Seitdem die Methode der Finiten Elemente dank der rapiden Fortschritte der Hard- und Softwareentwicklung ihr anfängliches Nischendasein aufgeben konnte, ist sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug der Produktentwicklung geworden. Anwenderseitig wurde mit dieser Entwicklung jedoch nicht immer Schritt gehalten. Anstelle der wenigen Spezialisten früherer Jahre nutzt inzwischen beinahe jeder, der über die entsprechenden Programme verfügt, die FEM, mit zuweilen zweifelhaften Resultaten – »The stark reality is that probably the majority of users are blissfully unaware that their analyses are invalid.« (Horspool 2010). In diesem Beitrag wird die aktuelle Anwendungssituation untersucht, und es werden Ausbildungskonzepte vorgestellt, die zu besseren und sichereren Analysen führen sollen. In den folgenden drei kleinen Szenarien sind zur Einstimmung typische Fehlschlüsse – ein wenig überzogen – dargestellt.

In a previous paper, we analyzed accidents of pedelec riders in 2019 and examined possible changes over the past years. We found that pedelec accidents still essentially resemble the classic two-wheeler accident characteristics, with certain specifics (e.g., higher age of riders involved in an accident, higher proportion of single-bicycle accidents, higher proportion of out-of-town accidents). Even though the number of pedelecs and pedelec accidents has increased in recent years, no qualitative changes in the characteristics of accidents compared to previous years seem to have occurred. We now have a large data base of riders and accidents and new data sources that offer the possibility for calculating accident risks by mileage-based analyses. In addition to absolute accident numbers, relative accident parameters are of particular interest for accident research and prevention. Using the same amount of physical effort pedelecs can be used to cover longer distances than bicycles. At the same time, longer distances increase the probability of being involved in an accident. On average, pedelec users cover 1.8 times as many kilometers per day as bicycle users do. We now have nationally representative data on the mileage of pedelec riders, so we can calculate mileage-based accident risks and get new insight into pedelec accidents. For comparison the accident risks of bicycle riders are used.

One of the key challenges in service-oriented systems engineering is the prediction and assurance of non-functional properties, such as the reliability and the availability of composite interorganizational services. Such systems are often characterized by a variety of inherent uncertainties, which must be addressed in the modeling and the analysis approach. The different relevant types of uncertainties can be categorized into (1) epistemic uncertainties due to incomplete knowledge and (2) randomization as explicitly used in protocols or as a result of physical processes. In this report, we study a probabilistic timed model which allows us to quantitatively reason about nonfunctional properties for a restricted class of service-oriented real-time systems using formal methods. To properly motivate the choice for the used approach, we devise a requirements catalogue for the modeling and the analysis of probabilistic real-time systems with uncertainties and provide evidence that the uncertainties of type (1) and (2) in the targeted systems have a major impact on the used models and require distinguished analysis approaches. The formal model we use in this report are Interval Probabilistic Timed Automata (IPTA). Based on the outlined requirements, we give evidence that this model provides both enough expressiveness for a realistic and modular specifiation of the targeted class of systems, and suitable formal methods for analyzing properties, such as safety and reliability properties in a quantitative manner. As technical means for the quantitative analysis, we build on probabilistic model checking, specifically on probabilistic time-bounded reachability analysis and computation of expected reachability rewards and costs. To carry out the quantitative analysis using probabilistic model checking, we developed an extension of the Prism tool for modeling and analyzing IPTA. Our extension of Prism introduces a means for modeling probabilistic uncertainty in the form of probability intervals, as required for IPTA. For analyzing IPTA, our Prism extension moreover adds support for probabilistic reachability checking and computation of expected rewards and costs. We discuss the performance of our extended version of Prism and compare the interval-based IPTA approach to models with fixed probabilities. / Eine der wichtigsten Herausforderungen in der Entwicklung von Service-orientierten Systemen ist die Vorhersage und die Zusicherung von nicht-funktionalen Eigenschaften, wie Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit von zusammengesetzten, interorganisationellen Diensten. Diese Systeme sind oft charakterisiert durch eine Vielzahl von inhärenten Unsicherheiten, welche sowohl in der Modellierung als auch in der Analyse eine Rolle spielen. Die verschiedenen relevanten Arten von Unsicherheiten können eingeteilt werden in (1) epistemische Unsicherheiten aufgrund von unvollständigem Wissen und (2) Zufall als Mittel in Protokollen oder als Resultat von physikalischen Prozessen. In diesem Bericht wird ein probabilistisches, Zeit-behaftetes Modell untersucht, welches es ermöglicht quantitative Aussagen über nicht-funktionale Eigenschaften von einer eingeschränkten Klasse von Service-orientierten Echtzeitsystemen mittels formaler Methoden zu treffen. Zur Motivation und Einordnung wird ein Anforderungskatalog für probabilistische Echtzeitsysteme mit Unsicherheiten erstellt und gezeigt, dass die Unsicherheiten vom Typ (1) und (2) in den untersuchten Systemen einen Ein uss auf die Wahl der Modellierungs- und der Analysemethode haben. Als formales Modell werden Interval Probabilistic Timed Automata (IPTA) benutzt. Basierend auf den erarbeiteten Anforderungen wird gezeigt, dass dieses Modell sowohl ausreichende Ausdrucksstärke für eine realistische und modulare Spezifikation als auch geeignete formale Methoden zur Bestimmung von quantitativen Sicherheits- und Zuverlässlichkeitseigenschaften bietet. Als technisches Mittel für die quantitative Analyse wird probabilistisches Model Checking, speziell probabilistische Zeit-beschränkte Erreichbarkeitsanalyse und Bestimmung von Erwartungswerten für Kosten und Vergütungen eingesetzt. Um die quantitative Analyse mittels probabilistischem Model Checking durchzuführen, wird eine Erweiterung des Prism-Werkzeugs zur Modellierung und Analyse von IPTA eingeführt. Die präsentierte Erweiterung von Prism ermöglicht die Modellierung von probabilistischen Unsicherheiten mittelsWahrscheinlichkeitsintervallen, wie sie für IPTA benötigt werden. Zur Verifikation wird probabilistische Erreichbarkeitsanalyse und die Berechnung von Erwartungswerten durch das Werkzeug unterstützt. Es wird die Performanz der Prism-Erweiterung untersucht und der Intervall-basierte IPTA-Ansatz mit Modellen mit festen Wahrscheinlichkeitswerten verglichen.

Thermische Gehäuseverkrümmungen spielen bei der Dimensionierung von radialen Spielen in Industriedampfturbinen eine große Rolle. Die zuverlässige Vorausberechnung der Gehäuseverkrümmung ist wichtig, um einerseits möglichst kleine Spiele und damit hohe innere Wirkungsgrade erzielen zu können und andererseits Schäden in Folge von Spielüberbrückungen auszuschließen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Gehäuseverkrümmung mit analytischen Methoden und mit Hilfe von 3D-FE-Analysen untersucht. Eine neue semi-analytische Berechnungsmethode auf Basis eines Stufenkörpermodells wurde entwickelt. Damit lassen sich komplexe Geometrien und unterschiedliche thermische Randbedingungen berücksichtigen. Der Einfluss von Rotationsasymmetrien auf die Verkrümmung wurde mit Hilfe einer FE-Parameterstudie untersucht und in Form von Einflussfaktoren in das Modell integriert. Im Vergleich zu vereinfachten FE-Modellen und zu gemessenen Verkrümmungen an realen Turbinengehäusen zeigt das semi-analytische Modell eine gute Übereinstimmung. Weiterhin wurde das Verkrümmungsverhalten von Industriedampfturbinengehäusen mit Hilfe von 3D-FE-Analysen untersucht. Durch Abgleich von gemessenen und simulierten Temperaturen und Verformungen konnten Erkenntnisse zum Modellaufbau gesammelt werden. Da die thermischen Randbedingungen bei der Simulation von Gehäuseverkrümmungen von größter Bedeutung sind und Defizite beim Wissensstand zum Wärmeübergang erkannt wurden, sind umfangreiche Messungen des Wärmeübergangskoeffizienten durchgeführt worden. Damit wurde ein Beitrag geleistet, FE-Analysen zukünftig auch bei Dimensionierungs- und Auslegungsfragen einsetzen zu können.

- ganzheitliche Getriebeauslegung mit Hilfe von Mathcad, Creo™ Elements/Pro™ und MOCAD - Konkretisierung der Problemstellung beim Rundflechten und Ableiten von Bewegungsanforderungen an die Getriebestruktur - Strukturauswahl und Synthese mit Motion-Skelett in Creo™ Elements/Pro™ und Mathcad - MOCAD - MOtion and CAm-Design ist ein universell einsetzbares Werkzeug zum Bewegungsdesign und zur Auslegung von Kurvengetrieben - MOCAD wird zur Bearbeitung von Forschungs- und Industrieprojekten eingesetzt und mit Kooperationspartnern weiterentwickelt - Integrierte FEM-Analyse von Getriebestrukturen und Einzelteilen - Test des neuen Mechanica Features "Gelenkverbindungen"

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Thermische Gehäuseverkrümmungen spielen bei der Dimensionierung von radialen Spielen in Industriedampfturbinen eine große Rolle. Die zuverlässige Vorausberechnung der Gehäuseverkrümmung ist wichtig, um einerseits möglichst kleine Spiele und damit hohe innere Wirkungsgrade erzielen zu können und andererseits Schäden in Folge von Spielüberbrückungen auszuschließen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Gehäuseverkrümmung mit analytischen Methoden und mit Hilfe von 3D-FE-Analysen untersucht. Eine neue semi-analytische Berechnungsmethode auf Basis eines Stufenkörpermodells wurde entwickelt. Damit lassen sich komplexe Geometrien und unterschiedliche thermische Randbedingungen berücksichtigen. Der Einfluss von Rotationsasymmetrien auf die Verkrümmung wurde mit Hilfe einer FE-Parameterstudie untersucht und in Form von Einflussfaktoren in das Modell integriert. Im Vergleich zu vereinfachten FE-Modellen und zu gemessenen Verkrümmungen an realen Turbinengehäusen zeigt das semi-analytische Modell eine gute Übereinstimmung. Weiterhin wurde das Verkrümmungsverhalten von Industriedampfturbinengehäusen mit Hilfe von 3D-FE-Analysen untersucht. Durch Abgleich von gemessenen und simulierten Temperaturen und Verformungen konnten Erkenntnisse zum Modellaufbau gesammelt werden. Da die thermischen Randbedingungen bei der Simulation von Gehäuseverkrümmungen von größter Bedeutung sind und Defizite beim Wissensstand zum Wärmeübergang erkannt wurden, sind umfangreiche Messungen des Wärmeübergangskoeffizienten durchgeführt worden. Damit wurde ein Beitrag geleistet, FE-Analysen zukünftig auch bei Dimensionierungs- und Auslegungsfragen einsetzen zu können.

Research work performed on an axial piston pump is shown in a holistic manner, analyzing each lubricating interface by linking their gap height and temperature behavior to the overall pump efficiency. The temperature field and dynamic fluid film height were measured in two of the three lubricating interfaces. This is the first time that the temperature fields and gap heights were simultaneously measured in two of the main three interfaces of an axial piston machine. For a deeper analysis of the measurement data, all gaps were simulated with a numerical tool which takes solid body deformation due to temperature and pressure loads into account. This unique combination of both extensive measurement data and sophisticated simulation resulted in novel trends that clarify the complex phenomena occurring in these hydrostatic fluid films.

Kognitive Kontrolle bezieht sich auf eine Vielzahl mentaler Fähigkeiten, die es uns erlauben im täglichen Leben zielgerichtete Entscheidungen zu treffen und sich flexibel an sich ständig ändernde Umweltanforderungen anzupassen. Das Ziel der vorliegenden Dissertation war es heraus zu finden, ob Kernfunktionen im Bereich der Konfliktüberwachung, Konfliktkontrolle, Fehlerverarbeitung und die daraus resultierenden Verhaltensanpassungen durch ein einheitliches Kontrollnetzwerk geleistet werden, oder ob spezifische Mechanismen die möglicherweise durch unabhängige neuronale Kontrollschleifen realisiert sind, die Flexibilität unserer Anpassungsfähigkeit steuern. Studie 1 und Studie 2 untersuchen sowohl generelle aus auch spezifische Aspekte der Konflikt- und Fehlerverarbeitung mit Hilfe klassischer Konfliktparadigmen und dem Einsatz von Zeit-Frequenz-analytischen Auswertungsmethoden. Studie 1 untersucht anhand 3 verschiedener Konfliktparadigmen (Simon, Flanker, NoGo) die Modulation der Theta Aktivität (4-8 Hz) und verortet diese grob innerhalb des medial frontalen Cortex (MFC), einer Struktur die durch eine Vielzahl von Studien als entscheidend bei der Konfliktverarbeitung angesehen wird. Die gefundene Theta Aktivität wurde in Studie 2 genutzt, um auch dynamische Netzwerkaktivierungen bei der Bearbeitung von Reiz- und Reaktionskonflikten zu beobachten. Es konnte gezeigt werden, dass ein vermutetes Netzwerk bestehend aus MFC, lateralen präfrontalen Cortices und motorischen Arealen bei der Lösung von Reaktionskonflikten beteiligt ist. In Studie 3 wird eine Simon-Aufgabe, die innerhalb von belohnenden oder bestrafenden Kontexten durchgeführt wurde, genutzt um zu zeigen, dass Konflikt- und Fehlerverarbeitung differentiell durch die Kontextmanipulation beeinflusst werden. Entgegen voriger Annahmen scheinen mehrere neuronale Kontrollsysteme an der Lösung von Konflikten und daraus resultierenden Verhaltensanpassungen beteiligt zu sein. / Cognitive control refers to a set of mental abilities that allow us goal-directed behavior in everyday life and to flexibly adapt to permanently changing environmental demands. The goal of the present dissertation was to investigate whether core functions in the area of conflict monitoring, conflict control, error processing and behavioral adjustments caused by these processes are enabled via a unitary control network or whether specific mechanisms that are possibly realized via independent control loops are responsible for the flexibility of our adaptability. Study 1 and 2 investigate general as well as specific aspects of conflict and error processing by using classic conflict paradigms and time-frequency-analytic methods. Study 1 compares the modulation of theta activity (4-8 Hz) across 3 conflict paradigms (Simon, Flanker, NoGo) and roughly situates it within medial frontal cortex (MFC), a structure which has been characterized as crucial for conflict processing in manifold studies. The found theta activity has been used in study 2, to observe dynamic network activations during processing of stimulus and response conflicts. Data confirmed that a hypothesized network consisting of MFC, lateral prefrontal cortices and motor areas is involved in conflict resolution. In study 3 we used a Simon task which was executed either during a rewarding or a punishing context assessing the influence of motivational contexts on conflict adaptation revealing that conflict and error processing were influenced differentially by the context manipulation. Against previous assumptions, several neuronal control systems seem to be engaged during conflict resolution and resulting behavioral adjustments.

Radiomics analyses commonly apply imaging features of different complexity for the prediction of the endpoint of interest. However, the prognostic value of each feature class is generally unclear. Furthermore, many radiomics models lack independent external validation that is decisive for their clinical application. Therefore, in this manuscript we present two complementary studies. In our modelling study, we developed and validated different radiomics signatures for outcome prediction after neoadjuvant chemoradiotherapy (nCRT) in patients with locally advanced rectal cancer (LARC) based on computed tomography (CT) and T2-weighted (T2w) magnetic resonance (MR) imaging datasets of 4 independent institutions (training: 122, validation 68 patients). We compared different feature classes extracted from the gross tumour volume for the prognosis of tumour response and freedom from distant metastases (FFDM): morphological and first order (MFO) features, second order texture (SOT) features, and Laplacian of Gaussian (LoG) transformed intensity features. Analyses were performed for CT and MRI separately and combined. Model performance was assessed by the area under the curve (AUC) and the concordance index (CI) for tumour response and FFDM, respectively. Overall, intensity features of LoG transformed CT and MR imaging combined with clinical T stage (cT) showed the best performance for tumour response prediction, while SOT features showed good performance for FFDM in independent validation (AUC = 0.70, CI = 0.69). In our external validation study, we aimed to validate previously published radiomics signatures on our multicentre cohort. We identified relevant publications on comparable patient datasets through a literature search and applied the reported radiomics models to our dataset. Only one of the identified studies could be validated, indicating an overall lack of reproducibility and the need of further standardization of radiomics before clinical application.