University of Kaiserslautern
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Normalkraft- und Knicklängenbestimmung von Druckstäben über die Ermittlung von modalen Parametern
Get PDFDas Bauwesen trägt erheblich zu den weltweiten Emissionen von Treibhausgasen bei und steht in einer führenden Rolle, einen geeigneten Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Dazu gehört nicht nur die energetische Sanierung vorhandener Bausubstanz, sondern ebenso die Entwicklung qualifizierter Bewertungs- und Analyseverfahren existierender Tragstrukturen. Diese Arbeit stellt ein dynamisches Verfahren zur Systemidentifikation vor, das Aussagen über die während der Messung vorhandenen Normalkräfte und Lagerungsbedingungen von Druckstäben ermöglicht. Grundlage des Verfahrens ist ein durch vier unabhängige Dreh- und Wegfedern gelagerter Euler-Bernoulli-Balken mit Normalkraftbeanspruchung. Auf Basis einer experimentellen Ermittlung der ersten Eigenkreisfrequenz und Eigenform definiert das vorgestellte Verfahren die Normalkraft und Federsteifigkeiten, welche fortan für einen experimentellen Stabilitätsnachweis herangezogen werden können. Für die Definition der Systemeigenschaften optimiert ein Partikelschwarmalgorithmus die gesuchten Parameter des Grundstabs so lange bis eine bestmögliche Übereinstimmung zwischen den messtechnisch ermittelten und theoretisch errechneten modalen Eigenschaften besteht. Das vorgestellte dynamische Verfahren zur Systemidentifikation wurde anhand von 20 Prüfkörpern der Systemlängen zwischen 2,3975m und 2,545m untersucht. Die Proben wurden senkrecht in einen vorhandenen Prüfrahmen eingebaut. Die untersuchten Prüfkörper bestanden aus fünf unterschiedlichen Stahlprofilen in Kombination mit vier verschiedenen oberen Anschlusstypen. Die Lasteinleitung erfolgte über eine vertikal verschiebliche Führung unterhalb des gelenkig angeschlossenen Prüfkörpers. Für den oberen Anschluss standen ebenfalls ein Gelenkanschluss sowie drei Anschlussprofile unterschiedlicher Biegesteifigkeiten zur Verfügung. Die Untersuchung umfasste über alle Druckstäbe hinweg 117 Belastungsversuche mit Normalkräften zwischen 8,36kN und 178,29kN. Dabei wurden für die Modalanalyse und anschließende Systemidentifikation je nach Anschlusstyp zwölf oder dreizehn gleichmäßig über den Prüfkörper verteilte Messstellen herangezogen. Die Ergebnisse des Identifikationsverfahrens ergeben für die optimierte Druckkraft bei 59 Untersuchungen, also etwa der Hälfte aller Proben, eine Abweichung von unter 10% gegenüber dem mit einer Kraftmessdose ermittelten Vergleichswert.
38 Versuche zeigen Abweichungen von weniger als 5,0%, wobei die geringste Differenz aller Versuche einen Wert von 0,1% demonstriert. Je näher die tatsächliche Last an der Eulerschen Knicklast des Prüfkörpers liegt, desto niedriger werden die messbaren Differenzen. Für Prüfkörper mit einer in den Laborversuchen besonders starken Auslastung der Eulerschen Knicklast zwischen 40% und 45% können die Abweichungen auf eine mittlere Differenz von 5,4% bei einer Standardabweichung von 2,9% reduziert werden. Für die Auswertung der Lagerungsbedingungen wurden die optimierten Federsteifigkeiten in dimensionslose Knicklängenbeiwerte überführt und mithilfe eines statischen Vergleichsverfahrens auf Basis einer experimentellen Verformungsfigur validiert. Grundlage der Auswertung sind die optimierten Drehfedersteifigkeiten des in dieser Arbeit planmäßig variierten oberen Profilanschlusses, wobei auf den Auswertungen der Prüfkörper mit einem Gelenkanschluss am oberen Ende verzichtet wird. Die statistische Auswertung, zusammenfassend je Prüfkörper, ergibt für den Knicklängenbeiwert der dynamischen Untersuchung eine durchschnittliche Abweichung von minimal 0,06% und maximal 5,09% gegenüber dem Wert der statischen Vergleichsuntersuchung. Über alle 15 Druckstäbe hinweg kann eine mittlere Abweichung von 1,56% und dazu korrespondierende Veränderung der Eulerschen Knicklast von -3,05% bis +3,19% ermittelt werden. Abschließend wurden mit dem dynamischen Verfahren fünf ca. 2,20m lange Stützen auf dem Betriebsgelände eines Industrieunternehmens untersucht. Die Stützen sind Elemente einhüftiger Rahmen und dienen zur Abstützung eines Lüftungsrohrs und dem dazugehörigen Laufsteg. Sie werden in der statischen Berechnung als beidseitig gelenkig gelagerte Pendelstäbe idealisiert und besitzen aufgrund vorhandener Einspannungen Lastreserven unklarer Größe. Durch die Anwendung des dynamischen Verfahrens zur Systemidentifikation und dem Ansatz von Drehfedersteifigkeiten konnte die ursprüngliche Grenzlast über alle Stützen hinweg um mindestens 7,1% gesteigert werden
Amtliche Bekanntmachung der RPTU Kaiserslautern-Landau 2024.09
Get PDFAmtliche Bekanntmachung der RPTU Nr. 9/28.11.202
Elucidating the behavior of the SARS-CoV-2 virus surface at vapor–liquid interfaces using molecular dynamics simulation
Get PDFAerosols play a major role in the transmission of the SARS-CoV-2 virus. The behavior of the virus within aerosols is therefore of fundamental importance. On the surface of a SARS-CoV-2 virus, there are about 40 spike proteins, which each have a length of about 20 nm. They are glycosylated trimers, which are highly flexible, due to their structure. These spike proteins play a central role in the intrusion of the virus into human host cells and are, therefore, a focus of vaccine development. In this work, we have studied the behavior of spike proteins of the SARS-CoV-2 virus in the presence of a vapor-liquid interface by molecular dynamics (MD) simulations. Systematically, the behavior of the spike protein at different distances to a vapor-liquid interface were studied. The results reveal that the spike protein of the SARS-CoV-2 virus is repelled from the vapor-liquid interface and has a strong affinity to stay inside the bulk liquid phase. Therefore, the spike protein bends when a vapor-liquid interfaces approaches the top of the protein. This has important consequences for understanding the behavior of the virus during the dry-out of aerosol droplets
Diskriminierende sprachliche Praktiken in heterogenen Bildungssettings
Get PDFDurch sprachliche Zugehörigkeiten findet im Bildungskontext Diskriminierung statt und ermöglicht oder verunmöglicht so (sprachliche) Teilhabe. Lehrkräfte und Schüler:innen konstruieren mittels sprachlicher Praktiken eine soziale Wirklichkeit, in der Mehrsprachigkeit als Problem betrachtet wird. Eine Dekonstruktion dieser Sichtweise zeigt, dass diskriminierende sprachliche Praktiken zugunsten eines mehrsprachigen Schulalltags zwar inzwischen vermehrt abgelehnt, aber eine wirklich multilinguale Schule vor allem noch durch institutionelle Vorgaben gebremst wird
"But Opa, I want to kümmer mich um die snails" – Navigieren plurilingualer Interaktionen
Get PDFDie Studie erforscht, wie ein simultan mehrsprachig aufwachsendes Kind im Vorschulalter Erwachsenen-Kind-Interaktionen navigiert, und konzentriert sich dabei auf die Mikroebene des individuellen sprachlichen Ressourcenmanagements in situ. Ergründet wird, wie das Kind durch „languaging“ in mehrsprachigen Kontexten innerhalb der Familie Bedeutung konstruiert und vermittelt. Mittels der konversationsanalytischen Methode der sequentiellen Analyse wird seine sprachliche Ressourcenwahl in videografierten, transkribierten Interaktionen untersucht. Die Datenanalyse zeigt, dass das Kind in Abhängigkeit der pragmatischen Erfordernisse der Kommunikationssituation, seines sprachlichen Wissens und seines wachsenden soziolinguistischen Bewusstseins die sprachlichen Ressourcen identifiziert, die sich zur Verwirklichung seiner kommunikativen Ziele am besten eignen
Sprachgebrauch in Verschwörungstheorien kritisch reflektieren: Implikationen aus einer empirischen Studie für den Deutschunterricht und die Professionalisierung angehender Lehrkräfte
Get PDFDer Text geht der Forschungsfrage nach, welchen Beitrag die kritische Analyse und Reflexion des Sprachgebrauchs in Verschwörungstheorien für die Professionalisierung angehender Lehrkräfte im Hinblick auf eine Thematisierung im Deutschunterricht leisten können. Die Auswertung empirischer Daten zu Gruppendiskussionen mit Studierenden über ein Video zur Klimawandelleugnung zeigt, dass die Tiefe der Auseinandersetzung mit der sprachlichen Gestaltung sich auf didaktische Überlegungen auswirken kann
Potential of Decentral Nature-Based Solutions for Mitigation of Pluvial Floods in Urban Areas—A Simulation Study Based on 1D/2D Coupled Modeling
Get PDFUrban drainage systems are generally designed to handle rainfall events only up to a certain in-tensity or volume. With climate change, extreme events that exceed the design storms and con-sequently result in flooding are occurring more frequently. Nature-based solutions (NBSs) have the potential to reduce the pressure on urban drainage systems and to increase their resilience. This study presents an approach to compare and evaluate the effectiveness of NBSs for flood mit-igation using a coupled 1D/2D model of surface and sewer flow. The study analyzes the effect of infiltration systems (dimensioned to return periods of T = 5 and 100 years), various green roofs, and tree pits considering the different degrees of implementation. The NBSs are represented as LID elements according to SWMM. As expected, the mitigation effect of NBSs declines with in-creasing rainfall intensities. However, infiltration systems dimensioned to T = 100 years achieve almost three times the flood reduction compared to systems dimensioned to T = 5 years, even during extremely heavy rainfall events (100 mm), resulting in a reduced total flood volume of 15.1% to 25.8%. Overall, green roofs (excluding extensive green roofs) provide the most significant flood reduction (33.5%), while tree locations have the least effect
Molecular Simulation and Entropy Scaling Modeling of Transport Properties
Get PDFKnowledge on transport properties of fluids is important for the design of many industrial processes in chemical and mechanical engineering, but experimental data are often scarce. Therefore, reliable models for predicting transport properties are required. In the present thesis, two ways for modeling transport properties were explored, which both stem from the field of molecular thermodynamics: Molecular dynamics (MD) simulations and entropy scaling. In both fields, various open questions were addressed: A comprehensive database on MD simulation data of the viscosity, thermal conductivity, and self-diffusion coefficient of the Lennard-Jones fluid was established. The assessment of the data yields, among others, insights in the reproducibility of the simulation of transport properties. Moreover, the results obtained from different force fields for the transport properties of a set of lubricants at very high pressures were compared, with the aim of identifying force fields that are suitable for modeling lubricants. By extending an online force field database to transferable force fields, their application in molecular simulations was facilitated. Furthermore, detailed studies of the heat transfer across solid-liquid interfaces on the nanoscopic level were carried out by non-equilibrium molecular dynamics (NEMD) simulations. In contrast to MD simulations, entropy scaling provides an analytical theory for modeling transport properties based on equations of state (EOS). The reliability of the underlying EOS model is crucial for the application of entropy scaling. Therefore, new EOS models were parameterized for alcohols and their extrapolation ability was tested. This was done based on high-pressure density data measured in this work. A new entropy scaling framework was developed that covers the entire fluid region. The framework was successfully applied for modeling the viscosity, the thermal conductivity, and the self-diffusion coefficient of different fluids in a wide range of states based on few experimental data. The excellent extrapolation behavior of the method is demonstrated. The approach was also extended to modeling diffusion coefficients in mixtures. This enables, for the first time, the prediction of self-diffusion coefficients and mutual diffusion coefficients in binary mixtures in a consistent way.Kenntnisse über die Transporteigenschaften von Fluiden sind für die Entwicklung vieler industrieller Prozesse in der chemischen Industrie und im Maschinenbau wichtig. Es liegen allerdings oft nur wenige experimentelle Daten vor. Daher werden zuverlässige Modelle zur Vorhersage von Transporteigenschaften benötigt. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei Modellierungsansätze für Transporteigenschaften aus dem Bereich der molekularen Thermodynamik untersucht: Molekulardynamik (MD)-Simulationen und Entropieskalierung. In beiden Bereichen wurden verschiedene offene Fragen behandelt: Es wurde eine umfassende Datenbank mit MD-Simulationsdaten für die Transporteigenschaften des Lennard-Jones-Modellfluids erstellt. Die Auswertung der Daten liefert u.a. Erkenntnisse über die Reproduzierbarkeit der Simulation von Transporteigenschaften. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse verschiedener Kraftfelder für die Transporteigenschaften einiger Schmierstoffe bei sehr hohen Drücken verglichen, um geeignete Kraftfelder zur Modellierung von Schmierstoffen zu ermitteln. Durch die Erweiterung einer Online-Kraftfelddatenbank auf übertragbare Kraftfelder wurde deren Anwendung in MD-Simulationen erleichtert. Darüber hinaus wurde mittels Nicht-Gleichgewichts- MD Simulationen der Wärmeübergang an Fest-Flüssig-Grenzflächen auf nanoskopischer Ebene untersucht. Im Gegensatz zu MD-Simulationen bietet die Entropieskalierung eine analytische Methode zur Modellierung von Transporteigenschaften auf der Grundlage von Zustandsgleichungen. Die Zuverlässigkeit der zugrundeliegenden Zustandsgleichung ist für die Anwendung der Entropieskalierung von entscheidender Bedeutung. Daher wurden neue Zustandsgleichungs-Modelle für Alkohole parametrisiert und deren Extrapolationsfähigkeit getestet. Dies erfolgte auf der Grundlage von Hochdruck-Dichtedaten, die im Rahmen dieser Arbeit gemessen wurden. Es wurde ein neues Rahmenwerk zur Anwendung der Entropieskalierung entwickelt, das den gesamten fluiden Zustandsbereich abdeckt. Das Rahmenwerk wurde erfolgreich zur Modellierung der Viskosität, der Wärmeleitfähigkeit und des Selbstdiffusionskoeffizienten verschiedener Fluide in einem breiten Zustandsbereich angewandt. Zudem wurde das gute Extrapolationsverhalten der Methode gezeigt. Der Ansatz wurde auch auf die Modellierung von Diffusionskoeffizienten in Mischungen erweitert. Dies ermöglicht erstmals eine konsistente Vorhersage der Selbst- und Transportdiffusionskoeffizienten in binären Mischungen
Changes in Surface Topography and Light Load Hardness in Thrust Bearings as a Reason of Tribo-Electric Loads
Get PDFThe article focuses on the findings of endurance tests on thrust bearings. In addition to the mechanical load (axial load: 10 C0/P 19, lubrication gap: 0.33 m h0 1.23 m), these bearings are also exposed to electrical loads (voltage: 20 Vpp U0 60 Vpp, frequency 5 kHz and 20 kHz), such as those generated by modern frequency converters. In a previous study, the focus was on the chemical change in the lubricant and the resulting wear particles. In contrast, this article focuses on the changes occurring in the metallic contact partners. Therefore, the changes in the surface topography are analysed using Abbott–Firestone curves. These findings show that tests with an additional electrical load lead to a significant reduction in roughness peaks. A correlation to acceleration measurements is performed. Moreover, it is shown that the electrical load possibly has an effect on the light load hardness. An increase in the occurring wear could not be detected during the test series. Also, a comparison with mechanical reference tests is made. The article finally provides an overview of different measurement values and their sensitivity to additional electrical loads in roller bearings