Clausthal University of Technology
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Comparison of laser energy absorption between Thulium and Ytterbium laser for PBF-LB of magnesium WE43
Full text linkAdditive manufacturing of magnesium WE43 components, especially in powder bed fusion of metals using a laser beam (PBF-LB/M), offers promising applications for bioresorbable, patient-specific implants. However, significant challenges persist in PBF-LB/M of magnesium. The primary hurdle is strong processing emissions, resulting from magnesium’s low boiling point (1110 °C), which is exceeded in the high-temperature zone of the laser beam during PBF-LB-processing. High peak temperatures result from the energy input required to melt the oxides and alloying elements (4 wt.-% Yttrium and 3 wt.-% rare earth elements). The literature indicates that at room temperature, the laser absorption in magnesium at a wavelength of 1070 nm in magnesium is very low (6.6 %) and that it could be improved by a factor of ≈ 3 to 19.5 % at 1958 nm. This study investigates the potential of a novel thulium laser source with a wavelength of 1958 nm by studying the absorption coefficients and heat-up rates in magnesium WE43 powder. While optical measurements regarding the reflectivity of a broadband light source on WE43 powder showed a slight 3.1 % increase in absorption, diffuse reflectance infrared fourier transform spectroscopy measurements showed an increase in reflectivity compared to an aluminum reference in the 1958 nm range of 8.2 %. Furthermore, heat-up rate experiments revealed a 4.7-fold improvement under thulium laser radiation. These findings underscore the potential of thulium lasers to overcome current limitations in magnesium alloy processing for PBF-LB/M
Aspekte einer raumsensiblen Long-term Governance der Endlagerung: Die Bedeutung von räumlicher Identität und deren Integration in Entscheidungshandeln
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Novel procedure for designing, manufacturing and assembly of thermoplastic composite structures with integrated acousto-ultrasonic sensors for SHM
Full text linkDie Strukturüberwachung (SHM) auf der Basis von geführten Wellen (GW) stellt zahlreiche Herausforderungen in verschiedenen Disziplinen. Eine zentrale Herausforderung ist die schnelle und kosteneffiziente Integration des SHM-Systems in Verbundstrukturen, bei gleichzeitiger Sicherstellung der Leistungsfähigkeit unter aeronautischen Betriebsumgebungsbedingungen (AOEC) und unter verschiedenen mechanischen Testbedingungen. Diese Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung einer effizienten Methode zur Integration von piezokeramischen Wandlern (PCTs) in thermoplastische Verbundwerkstoffe (TPC), die besonders hohe Integrationsanforderungen stellen. Um dieses Ziel zu erreichen, beinhaltet die vorgeschlagene Methode zwei Hauptstrategien. Als erstes werden statt Klebstoffen auf Epoxidharzbasis thermoplastische Folien (TPFs) verwendet, um PCTs in TPC-Strukturen zu integrieren. Dieser Ansatz ermöglicht einen schnellen, wiederholbaren und reparierbaren Klebeprozess. Als zweites werden Schaltungen mit metallischen und nicht-metallischen Tinten 3D-gedruckte , um eine signifikanten Gewichtsreduktion des SHM-Systems zu erzielen. Die Kombination dieser Ansätze kann eine leichte SHM-Schicht mit integrierten PCTs und gedruckten Schaltungen ergeben, die potenziell schnell mit halb- oder vollautomatisierten Verfahren auf TPC-Strukturen aufgebracht werden kann. TPFs werden verwendet, um spezielle PCTs, so genannte Akustik-Ultraschall-Kompositwandler (AUCTs), mit Kohlefaser-Polyetheretherketon-Verbundwerkstoffen zu verbinden. Diese Methode bietet gegenüber Epoxidklebstoffen Vorteile wie leichtere Reparierbarkeit, kürzere Zykluszeiten, einfache und unbegrenzte Lagerfähigkeit sowie Schweißbarkeit. Die verklebten AUCTs wurden unter AOEC-Bedingungen getestet. Die strukturellen Eigenschaften aller unter AOEC getesteten AUCTs zeigten nur geringfügige Veränderungen, was darauf hindeutet, dass keine signifikante Degradation der AUCTs oder der Klebeschicht vorliegt. Vergleiche zwischen AUCTs, die mit dem Referenz-Epoxidklebstoff und ausgewählten TPFs in AOEC-Tests verklebt wurden, zeigten, dass einige TPFs dem Epoxidklebstoff überlegen waren, während andere eine ähnliche Leistung zeigten. Mechanische Leistungstests durch statische Biege- und dynamischen Ermüdungstests ergaben, dass mit TPFs geklebte AUCTs eine vergleichbare, wenn nicht sogar bessere kritische Dehnung aufwiesen als die mit Referenz-Epoxid geklebten. Die Ermüdungstests zeigten bei den meisten AUCTs nur geringfügige Veränderungen, unabhängig davon, ob sie mit Epoxid oder TPFs verklebt waren. Im Vergleich zu den aktuellen Klebstoffen auf Epoxidharzbasis bietet der vorgeschlagene Ansatz also eine einfachere Installation sowie eine effizientere und reparierbare Verklebungsmethode. Um die Einschränkungen des Vakuumprozesses zu überwinden, wird eine neuartige, hocheffiziente und schnelle Klebetechnik vorgeschlagen. Dieser innovative Ansatz nutzt den Joule-Effekt, um die zum Schmelzen der TPF erforderliche Wärme zu erzeugen, wodurch der Einsatz von Öfen oder alternativen Heizmethoden überflüssig wird. Außerdem wird der Materialverbrauch minimiert und die Wärme lokal angewendet, wodurch die negativen Auswirkungen der thermischen Degradation auf die Struktur verringert werden. Prozessstudien und Differenz-Scanning-Kalorimetrie -Analysen wurden durchgeführt, um das Prozessfenster zu bestimmen und die Auswirkungen kontrollierter Aufheiz- und Abkühlrampen auf die Eigenschaften der TPFs zu untersuchen. Nach erfolgreichem Kleben der AUCTs wurden mechanische Leistungstests durchgeführt, die zufriedenstellende kritische Dehnungen für die meisten AUCTs ergaben. Ermüdungstests zeigten jedoch, dass nur einige TPF Klebungen erfolgreich waren, während andere die Erwartungen nicht erfüllten. Diese Forschung konzentriert sich als Zweites auf die Entwicklung von leichten Schaltungen für die Übertragung von GW-Signalen mittels 3D-Druck mit Silber-Tinte, mit und ohne kohlenstoffbasierte Nanopartikel (Kohlenstoffnanoröhrchen und Graphen-Nanoplättchen), sowie mit Epoxidharz, das mit kohlenstoffbasierten Nanopartikeln dotiert ist. Mit minimalem Verlust der Signalqualität zeigten Charakterisierungs- und Funktionstests vielversprechende Ergebnisse für die Silber-Tinten-Schaltungen. Mit Nanopartikeln dotierte Epoxid-Schaltungen übertrugen ebenfalls die GW-Signale, allerdings mit geringerer Leitfähigkeit und Signalamplitude. Die meisten Schaltungen, die aus beiden Tintenarten hergestellten wurden, hielten der Ermüdungsbelastung mit nur geringfügigen Veränderungen stand. Schließlich wurde die Herstellung leichter Folien mit integrierten gedruckten Schaltungen sowie AUCTs und deren Integration in TPC-Strukturen durch induktive Erwärmung demonstriert, welches eine schnelle und effiziente Integration von SHM-Systemen in TPCs durch halbautomatisierte Prozesse ermöglicht.The guided wave (GW)-based structural health monitoring (SHM) presents numerous challenges across various disciplines, One key challenge is the rapid and cost-efficient integration of the SHM system with the composite structures while ensuring its performance in aeronautical operational environmental conditions (AOEC) and various mechanical testing scenarios. This research focuses on developing an efficient methodology to integrate piezoceramic transducers (PCTs) with thermoplastic composite (TPC) structures, which present greater integration challenges. To achieve this, the proposed methodology includes two main strategies. First, thermoplastic films (TPFs) are used instead of epoxy-based adhesives to integrate PCTs with TPC structures. This approach enables a rapid, repeatable, and repairable bonding process. Second, 3D-printed lightweight circuits using metallic and carbon-based inks significantly reduce the weight of the SHM system. Combining these approaches can result in a lightweight SHM layer with integrated PCTs and printed circuits, that can be potentially rapidly bonded to TPC structures using semi-automated or automated means. TPFs are used to bond special PCTs known as acousto-ultrasonic composite transducers (AUCTs) to carbon fiber poly-ether-ether-ketone composites. This method offers advantages over epoxy adhesives, such as easier reparability, shorter cycle times, infinite shelf life, convenient storage, and weldability. The bonded AUCTs were subjected to testing in AOECs. The structural health characteristics of all the AOEC-tested AUCTs revealed minor changes, suggesting no significant degradation of the AUCTs or the adhesive layer. Comparisons between AUCTs bonded with the reference epoxy adhesive and selected TPFs in AOEC tests revealed some TPFs outperformed the epoxy, while others showed similar performance. Mechanical performance evaluations through static flexural and dynamic (fatigue) tests indicated AUCTs bonded with TPFs exhibited comparable if not superior, critical strain compared to the reference epoxy. Fatigue tests showed minor changes in most of the AUCTs whether bonded with epoxy or the TPFs. Consequently, the suggested approach offers an easier installation, efficient, and repairable bonding method compared to epoxy adhesives. To address oven-vacuum bagging limitations, a novel, highly efficient, and rapid bonding technique is proposed. This innovative approach utilizes the Joule effect to provide the necessary heat for melting the TPF, therefore eliminating the need for ovens or alternative heating methods. Additionally, it minimizes consumable usage and applies heat locally, thus mitigating the adverse effects of thermal degradation on the structure. Process study and differential scanning calorimetry analyses were carried out to establish the process window and to examine the effect of controlled heating and cooling ramps on the properties of the TPFs. Successful bonding of AUCTs was followed by mechanical performance evaluations, which revealed a satisfactory critical strain of most of the AUCTs. However, during fatigue testing, the performance of some TPFs proved successful while others did not meet expectations. The research also focuses on developing lightweight circuits for GW signal transmission using 3D printing with silver ink (with or without nanoparticles) and epoxy doped with carbon-based nanoparticles (carbon nanotubes and graphene nanoplatelets). Characterization and functionality tests demonstrated promising results for silver-ink circuits in GW signal transmission, with minimal loss in signal quality. Nanoparticle-doped epoxy circuits also transmitted GW signals but with lower conductivity and signal amplitude. Most circuits produced from both types of inks endured fatigue loading with minor changes. Finally, the production of lightweight films with integrated printed circuits and AUCTs and their integration with TPC structures using induction heating was demonstrated, showcasing rapid and efficient integration of SHM systems to TPCs through semi-automated means
Self-organized, generative design solutions for additive manufactured free-form structures based on biomimicry
Full text linkIn Laufe der Zeit hat sich das Design im Entstehungsprozess eines Produktes zu ein vielschichtigen Konzept entwickelt. In der Bauingenieurkunst etwa ist Design ein Optimierungsprozess, der die Materialverwendung minimieren soll. In der Architektur hingegen ist Design eher ein ästhetisches Unterfangen, das zu komplexen Formen führen kann. Die fortschreitende Integration der Arbeitsfelder von Ingenieur- und Architekturwesen in der Vergangenheit legte die Grundlage für übergreifende Herangehensweisen im Design-Prozess. Biomimikry bietet hierfür einen vielversprechenden Ansatz durch Inspiration an natürlichen Formen eröffnet sich ein moderner Weg zur Erzielung innovativer Lösungen. Diese Dissertation möchte dazu beitragen, die derzeit bestehende Lücke zwischen verschiedenen Arbeitsfeldern zu schließen. Hierzu wird eine neue Designmethodik vorgeschlagen , die diverse Werkzeuge integriert, um ein eigenständiges System für die Erzeugung komplexer Formen und Strukturen zu schaffen. Dieses System umfasst alle notwendigen Schritte des Designprozesses, beginnend mit der Definition relevanter Grenzbedingungen und der strukturmechanischen Analyse, über die Gestaltung der Struktur bis hin zur Erstellung des G-Codes für eine vollautomatisierte Verarbeitung. Inspiriert durch die Effizienz natürlicher Systeme emuliert der vorgeschlagene Ansatz dabei die Biomimikry-Prinzipien, wodurch derartige freie Formkurven sowie Oberfläche- & formbildende Strukturen entwickelt werden können. Ein visuelles Programmierumfeld ermöglicht hierfür eine barrierefreie Informationsübertragung zwischen Design, Analyse und Fertigung, während die entwickelte Benutzeroberfläche die Barrieren für alle verschiedenen Tätigkeitfeldern reduziert. Darauf aufbauend werden in dieser Arbeit Fallstudien durchgeführt , um die Wirksamkeit der vorgestellten Methodik bei der Erzeugung von freien Formoberflächenstrukturen, der Rationalisierung ihrer Formen und der Fertigung von formbildenden Strukturen auf Basis von Faltungen (gekrümmt und gerade) zu demonstrieren. Darüber hinaus werden Prototypen mit additiver Fertigung und Composite Molding gefertigt und mechanischen Prüfungen unterzogen. Die Ergebnisse zeigen, dass der vorgeschlagene Ansatz einzigartige und verbesserte, individualisierte Lösungen für komplexe Problemstellungen liefert, die den traditionellen Designmethoden überlegen sind. Die Studie untersucht ferner das Potenzial für multi-objektive Designlösungen und minimale Oberflächenmodifikationen. Durch die Überbrückung der Grenzen zwischen Design, Analyse und Fertigung ermöglicht diese Dissertation die Erstellung innovativer und effizienter Lösungen für anwendungsnahe Designprojekte.Design as a multifaceted concept has evolved over time. In structural en-gineering, design is an optimization process that minimizes material us-age. In architecture, design is more of an expressive problem that leads to complex forms. Integration of engineering and architecture domains in the past laid the foundation for holistic approaches in design. Biomim-icry offers a platform to translate such ideas into modern times, taking inspiration from natural shapes to produce innovative solutions. This dissertation bridges the gap between different domains by propos-ing a novel design methodology that integrates diverse tools to create a self-sufficient system for generating complex shapes and structures. The proposed system covers all necessary steps of the design process, start-ing with defining relevant boundary conditions, structural mechanical analysis, design of the structure and building up the G-Code for a fully automated processing. Inspired by the efficiency of natural systems, the proposed approach em-ulates biomimicry principles to develop free-form curves, surface struc-tures and deployable structures. A visual programming environment en-ables seamless information transfer between the design, analysis, and manufacturing phases, whereby the developed user interface reduces the barriers for all kinds of users from different working domains. Case studies in this work demonstrate the effectiveness of the method-ology in generating free-form surface structures, rationalizing their shapes, and creating deployable structures based on curved creases. Moreover, prototypes were fabricated using additive manufacturing and composite molding and subjected to mechanical testing. Results show that the proposed approach yields unique and improved customized so-lutions to complex problems, outperforming traditional design methods. The study also explores the potential for multi-objective design solutions and minimal surface modification through biomimicry. By bridging the gap between design, analysis, and manufacturing, this dissertation enables the creation of innovative and efficient solutions for real-world design projects
Dry forced triboelectric charging for sorting of fine powders
Full text linkDie weltweite Nachfrage nach seltenen und kritischen Materialien wie Lithium und Kobalt steigt aufgrund ihrer wichtigen Rolle in erneuerbaren Energiesystemen, Elektrofahrzeugen und moderner Elektronik. Ihre begrenzte Verfügbarkeit und die Umweltbelastung durch den Abbau haben jedoch den Bedarf an nachhaltigem Recycling erhöht. Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) sind eine konzentrierte sekundäre Lithiumquelle, doch führt das herkömmliche Recycling - insbesondere pyrometallurgische Prozesse - oft zu erheblichen Verlusten in der Schlackenphase. Obwohl diese Schlacken reich an kritischen Elementen sind, werden sie aufgrund ihrer chemischen und mineralogischen Komplexität nicht ausreichend genutzt. Die vorliegende Arbeit schließt diese Lücke durch die Entwicklung einer Trockentrennmethode unter Verwendung der forcierten triboelektrischen Aufladung (FTC) mit elektrostatischer Sortierung, die sich auf die selektive Rückgewinnung von Lithiumaluminat (LiAlO₂) aus feinen EnAM-Li-Schlackenpulvern konzentriert. Die Forschung ist Teil des von der DFG geförderten Schwerpunktprogramms SPP2315, das sich mit den Herausforderungen der Materialrückgewinnung aus Industrieabfällen befasst. Das Hauptziel ist es, die triboelektrische Aufladung durch Partikel-Wand-Kollisionen unter extern angelegten elektrischen Feldern zu verstehen und zu kontrollieren. Im Gegensatz zur konventionellen triboelektrischen Aufladung, die von zufälligen Teilchenwechsel-wirkungen abhängt, ermöglicht die FTC eine spannungsgesteuerte, gerichtete Aufladung, die die Selektivität verbessert und die Streuung der Ladungspolarität sowie bipolare Effekte (z. B. Gleichfall) minimiert. Das FTC-Verfahren funktioniert so, dass die Pulver eine geneigte Hochspannungs-Kupferrutsche hinunterfallen. Die Partikel erhalten Netto-Oberflächenladungen durch Wechselwirkungen mit der Rutschenwand und anderen Partikeln, die auf ihrer triboelektrischen Reihenposition und der angelegten Spannung basieren. Dies ermöglicht die selektive Aufladung von LiAlO₂, während andere Partikel anders aufgeladen werden. Nach der Aufladung werden die Teilchen stromabwärts durch elektrische Felder auf der Grundlage der Ladung getrennt. Es wurde ein Versuchsaufbau für die Ladungsmessung in Echtzeit entwickelt. Untersucht wurden Variablen wie Partikeleigenschaften (Größe, Form, Material), Betriebsbedingungen (Rutschenwinkel, Länge, Vorschubgeschwindigkeit) und Umweltfaktoren (insbesondere relative Luftfeuchtigkeit). Eine Schlüsselkomponente der Forschung ist der Einsatz von Techniken zur Modifizierung der Pulveroberfläche, um das triboelektrische Verhalten zu verbessern. Behandlungen wie thermische Vorkonditionierung und Feuchtigkeitskontrolle wurden eingesetzt, um die Auswirkungen der einzelnen Parameter auf die Aufladung zu bewerten. Um FTC besser zu verstehen, wurden in Simulationen mit der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) die Partikelbewegung, die Aufladung und die Interaktionen untereinander und mit der Rutsche untersucht. Die Simulationen beinhalteten realistische Partikeleigenschaften - Größe, Dichte, Steifigkeit - und testeten verschiedene Schurrenwinkel und Durchflussraten. Die Ergebnisse zeigten eine gute Übereinstimmung mit experimentellen Messungen und wiesen auf Bereiche hin, in denen die Gestaltung der Schurre und die Prozesseffizienz verbessert werden können. Schließlich wurde FTC auf echte EnAM-Li-Schlacken angewandt, die aufgrund ihrer komplexen Zusammensetzung und ihres geringen Lithiumgehalts schwer zu verarbeiten sind. Ein entscheidender Faktor für die Lithiumrückgewinnung war die Größe und Freisetzung von LiAlO₂-Kristallen. Vorbehandlungsmethoden wie das Mahlen verbesserten das Ladeverhalten und die Rückgewinnung. Trotz der Komplexität reicherte FTC die lithiumreichen Partikel effektiv an und bewies damit sein Potenzial als trockene, umweltfreundliche Methode zur Rückgewinnung wertvoller Elemente aus Industrieabfällen.The global demand for rare and critical materials such as lithium and cobalt is accelerating due to their essential role in renewable energy systems, electric vehicles, and modern electronics. However, their finite availability and the environmental damage from extraction have heightened the need for sustainable recycling. Lithium-ion batteries (LIBs) are a concentrated secondary source of lithium, yet conventional recycling—especially pyrometallurgical processes—often results in significant losses to the slag phase. These slags, though rich in critical elements, are underutilized due to their chemical and mineralogical complexity. This thesis addresses this gap by developing a dry separation method using Forced Triboelectric Charging (FTC) with electrostatic sorting, focusing on selective recovery of lithium aluminate (LiAlO₂) from fine Engineered Artificial Mineral (EnAM) Li-slag powders. The research is part of the DFG-funded Priority Program SPP2315, targeting material recovery challenges from industrial waste. The main goal is to understand and control triboelectric charging via particle-wall collisions under externally applied electric fields. Unlike conventional triboelectric charging, which depends on random particle interactions, FTC enables voltage-controlled, directional charging, improving selectivity and minimizing charge polarity dispersion and bipolar effects (e.g., Gleichfall). The FTC process works as powders descend an inclined, high-voltage copper chute. Particles acquire net surface charges through interactions with the chute wall and other particles, based on their triboelectric series position and the applied voltage. This allows selective charging of LiAlO₂ while leaving other particles charged differently. After charging, particles are separated downstream using electric fields based on charge. An experimental setup was developed for real-time charge measurement. Variables such as particle properties (size, shape, material), operating conditions (chute angle, length, feed rate), and environmental factors (especially relative humidity) were investigated. A key component of the research is the use of powder surface modification techniques to improve triboelectric behavior. Treatments like thermal pre-conditioning and humidity control were used to assess each parameter’s impact on charging. To better understand FTC, Discrete Element Method (DEM) simulations studied particle movement, charging, and interactions with each other and the chute. Simulations included realistic particle properties—size, density, stiffness—and tested various chute angles and flow rates. The results showed good agreement with experimental measurements and highlighted areas for improving chute design and process efficiency. Finally, FTC was applied to real EnAM Li-slags, which are difficult to process due to their complex composition and low lithium content. A critical factor for lithium recovery was the size and liberation of LiAlO₂ crystals. Pre-treatment methods such as milling improved charge response and recovery. Despite the complexity, FTC effectively enriched lithium-rich particles, demonstrating its promise as a dry, eco-friendly method for recovering valuable elements from industrial waste
On establishment of a software chain in the foundry industry for the estimation of process-induced fatigue life
Full text linkAufgrund des zunehmenden globalen Wettbewerbs und der Nachhaltigkeitsanforderungen in der Gusseisenindustrie nimmt der dringende Innovationsbedarf zu. Neue Ansätze werden über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg gesucht, um stärkere, leichtere und gleichzeitig zuverlässigere Komponenten unter sich ständig verschärfenden Randbedingungen entwickeln zu können. Eine Herausforderung bei der Produktentwicklung von Gusseisenkomponenten besteht darin, dass ein effizienter Informationsaustausch zwischen Konstruktion und Produktion fehlt. Dies wird durch die Lebensdaueranalyse auf der Konstruktionsseite und die Gießprozesssimulation auf der Produktionsseite repräsentiert. Die Literaturrecherche hat Lücken in den Simulationspraktiken aufgezeigt, insbesondere bei der präzisen Definition von Softwareschnittstellen bezüglich Datenstruktur und Informationsgehalt. Bestehende Simulationsansätze nutzen die prozessbedingten Eigenschaften aus der Gießprozesssimulation nicht ausreichend, insbesondere in Bezug auf das lokale Gefüge und die Eigenspannungen. Oft wird das Zusammenspiel mehrerer Faktoren übersehen, was ihre Wirksamkeit einschränkt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Lücken im Stand der Technik zu schließen, indem ein experimentell basiertes Regressionsmodell entwickelt wird, das gefügebhängige Lebensdauereigenschaften vorhersagt. Das Modell wurde in ein proprietäres Softwaretool namens PyTool integriert, welches individuelle Wöhlerlinien für jedes Netzelement generiert. Diese wurden anschließend in das Lebensdaueranalyse-Tool importiert. Zur Validierung des Modells wurden Ermüdungsversuche an Proben eines Gussbauteils durchgeführt, welche die Zuverlässigkeit des Regressionsmodells bestätigt haben. Die Strukturanalyse, die Gießprozesssimulation mit dem Regressionsmodell und die Lebensdaueranalyse bilden somit eine neu definierte Softwarekette zur Lebensdauerabschätzung mit der Möglichkeit der Rückkopplung zur Gießprozesssimulation. Unter Verwendung der Softwarekette wurde die Lebensdaueranalyse eines realen Gussbautteils durchgeführt, indem experimentell bestimmte lokale Materialeigenschaften in das Lebensdaueranalysetool integriert wurden. Dieser Ansatz hat gezeigt, dass die Lebensdauer an kritischen Stellen im Vergleich zu herkömmlichen Produktentwicklungsmethoden mit homogener Materialdefinition (ein einziges Materialdatenset für das gesamte Bauteil) erhöht werden konnte. Die vorliegende Studie hat zudem die Relevanz der Berücksichtigung von Eigenspannungen betont. Die Arbeit hat auch die Rückkopplung von der Lebensdaueranalyse zur Gießprozesssimulation durch den Einsatz eines Kühleisens zur Veränderung der Abkühlgeschwindigkeiten definiert. Dies hat die Möglichkeit erröffnet, die Zusammenhänge zwischen dem Gießdesign, den loaklen Abkühlgeschwindigkeiten und den resultierenden Gefügen zu untersuchen, wobei letztere die lokalen mechanischen Eigenschaften im Bauteil bestimmt.The call for urgent innovation in the cast iron industry, driven by increasing global competition and sustainable development demands is increasing. It emphasizes the importance of adopting new approaches throughout the product life cycle to develop stronger, lighter, and more reliable components under constantly increasing constraints. One of the challenges is that the product development of cast ion components lacks efficient exchange of information between design phase represented by the fatigue analysis and manufacturing phase represented by the casting process simulation. The literature review highlighted gaps in current simulation practices, particularly in the precise definition of software interfaces regarding data structure and content. Existing strategies do not adequately utilize process-induced characteristics, especially in terms of local microstructure and residual stresses, and often overlook the interplay of multiple factors, which limits their effectiveness. The aim of this thesis is to address gaps in the state of the art by developing an experimentalbased regression model that predicts microstructure-sensitive fatigue properties. This model was integrated into a proprietary software tool called PyTool, which generates individual S-N curves for each mesh element. These are subsequently used by the fatigue analysis software tool. To validate the regression model, fatigue tests were conducted on specimens from actual cast iron components, which proved to be reliable. The structural analysis, the casting process simulation with the regression model and the fatigue analysis tool thus form a newly defined software chain for fatigue life estimation with feedback possibility to casting process simulation. Using the software chain, the fatigue analysis of an actual cast part was conducted by integrating experimentally determined local material properties into the fatigue analysis simulation tool. This approach revealed that the fatigue life values in critical points have been increased compared to traditional product development method methods that use a homogeneous material definition (a single material data set for the entire component). The study also highlighted importance of consideration of residual stresses. The work also defined the feedback mechanism from fatigue analysis to casting process simulation by using an iron chill to change cooling rates. This provided an opportunity to investigate the relationships between changes in cast layout, cooling rates and the resulting microstructure that defines fatigue properties of cast iron
Towards PKI and key distribution for securing RPL in RIOT OS
Full text linkMulti-Hop Wireless Sensor Networks (WSNs) provide many opportunities in industrial use cases to expose valuable environmental and process information with great deployment flexibility. To securely use these networks, mechanisms to maintain the information’s confidentiality, integrity, and availability must be ensured. These security concerns are significant for the radio communication between the nodes where medium access is available to anyone within the communication range. In this paper, we present the architecture and concept for implementing a Public Key Infrastructure (PKI) for securing the IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks (RPL) in RIOT OS. This provides an important component for fulfilling the security goals in multi-hop networks. In contrast to basic approaches, which are usually based on a pre-shared key for encrypting payloads, we propose a lightweight system to provide regular key updates and revocation mechanisms in order to facilitate forward secrecy
FGSN 2025
No full textDrahtlose Sensornetze, das Internet der Dinge (IoT), Cyber-Physische Systeme (CPS) haben vieles gemeinsam: Sie bestehen aus Sensoren, die Daten sammeln und austauschen, um komplexe Prozesse zu steuern und zu optimieren. Ihre Anwendungsgebiete erstrecken sich über verschiedene Bereiche wie Smart Spaces, Industrie 4.0, intelligente Energienetze und die medizinische Versorgung. Sensornetze ermöglichen Echtzeitüberwachung, Effizienzsteigerung und verbesserte Entscheidungsfindung. Sie spielen eine zentrale Rolle bei der Schaffung intelligenter, vernetzter Umgebungen, die das tägliche Leben erleichtern und die Industrie transformieren. Durch ihre Vielseitigkeit und Innovationskraft sind Sensornetzwerke zu einem Schlüsselelement in der digitalen Transformation geworden, das die Grenzen zwischen der physischen und der digitalen Welt verschwimmen lässt. Das Fachgespräch Sensornetze bietet eine einzigartige Plattform zum Austausch über Sensornetze in der wissenschaftlichen Community