The technique of automatic differentiation provides directional derivatives and discrete adjoints with working accuracy. A complete complexity analysis of the basic modes of automatic differentiation is available. Therefore, the research activities are focused now on different aspects of the derivative calculation, as for example the efficient implementation by exploitation of structural information, studies of the theoretical properties of the provided derivatives in the context of optimization problems, and the development and analysis of new mathematical algorithms based on discrete adjoint information. According to this motivation, this habilitation presents an analysis of different checkpointing strategies to reduce the memory requirement of the discrete adjoint computation. Additionally, a new algorithm for computing sparse Hessian matrices is presented including a complexity analysis and a report on practical experiments. Hence, the first two contributions of this thesis are dedicated to an efficient computation of discrete adjoints. The analysis of discrete adjoints with respect to their theoretical properties is another important research topic. The third and fourth contribution of this thesis focus on the relation of discrete adjoint information and continuous adjoint information for optimal control problems. Here, differences resulting from different discretization strategies as well as convergence properties of the discrete adjoints are analyzed comprehensively. In the fifth contribution, checkpointing approaches that are successfully applied for the computation of discrete adjoints, are adapted such that they can be used also for the computation of continuous adjoints. Additionally, the fifth contributions presents a new proof of optimality for the binomial checkpointing that is based on new theoretical results. Discrete adjoint information can be applied for example for the approximation of dense Jacobian matrices. The development and analysis of new mathematical algorithms based on these approximate Jacobians is the topic of the sixth contribution. Is was possible to show global convergence to first-order critical points for a whole class of trust-region methods. Here, the usage of inexact Jacobian matrices allows a considerable reduction of the computational complexity.

In diesem Beitrag wird ein Verfahren vorgestellt wie gemessene Daten genutzt werden können, um die mit einem thermischen online-Modell geschätzten Temperaturen zu verbessern. Die Methode zeichnet sich insbesondere durch eine physikalisch interpretierbare Vorgabe von zwei Parametern aus, mit denen bestimmt werden kann, wo und wie stark die Daten zur Anpassung verwendet werden. Das Verfahren wird mit verschiedenen Einstellungen anhand von Versuchen getestet und bewertet. / A new technique to improve temperature estimation in electrical machines is proposed in this paper. An easily adjustable observer use local temperature data. In particular, the method is characterized by a physically interpretable specification of two parameters, which can be used to determine where and how much the data is used for adaptation. The procedure is tested and evaluated with different settings based on experiments carried out.

The main goal of CIC-BREL project (Cracked and Inelastic Calculation of BRacing Elements) is to develop an analytical method to distribute horizontal forces on bracing elements, in this case reinforced masonry shear walls, of a building considering the cracked and inelastic state of material. The moment curvature curve of the wall section is created first depending on the section geometry and material properties of both the masonry units and steel reinforcement. This curve will start with an elastic material behavior, then continue in inelastic material behavior where the masonry crushes and the steel start to yield, until the maximum bending moment M_p is reached. Due to reinforced masonry wall ductility, post maximum capacity is also considered assuming a maximum curvature of 0.1%. From the moment curvature curve, the force displacement curve could be extracted depending on the wall height and wall boundary conditions. Matrix formulation has been developed for both elastic and damaged stiffness matrix, considering different boundary conditions. Fixed-fixed boundary condition which usually exists at the middle stories or last story with strong top diaphragm, fixed-pinned which is the case of the last story that has a relatively soft top diaphragm, and pinned-fixed in the first story case. Other boundary conditions could be considered depending on the degree of fixation on the wall both ends at the top and the bottom. The matrix formulation combined with the force-displacement curve which considers different material stages (elastic, inelastic, ductile post peak force) is used to define forces in each bracing element even after elastic behavior. After elastic phase of each wall the stiffness of the element will degrade leading to a less portion of the total lateral force; other elastic walls, i.e., stronger walls, will receive more portion of the total force leading to a redistribution of the total force. This process will be iterated until the total force is distributed on each bracing element depending on the wall section state: elastic, inelastic and ductile post-peak capacity. Flowcharts clearly will show this process. Finally, a Fortran code is developed to show examples using this method. The developed analytical method will be verified by the results of shake table tests held at the University of California in San Diego, USA. Last test performed in the year 2018 uses T-section reinforced masonry walls, subjected to shakings with increased intensity. The total applied force for each shaking could be defined depending on the structural weight and shaking intensity (acceleration). The damage and displacement at each intensity has been recorded and evaluated. Depending on these test results, the results of the analytically developed method will be compared and evaluated. Total system displacement at different lateral load values has been compared for analytical calculations and shake table tests; furthermore, each wall state at increased load has been compared, good agreement could be noticed.:Acknowledgement 5 1. Introduction 7 1.1. State of the Art 9 1.2. Elastic Formulae 9 1.3. Example, Elastic Calculation 12 1.3.1. Stiffnesses of the System 13 1.3.2. Torsion due to Eccentric Lateral Loading 14 1.3.3. Distribution of the Lateral Load on Wall “j” and Floor “i” 15 2. Force Displacement Curve of RM Shear Wall 19 2.1. Introduction 19 2.2. Cantilever Wall 19 2.2.1. Cantilever Elastic Wall 19 2.2.2. Cantilever Inelastic Wall 21 2.2.3. Cantilever Post-Peak Wall 22 2.3. Fixed-Fixed Wall 23 2.3.1. Fixed-Fixed Elastic Wall 23 2.3.2. Fixed-Fixed Inelastic Wall 24 2.3.3. Fixed-Fixed Post-Peak Wall 26 2.4. Moment – Curvature Analysis 26 2.5. Example, Rectangle Cross Section, Cantilever 29 a) Moment Curvature Curve 29 b) Force Displacement Curve 32 2.6. Example, Rectangle Cross Section, Fixed-Fixed 33 a) Moment Curvature Curve 33 b) Force Displacement Curve 33 2.7. Example, T Cross Section, Cantilever 35 a) Moment Curvature Curve 35 b) Force Displacement Curve 41 2.8. Example, T Cross Section, Fixed-Fixed 43 a) Moment Curvature Curve 43 b) Force Displacement Curve 43 3. Matrix Formulation 47 3.1. Procedure 47 3.2. Structure Discretization 47 3.3. Element, i.e.; Wall, Local Stiffness Matrix 48 3.4. Stiffness Matrix of Fixed-Pinned Beam 52 3.4.1. Elastic 52 3.4.2. Pre-Peak Inelastic 54 3.4.3. Post-Peak Inelastic 55 3.4.4. Normal Force Part in the Stiffness Matrix 56 3.5. Stiffness Matrix of Pinned-Fixed Beam 57 3.5.1. Elastic 57 3.5.2. Post-Peak Inelastic 57 3.6. Stiffness Matrix of Fixed-Fixed Beam 58 3.6.1. Elastic 58 3.6.2. Post-Peak Inelastic 60 3.7. Summary of Stiffness Matrices 61 3.7.1. Fixed-Fixed 61 3.7.2. Fixed-Pinned 62 3.7.3. Pinned-Fixed 63 3.8. Transformation Matrix 63 3.9. Assemble the Structure Stiffness Matrix 65 3.10. Assemble the Structure Nodal Vector 66 3.11. Solve, Get Nodal Displacements and Forces 66 4. Matrix Formulation and Deformation Based Method 69 4.1. Elastic Method in Distributing Lateral Force 69 4.2. Elastic and Inelastic Method in Distributing Lateral Force 70 5. Shake Table Tests 73 5.1. Introduction 73 5.2. Design of Test Structure 73 5.3. Material Properties 75 5.4. Tests and Observations 75 5.4.1. Tests up to Mul-90% 76 5.4.2. Tests with Mul-120% 76 5.4.3. Tests with Mul-133% 76 5.5. Deformations 77 6. Verification 81 6.1. T Cross Section, Dimensions, Reinforcement and Materials 81 6.2. Moment Curvature Curve 82 6.3. Force Displacement Curve 85 6.4. Force Displacement Curve of the Structure 88 7. Conclusions and Suggestions 91 8. References 93 Appendix 1, Timoshenko Beam 95 • Fixed-Fixed 95 • Fixed-Pinned 95 • Pinned-Fixed 96 Appendix 2, Bernoulli Beam 97 • Fixed-Fixed 97 • Fixed-Pinned 97 • Pinned-Fixed 98

Der innovative Verbundwerkstoff N-TRC (Nonwoven-Textile Reinforced Concrete) bestehend aus Carbonbeton (CRC – Carbon Reinforced Concrete) und betongetränktem Nadelvliesstoff (CSN – Concrete Soaked Nonwovens) ist in Form von Material- und Bauteilversuchen entwickelt und getestet worden. Nach der Ermittlung des eindimensionalen Druck- und Zugtragverhaltens des Materials sind verschiedene Konstruktionsvarianten eines Deckenträgers in 6-Punkt-Biegeversuchen untersucht worden. Die Bauweise mit N-TRC ermöglicht dabei die Herstellung dünner Querschnitte mit einer hohen Maßgenauigkeit und Anpassungsfähigkeit an räumliche Flächentragwerke. Des Weiteren weist der betongetränkte Nadelvliesstoff eine sehr feine Rissbildung und außergewöhnlich hohe Duktilität auf. Die untersuchten Bauteilabmessungen der Deckenträger reichen in der Spannweite von 3 bis 4,3 m und betragen in der Höhe 0,2 m und in der Breite 0,6 m. Die Bauelemente erreichen bei diesen Abmessungen Eigengewichte von 50 – 100 kg und übertreffen mit der experimentell ermittelten, maximalen Tragfähigkeit dabei die nominellen Gebrauchslasten um ein Vielfaches. Wie bei allen filigranen und leichten, aber sehr tragfähigen Tragstrukturen gehen diese Tragfähigkeiten mit hohen Verformungen einher, denen konstruktiv begegnet werden muss. Neben den experimentell durchgeführten Material- und Großbauteilversuchen sind analytische und mitunter relativ aufwändige numerische Simulationsmodelle entwickelt, auf die Bauteilversuche angewendet und untereinander verglichen worden. Dabei werden unter anderem mehrschichtige Carbonbewehrungen und das mehraxiale nichtlineare Spannungs-Dehnungsverhalten von Beton berücksichtigt, um das realitätsnahe Tragverhalten der Bauteile vom ungerissenen Zustand bis zum Zustand der abgeschlossenen Rissbildung abzubilden.

Continuous balancing of energy demand and supply is a fundamental prerequisite for the stability of energy grids and requires accurate forecasts of electricity consumption and production at any point in time. Today's Energy Data Management (EDM) systems already provide accurate predictions, but typically employ a very time-consuming and inflexible forecasting process. However, emerging trends such as intra-day trading and an increasing share of renewable energy sources need a higher forecasting efficiency. Additionally, the wide variety of applications in the energy domain pose different requirements with respect to runtime and accuracy and thus, require flexible control of the forecasting process. To solve this issue, we introduce our novel online forecasting process as part of our EDM system called pEDM. The online forecasting process rapidly provides forecasting results and iteratively refines them over time. Thus, we avoid long calculation times and allow applications to adapt the process to their needs. Our evaluation shows that our online forecasting process offers a very efficient and flexible way of providing forecasts to the requesting applications.

Das Dresdner Brückenbausymposium fand 2024 zum mittlerweile 33. Mal statt. Mit einer konstant vierstelligen Teilnehmerzahl ist es die etablierteste Tagung rund um den Brückenbau in Deutschland. Die 13 Vorträge waren thematisch bei Neubau und Bestand, Rückbau, Historie und Richtlinienarbeit angesiedelt. Der Tagungsband enthält zudem vier Zusatzbeiträge.:Dirk Hilbert, Oberbürgermeister der Landeshauptstadt Dresden: Spannende Herausforderungen Dipl.-Ing. (FH) IWE Karsten Eins, Dipl.-Ing. Stefan Burgard, Franziska Ducklaus, M. A.: Ersatzneubau Strombrückenzug Magdeburg Prof. Dr.-Ing. Colin Caprani: Australian bridge loadings and bridge assessment strategies (Übersetzung: Dr.-Ing. Silke Scheerer: Brückenbelastungen und Strategien zur Brückenbewertung in Australien) Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix, Dipl.-Ing. Christoph Waltl, Dipl.-Ing. Dr. Matthias Egger, Dipl.-Ing. Julian Konzilia, Dipl.-Ing. Jonas Wachter, Dipl.-Ing.(FH) Norbert Plattner: Großflächige Verstärkung einer Talbrücke mit Carbonbeton Dipl.-Ing. Tibor Sipos, Dipl. Bauing. ETH, Dr. sc. techn. Luc Trausch: Ersatz der Überführung Bederstrasse beim Bahnhof Enge in Zürich Prof. Dr.-Ing. Richard Stroetmann, Dipl.-Ing. Dipl.-Kffr. Sandra Christein, Dipl.-Ing. Steffen Oertel M. Sc., Dipl.-Ing. Alexander Fuchs M. Sc., Dipl.-Ing. Matthias Schönberg: Chemnitzer Viadukt – technische Instandsetzung und Verstärkung eines Denkmals Dipl.-Ing. Christian Rüters, Dipl.-Ing. (FH) Jörn Plate: Korrosionsschutz im Stahlbrückenbau – stehendes Wasser auf Beschichtungen Dipl.-Ing. Dr. techn. Franz Forstlechner: Anti-Aging-Maßnahmen für Eisenbahnbrücken aus Stahl Dr.-Ing. Gerhard Setzpfandt: Die Firma Liebold & Co. aus Langebrück bei Dresden und die Bau- und Nutzungsgeschichte der Syratalbrücke in Plauen Dipl.-Ing. Tobias Mansperger: Das Bauwerk 399c – innovativ und nachhaltig Dr. Joan Hee Roldsgaard, Dr. Claus Pedersen, Prof. Dr. Alan O‘Connor, M.Eng. Christian von Scholten, M.Eng. Alex Hansen: Leitfaden zur zuverlässigkeitsbasierten Bewertung bestehender Brücken – Beispiele aus der Praxis Prof. Dr.-Ing. Gero Marzahn, Dipl.-Ing. Andreas Jackmuth: Nibelungenbrücke Worms – digitale Erhaltung für mehr Nachhaltigkeit im Brückenbau Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. Josef Hegger, Benjamin Camps, M.Sc.: Planungshilfe zur Umsetzung modularer Brückenbausysteme in Deutschland Dipl.-Ing. Matthias Münch, Dipl.-Ing. Michael Anschütz: Denkmalgerechte Instandsetzung der Müngstener Brücke – die Kaiser-Wilhelm-Brücke im Zuge der DB-Strecke Solingen–Remscheid über das Tal der Wupper Dipl.-Ing. Cedric Eisermann, Dipl.-Ing. Jenny Keßler, Max Herbers, M.Sc.: Brückenbauexkursion durch Norwegen – Bauwerke und eine Landschaft der Superlative 191 Fabian Graber, MSc Bauing. ETH/SIA, Dipl. Architekt FH: Hängebrücke am Seilnetz – der Himmelhausmattesteg im Emmental Daniel Krouhs M.Sc., Dr.-Ing. Martin Siffling, Jakub Bielski M.Sc.: Neckartalbrücke Horb – Erfahrungsbericht aus der parametrischen BIM-Ausführungsplanung Dipl.-Ing. (FH) Klaus Lanzinger, Prof. Dr.-Ing. Andreas Garg: Dauerhafte und nachhaltige Spannbetonbrücken – Kunststoffhüllrohre für interne Spannglieder

Interdisziplinäre Produktanforderungen, eine hohe Servicequalität und ein verändertes Nutzerverhalten führen in immer mehr Unternehmen von klassischen funktionsorientierten und abteilungsgebundenen Organisationsformen zu einer Prozessorientierung, in der das Abteilungsdenken durch das Erfolgsziel des Gesamtprozesses ersetzt wird. Dies gilt insbesondere für einen der wichtigsten Teilprozesse der Produktentwicklung, die Berechnung der im Erzeugnis verbauten Maschinenelemente. Deren Auslegung, Optimierung und Nachrechnung sind einerseits Teil eines übergeordneten und arbeitsteiligen Entwicklungsprozesses, bedürfen aber zur eigenen Bestimmung ebenfalls vieler einzelner parallel ablaufender interdisziplinärer Aktivitäten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Methode zur Systematisierung und Erhöhung der Transparenz der Abläufe in der Produktentwicklung mit dem Schwerpunt der Auslegung und Berechnung von Maschinenelementen und deren Baugruppen. Es wurden die Baugruppen- und Prozessbildung, die Werkzeuge für die Modellbildung sowie eine prototypisch realisierte Baugruppenberechnung vorgestellt. Auf Basis der durchgeführten Literaturrecherche wurden die grundlegenden Vorgehensweisen und Methoden zur Organisation und Durchführung von Berechnungsprozessen identifiziert, analysiert und auf die Anwendbarkeit der Lösung, der im Rahmen dieser Arbeit gestellten Aufgaben zur Systematisierung und Erhöhung der Transparenz der Berechnungsabläufe im Bereich der Maschinenelementeberechnungen untersucht. Die Grundlage der neuen Methode bilden Ansätze, die sich bereits in der Konstruktionsmethodik und in der Informationstechnik bewährt haben. Ergänzt mit den Konzepten der Klassifikation und Prozessautomatisierung sowie den mathematisch-technischen Berechnungsalgorithmen der Ingenieurwissenschaften bilden sie die Basis dieser Methode. Die für die Automatisierung notwendige Formalisierung der Methode wurde basierend auf der Theorie der gerichteten Graphen, der SysML (Systems Modeling Language) und des Business Process Management (BPM) Ansatzes durchgeführt. Die gewonnenen theoretischen Erkenntnisse wurden in Form eines prototypisch entwickelten Design Process Management Systems realisiert, welches die Erreichung der in der Arbeit gesetzten Ziele ermöglicht und für ein nachhaltiges Wissensmanagement bei der Organisation der Berechnungsabläufe sorgt. Die Besonderheiten dieses workfloworientierten Management Systems liegen einerseits in einem Wissens-Repository, welches die modularen Bestandteile zur Definition der Berechnungsabläufe beinhaltet sowie andererseits in einem interaktiven Prozess-Designer, mit dessen Hilfe die Abläufe graphisch, schnell und intuitiv modelliert und ausgeführt werden können. In den Produktplanungsphasen vom Anforderungsmanagement bis zur Validierung nach dem Prinzip des „Systems Engineering“ kann dabei auf eine Bibliothek modularer Berechnungsobjekte in Form von Prozess-Bausteinen zugegriffen werden, deren Schnittstellen und Datenstrukturen ausnahmslos einheitlichen Definitionen entsprechen. Gemeinsam mit der nach eCl@ss - Standard entwickelten Merkmalsstruktur der Berechnungsobjekte wird so eine hohe Wiederverwendbarkeit erzielt. Die Klassifizierung der Berechnungsobjekte orientiert sich an konstruktionssystematischen Gesichtspunkten. Der eigentliche Prozess der Baugruppenbildung erfolgt mit einem Editor, der die Berechnungsobjekte miteinander verknüpft, indem er die zugehörigen Informationsobjekte, Datenbankzugriffe und Algorithmen in die Benutzeroberfläche und in den Prozess einbindet. Ebenso können externe Prozesse und Datenquellen nahtlos in die Modellierung einfließen. Schließlich wird die Vorgehensweise bei der Modellbildung einer Berechnungs-Baugruppe am Beispiel einer Getriebeauslegung dargestellt. Ausgehend von den geforderten Merkmalen der Lösungskonfiguration wird die Funktionsstruktur durch analoge Berechnungsobjekte abgebildet und anschließend über eine geeignete Logik miteinander verknüpft. Der dabei entstehende Prozess bildet die neue Berechnungs-Baugruppe der Getriebeauslegung und kann schließlich für Parameterstudien herangezogen werden. Mit den prozessgebundenen Berechnungsbaugruppen wurde eine Methode vorgestellt, die den Konstrukteuren die Möglichkeit bietet, ihre zum Teil mehrstufigen und rekursiven Berechnungen durch den Einsatz modularer Funktionsbausteine verbindlich, nachvollziehbar und vor allem zeitsparender zu gestalten. Dabei sind die Arbeitsergebnisse allen Ingenieuren und Abteilungen einer Community, vor allem auch dem Qualitätsmanagement und damit einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess zugänglich. Inwieweit die hier vorgetragenen Methoden auch den Validierungsprozess unterstützen können, bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten.

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Schneckenradgetriebe sind aufgrund ihrer Verzahnungsgeometrie prädestiniert für Getriebeanwendungen mit diskontinuierlichem und schwingungsbehaftetem Betrieb. Bei hohen Momenten und geringen Drehzahlen stellt dabei die Zahnfußtragfähigkeit die primäre Auslegungsgrenze dar. Das Ziel der vorliegenden Arbeit lag in der Erhöhung der Genauigkeit der Berechnungsmethoden für die Zahnfußtragfähigkeit von Schneckenrädern, auch zur Steigerung des Volumennutzwertes dieser Getriebe. Hierzu wurden alle die Tragfähigkeit des Zahnfußes beeinflussenden Parameter durch eine Vielzahl von Experimenten und FE Simulationen untersucht. Dies schließt eine genaue Analyse der Geometrie von Schneckengetrieben, deren Fertigung und Einbausituation, die verwendeten Werkstoffe und deren Beanspruchung mit ein. Auf dieser Basis gelang neben der Entwicklung eines vergleichsspannungsbasierten analytischen Berechnungsverfahrens die Erstellung eines örtlichen Berechnungskonzeptes nach dem Kerbspannungskonzept. Hiermit konnte die Einschätzung der Zahnfußtragfähigkeit bei der Neuentwicklung und die Optimierung von Getrieben verbessert werden. / Worm gears are well suited for gearbox applications in environments with discontinuous conditions and mechanical vibrations. In the case of high torque and low speed, the tooth root strength is the primary design limit. The aim of the present paper is to improve the accuracy of the calculation methods for the tooth root strength of worm wheels. To reach this, all parameters which affects the strength of the tooth root were examined. This includes the geometry, the manufacturing, the materials and the stresses of worm wheels. Through this investigation, the development of a new analytical calculation method based on the equivalent stress concept could be done. Furthermore, a local calculation method based on the notch stress concept was developed. Thus, the forecast of the tooth root strength of worm wheels for redevelopment and optimization could be improved.

Der vorliegende Beitrag befasst sich mit dem Verhalten von Vibrationsförderern. Speziell für Förderer, welche nach dem Gleitprinzip arbeiten, werden Zusammenhänge zwischen der Antriebslage, dem Fördergut sowie der Ausrichtung des Förderorgans beschrieben. Durch Anwendung der vorgestellten Prinzipien wird eine Berechnungsmethode für die Fördergeschwindigkeit abgeleitet und anschließend mit Versuchswerten verglichen. / This paper deals with the behavior of vibrating conveyors. Especially for conveyors, using a sliding principle of movement, relations between the drive position, the conveyed goods and the orientation of the means of transport are described. By applying the principles presented, a method for calculating the conveying velocity is derived and compared with experimental values.