da Beispiele für einen subjektunabhängigen und einen aufgabenunabhängigen Klassifikator demonstriert und diskutiert werden. Darüber hinaus werden Ansätze für eine größere Vielseitigkeit von passiven BCIs vorgestellt, die deren Einsatz in zukünftiger HMI erleichtern könnten
Saisonale Variabilität der kultivierbaren nitratreduzierenden und denitrifizierenden Bakterien und der Anzahl der funktionellen Genkopien in einem Süßwassersee
No full textThis study describes the seasonal course of denitrifying and nitrate-reducing bacteria in a dimictic mesotrophic lake (Lake Scharmützelsee, Brandenburg, Germany) within a three-year period from 2011 to 2013. The bacterial cell numbers were quantified by the fluorescence microscopy, most probable number (MPN) and PCR-dependent quantification of the chromosomal 16S rDNA and of the nirS and nirK gene copy number. The highest seasonal differences (up to three orders of magnitudes) have been measured usingMPNin the epilimnion. This variation was not reflected by PCR-dependent approaches or direct microscopical enumeration. At adverse conditions (low temperature and/or low nitrate concentrations), the differences between MPN and gene copy numbers increased by up to five orders of magnitudes and decreased to one magnitude at favourable environmental conditions. These results can be explained best by an increasing ratio of viable but not cultivable (VBNC) cells or dead cells at impairing conditions. In the hypolimnion, the courses of MPN and nir gene copy numbers were similar. This can be explained by a higher feeding pressure and therefore smaller amounts of dormant cells. In the pelagial in general, the total cell numbers enumerated by either microscopical or molecular approaches were similar. In the sediment, more than 99% of the DNA was obviously not related to viable bacteria but was rather DNA in dead cells or adsorbed to particle surfaces.Diese Studie beschreibt den jahreszeitlichen Verlauf von denitrifizierenden und nitratreduzierenden Bakterien in einem dimiktischen mesotrophen See (Scharmützelsee, Brandenburg, Deutschland) innerhalb eines dreijährigen Zeitraums von 2011 bis 2013. Die Bakterienzellzahlen wurden mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie, der höchstwahrscheinlichen Anzahl (MPN) und der PCR-abhängigen Quantifizierung der chromosomalen 16S rDNA und der nirS- und nirK-Gen-Kopienzahl bestimmt. Die größten saisonalen Unterschiede (bis zu drei Größenordnungen) wurden mit der MPN im Epilimnion gemessen. Diese Unterschiede wurden nicht durch PCR-abhängige Ansätze oder direkte mikroskopische Auszählung nicht wider. Unter ungünstigen Bedingungen (niedrige Temperatur und/oder niedrige Nitratkonzentration) stiegen die Unterschiede zwischen der MPN und der Genkopienzahl um bis zu fünf Größenordnungen, während sie unter günstigen Umweltbedingungen auf eine Größenordnung abnahmen. Diese Ergebnisse lassen sich am besten durch einen zunehmenden Anteil lebensfähiger, aber nicht kultivierbarer Zellen (VBNC) oder toter Zellen bei ungünstigen Bedingungen erklären. Im Hypolimnion waren die Verläufe der MPN- und nir-Genkopienzahlen ähnlich. Dies lässt sich durch einen höheren Fütterungsdruck und daher geringere Mengen an ruhenden Zellen erklären. Im Pelagial waren die Gesamtzahl der Zellen, die entweder durch mikroskopische oder molekulare Methoden ermittelt wurden, im Allgemeinen ähnlich. Im Sediment gehörten mehr als 99 % der DNA offensichtlich nicht zu den lebensfähigen Bakterien, sondern waren vielmehr DNA in toten Zellen oder an Partikeloberflächen adsorbiert
Klima-Governance in Weltkulturerbestädten
No full textThis study explores the interplay between the UNESCO status and climate governance in World Heritage cities. With climate change posing significant threats to living urban landscapes, local governments and public actors strive to implement sustainable and resilient strategies. However, complications arise when cities attain the World Heritage status, complicating climate governance practices. Qualitative research, involving interviews with key stakeholders from the Climate and Monument Protection Departments in Lübeck, Regensburg, and Bamberg, reveals a negative impact of cultural heritage on climate governance. The study contends that, when harnessed effectively, cultural heritage can contribute to the sustainability and resilience of cities in addressing climate change. It emphasises the necessity for flexibility, collaboration, and a human-centric approach, advocating for a common understanding and prioritisation of human life within climate governance. In conclusion, this research underscores the importance of viewing heritage as a dynamic component integrated into cities' climate governance strategies.Diese Studie untersucht die Wechselwirkung zwischen dem UNESCO-Status und der Klimagovernance in Welterbestädten. Da der Klimawandel eine erhebliche Bedrohung für lebendige Stadtlandschaften darstellt, bemühen sich lokale Regierungen und öffentliche Akteure um die Umsetzung nachhaltiger und widerstandsfähiger Strategien. Allerdings entstehen Komplikationen, wenn Städte den Welterbestatus erhalten, was die Klimagovernance-Praktiken erschwert. Qualitative Forschung, die Interviews mit wichtigen Akteuren aus den Abteilungen für Klima- und Denkmalschutz in Lübeck, Regensburg und Bamberg umfasst, zeigt einen negativen Einfluss des kulturellen Erbes auf die Klimagovernance. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass das kulturelle Erbe, wenn es effektiv genutzt wird, zur Nachhaltigkeit und Widerstandsfähigkeit von Städten im Umgang mit dem Klimawandel beitragen kann. Sie unterstreicht die Notwendigkeit von Flexibilität, Zusammenarbeit und einem menschenzentrierten Ansatz und plädiert für ein gemeinsames Verständnis und eine Priorisierung des menschlichen Lebens innerhalb der Klimagovernance. Abschließend unterstreicht diese Studie, wie wichtig es ist, das Kulturerbe als eine dynamische Komponente zu betrachten, die in die Klimagovernance-Strategien von Städten integriert wird
Strength grading of timber components for existing buildings : a contribution to the conservation of historical buildings
No full textDiese Arbeit befasst sich mit systematischen Untersuchungen zur Entwicklung einer Methode zur Festigkeitssortierung von Holzbauteilen in bestehenden Konstruktionen. Deren Notwendigkeit ergibt sich aus der bauaufsichtlichen Forderung, die für die Errichtung von Neubauten geltenden Normen auch im Zuge der Instandsetzung bestehender Konstruktionen anzuwenden. Dazu ist auch Kenntnis über die vorhandene Materialqualität erforderlich. Diese wird in der Praxis meist nur abgeschätzt, da bis dato keine konkreten normativen Regelungen für die Bewertung von Holzbauteilen in bestehenden Konstruktionen existieren. Tragfähigkeitsreserven und -defizite können so nicht erfasst werden. Dies kann zu unwirtschaftlichen, unverhältnismäßigen und nicht fachgerechten Eingriffen in die Bausubstanz führen. Das ist aus ökonomischer, ökologischer und denkmalpflegerischer Sicht nicht vertretbar.
Das Ziel der Arbeit war die Adaption der in Deutschland geltenden normativen Regeln für die Festigkeitssortierung von neuem Bauholz zur Anwendung in Bestandsbauten. Hauptaugenmerk lag auf der Kombination visueller und zerstörungsfreier/-armer Prüfmethoden. Deren zuverlässige Anwendung erfordert ein statistisch abgesichertes Auswertungsmodell. Dahin-gehend wurde eine ausführliche Literaturstudie zur Festigkeitssortierung von Bauholz, zur Bauzustandsbewertung von Bestandsbauten und der zerstörungsfreien/-armen Prüfung von Holz geführt. Darauf aufbauend erfolgten umfangreiche Materialversuche an Proben in Bauholzdimension zur Anwendbarkeit ausgewählter zerstörungsfreier/-armer Prüfmethoden. Die auf dieser Grundlage entwickelte Festigkeitssortiermethode wurde in zusätzlichen Versuchen an altem Bauholz und in bestehenden Konstruktionen erprobt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die visuelle Sortierung für die Erfassung der Holzqualität in-situ nicht zuverlässig genug ist. Gleiches gilt für eine alleinige Anwendung zerstörungsfreier/-armer Prüfmethoden. Die Kombination beider Methoden mit Hilfe eines statistisch abgesicherten Auswertungsmodells führt zu einer wesentlich zuverlässigeren Abschätzung der Materialqualität. Die entwickelte Festigkeitssortiermethode ermöglicht darüber hinaus die Anpassung des Untersuchungsumfangs auf die jeweilige Konstruktion und deren spezifischen An-forderungen. Die Erprobung zeigt, dass Tragfähigkeitsreserven und -defizite zuverlässig er-mittelt werden können. In den durchgeführten Fallstudien an historischen Holzkonstruktionen ergaben sich Reserven von (17 … 67) % der Festigkeit sowie von (7 … 27) % der Steifigkeit. Gleichzeitig konnten einzelnen, auf Grundlage der visuellen Sortierung nicht als Bauholz verwendbare Bauteile einer Festigkeitsklasse nach EN 338 zugeordnet werden.
Die Anwendung der entwickelten Methodik zur in-situ Festigkeitssortierung ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber der aktuellen Praxis bei der Bewertung bestehender Holzkonstruktionen. Sie eröffnet die Möglichkeit, Instandsetzungsmaßnahmen substanzschonender und wirtschaftlicher zu planen.
This thesis is concerned with systematic investigations for the development of a method for strength grading of timber components in existing structures. The need for this arises from the requirement of the building authorities to apply the standards applicable to the erection of new buildings to the repair of existing structures. This also requires knowledge of the existing material quality. In practice, this is usually only estimated, as to date there are no specific standardised regulations for the assessment of timber components in existing structures. Load-bearing capacity reserves and deficits cannot be recognised in this way. This can lead to uneconomical, disproportionate and inappropriate interventions in the building fabric. This is unacceptable from an economic, ecological and conservation point of view.
The aim of the thesis was to adapt the normative german regulations for the strength grading of new construction timber for the application in existing structures. The main focus was on the combination of visual and non-/semi-destructive test methods. Their reliable application requires a statistically validated evaluation model. To this end, a detailed literature study was conducted on the strength grading of structural timber, the assessment of the structural condition of existing buildings and the non-/semi-destructive testing of timber. Based on this, extensive material tests were carried out on samples in the dimension of construction timber to determine the applicability of selected non-/semi-destructive testing methods. The strength grading method developed on this basis was trialled in additional tests on old timber and in existing structures.
The results show that visual grading is not reliable enough for determining wood quality in-situ. The same applies to the sole use of non-/semi-destructive testing methods. The combination of both methods with the help of a statistically analysed evaluation model leads to a much more reliable estimation of the material quality. The developed strength grading method also enables the scope of the test to be adapted to the respective construction and its specific requirements. The trial shows that load-bearing capacity reserves and deficits can be reliably determined. In the case studies carried out on historical timber constructions, reserves of (17 ... 67) % of the strength and (7 ... 27) % of the stiffness were found. At the same time, individual components that could not be used as construction timber on the basis of visual sorting could be assigned to a strength class in accordance with EN 338.
The application of the developed methodology for in-situ strength grading is therefore a significant improvement on current practice in the assessment of existing timber structures. This opens up the possibility of planning redevelopment measures in a more substance-careful and economical way
Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2024,11 (06.06.2024)
No full textBerichtigung: Erste Änderungssatzung zur fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Medizintechnik vom 15. März 2024
Erste Änderungssatzung zur fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Medizintechnik vom 15. März 2024 (Lesefassung nach Berichtigung)
Lesefassung: Fachspezifische Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Medizintechnik vom 04. Oktober 2022 i. d. F. der ersten Änderungssatzung zur Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Medizintechnik vom 15. März 202
Schwimmende Architektur : Bauen am und auf dem Wasser
No full textFloating architecture is not only an issue for luxurious tourism but with the climatic change the building of floating structures becomes relevant for many areas in the world. In regions with rising sea levels, frequent flooding, or thawing permafrost, floating structures can be a solution to adapt existing settlement areas to these new conditions. The self-sufficient energy and supply systems required for floating settlements can also be used in rural areas with a lot of migration. The collection presents papers of conference series “International Conference on Amphibious and Floating Architecture, Design and Engineering (ICAADE)” organized by the Institute for Floating Buildings (IfSB e.V.) and the Faculty of Architecture, Civil Engineering and Urban Planning at Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg (BTU).Schwimmende Bauten sind nicht nur ein Thema für den Luxustourismus, sondern mit dem Klimawandel wird der Bau von schwimmenden Strukturen für viele Gebiete der Welt relevant. In Regionen mit steigendem Meeresspiegel, häufigen Überschwemmungen oder auftauendem Permafrost können schwimmende Strukturen eine Lösung sein, um bestehende Siedlungsgebiete an diese neuen Bedingungen anzupassen. Die für schwimmende Siedlungen erforderlichen autarken Energie- und Versorgungssysteme können auch in ländlichen Gebieten mit hohem Migrationsanteil eingesetzt werden. Der Sammelband präsentiert Beiträge der Tagungsreihe „International Conference on Amphibious and Floating Architecture, Design and Engineering (ICAADE)“, die vom Institut für Schwimmende Bauten (IfSB e.V.) und der Fakultät für Architektur, Bauingenieurwesen und Stadtplanung der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) organisiert wird