The thesis deals with quasi-static and fatigue simulations of thick composite lugs subjected to three-dimensional stress states. This includes damage prediction of hybrid laminates made of GRFP and CRFP containing unidirectional and woven fabric plies.Focus lies on the development of a progressive damage model in fatigue which accounts for sti˙ness and strength degra-dations. Two methods based on Puck’s failure criterion are proposed to predict failure of unidirectional plies: one for plane stress analysis and and the other which takes out-of-plane damage into account.Virtual testing in FEM is conducted in quasi-static and fatigue analysis on thick composite lugs subjected to uni-axial loading. Damage, strength and life predictions are then compared with experimental results to validate the numerical models under investigations. / In der vorliegenden Arbeit wird die Berechnung der Festig-keit von dickwandigen Lochleibungslaminaten im Faserver-bundwerksto˙en unter dreidimensionalen Spannungszustän-den untersucht. Nichtlineare Materialverhalten von Hybrid-laminaten in CFK und GFK werden für Unidirektionalfa-serlagen und Gewebelagen berücksichtigt.Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung von progressi-ven Versagensmodellen unter der Berüsichtigung von Rest-festigkeit und Reststeifigkeit des Materials. Zwei Modelli-erungsmethoden nach Puck-Kriterium zur Vorhersage des Versagens in UD-Lagen werden vorgeschlagen: eine Degra-dierungstechnik für ebene Spannungszustände und ein me-hrachsiges Modell.Numerische Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode werden in Statik- und Ermüdungsanalyse an dickwandigen Lochleibungslaminaten unter einachsiger Belastung durch-geführt. Beschädigungen, Festigkeiten und Ermüdungsle-bensdauer werden dann mit experimentiellen Daten ver-glichen, um die numerischen Methoden zu validieren.

Although the design principles of the Switched Reluctance Machines (SRMs) are available in different fragments in numerous bibliography positions, there no exists the complex design procedure of whole drive system taking into account the SR Machine, control system and supply device as well. The hybrid design method for SRM drives with application of new analytical calculation methods, finite element method and simulation models is proposed in this thesis. The calculation/design system is characterised by important effectivity and reliability. The new possibilities in analytical determination of saturation effects and core losses under various modes of control, including sensorless method, are also taken into account. The correctness of the proposed design algorithms are verified by laboratory tests made on three motor prototypes manufactured in industry for concrete application. This dissertation provides the elements indispensable for more accurate and complex analysis and design of drives with switch reluctance motors. The elements of electrical motor and control system design as well as the considerations on the choice of supply device and controller subsystems are jointed in the thesis for final receiving of the design tool for considered industrial drive system.

Die stark zunehmende Verbreitung leistungsfähiger Akkumulatoren im Rahmen der Energiewende erfordert elektrische Diagnoseverfahren für Batterien wie die Impedanzspektroskopie. Sie ermöglicht durch die Messung des elektrischen Verhaltens einen Einblick ins Innere einer Batterie. Die Auswertung der gemessenen Impedanzspektren mit Modellen stellt aufgrund der Komplexität der ablaufenden elektrochemischen Vorgänge, einer damit verbundenen hohen Modellkomplexität und dem resultierenden Regressionsaufwand eine große Hürde dar. Einen Ausweg bieten Zeitkonstantendichtespektren (DRT), die sich aus Impedanzdaten berechnen lassen. Sie ermöglichen eine schnelle Identifikation der Anzahl der wirkenden Mechanismen zusammen mit deren Stärken und Zeitkonstanten und vereinfachen durch die erleichterte Trennbarkeit der Mechanismen die weitere Auswertung. Bei der Berechnung aus Impedanzdaten ist die Lösung eines unterbestimmten Gleichungssystems unter Nebenbedingungen notwendig. Insbesondere die Zahl der für die Berechnung zur Verfügung stehenden Impedanzmesspunkte schränken die Lösungsqualität stark ein und machen stabilisierende Regularisierungsverfahren erforderlich. Ein weiteres Problem stellen induktive Effekte dar, die mit der klassischen DRT nicht analysiert werden können. Um eine einfache Berechnung zu ermöglichen wurde im Rahmen der Arbeit ein Berechnungsverfahren entwickelt, dass digitale Filter mit einem iterativen Lösungsupdate kombiniert, um die DRT direkt aus Zeitdaten zu berechnen. Das Verfahren zeichnet sich durch seine numerische Einfachheit bei gleichzeitig stabiler Berechnung der DRT aus. Durch die große Datenbasis wird keine aufwendige Regularisierung bei der DRT Berechnung benötigt, die Auflösung verbessert sich und das Verfahren ist durch seine minimalen Anforderung für die Implementierung in Embedded Systemen geeignet. Um auch Spektren mit induktiven Anteilen auswerten zu können, wurde die DRT und die zugehörige Berechnung erweitert. Im Ergebnis erhält man zusätzlich zum bekannten kapazitiven ein induktives Zeitkonstantendichtespektrum, mit dem sich induktives Verhalten analog der klassischen DRT beschreiben lässt. / The rapidly increasing spread of powerful accumulators requires electrical diagnostic methods for batteries such as impedance spectroscopy. By measuring the electrical behavior, it provides an insight into the interior of a battery. The evaluation of the measured impedance spectra with models is a complicated task, due to the complexity of the electrochemical processes taking place, an associated high model complexity and the resulting regression effort. Distribution of Relaxation Times spectra (DRT), which can be calculated from impedance data, offer a way out. They allow a quick identification of the number of acting mechanisms together with their strengths and time constants and simplify further analysis by facilitating the separability of the mechanisms. The calculation from impedance data requires the solution of an underdetermined system of equations under constraints. In particular, the number of impedance measurement points available for the calculation severely limits the solution quality and necessitates regularization procedures during calculation. Another problem is posed by inductive effects, which cannot be analyzed with classical DRT. In order to enable a simple computation, a computational method was developed in this thesis that combines digital filters with an iterative solution update to compute the DRT directly from time domain measurement data. The method is characterized by its numerical simplicity while providing a stable computation of the DRT. Due to the large number of measurement points, no regularization is needed in the DRT calculation, the resolution improves and the method is suitable for implementation in embedded systems due to its minimal requirement. In order to be able to evaluate spectra with inductive components, the DRT and the associated calculation were extended. As a result, an inductive DRT spectrum is obtained in addition to the known capacitive one, with which inductive behavior can be described analogously to the classical DRT.

- Einführung in PTC Mathcad Prime - Darstellung neuer Funktionalitäten in PTC Mathcad Prime 3.1 - Roadmap - Integration in CreoJ und andere Anwendungen

Das Kolloquium Getriebetechnik findet seit 1995 im zweijährigen Turnus statt. Im aktuellen Tagungsband zum 9. Kolloquium in Chemnitz werden in 22 Fachbeiträgen aktuelle Lehr- und Forschungsschwerpunkte aus den Gebieten der Bewegungs-, Getriebe,- und Antriebstechnik, Berechnung und Simulation bis hin zu internetbasierten Wissensportalen vorgestellt. Besondere Themenschwerpunkte sind einerseits die aktuellen und zukünftigen Ausbildungsstrategien im Themengebiet der ungleichmäßig übersetzenden Getriebe an den Universitäten und Fachhochschulen. Andererseits werden die aktuellen F&E-Aktivitäten der einzelnen Professuren und Institute sowie Applikationen von Firmen präsentiert. Dabei stehen heute neben den mechatronischen Antriebssystemen auch verstärkt werkstofftechnisch bzw. bionisch geprägte Konzeptideen im Focus. Neben neuen und effizienten CAD-Lösungsstrategien zeigen die Beiträge ganzheitliche Lösungsansätze sowie den Einsatz der Mehrkörpersimulation und FEM im Umfeld der Getriebeentwicklung.

Bei der Berechnung von Adjungierten, zum Debuggen und für ähnliche Anwendungen kann man die Umkehr der entsprechenden Programmauswertung verwenden. Der einfachste Ansatz, nämlich das Mitschreiben einer kompletten Mitschrift der Vorwärtsrechnung, welche anschließend rückwärts gelesen wird, verursacht einen enormen Speicherplatzbedarf. Als Alternative dazu kann man die Mitschrift auch stückweise erzeugen, indem die Programmauswertung von passend gewählten Checkpoints wiederholt gestartet wird. Das Ziel der Arbeit ist die Minimierung des von der Programmumkehr verursachten Zeit- und Speicherplatzbedarfs. Dieser wird gemessen in Auswertungswiederholungen bzw. verwendeten Checkpoints. Optimale Umkehrschemata werden für Ein- und Mehr-Schritt-Verfahren entwickelt, welche zum Beispiel bei der Diskretisierung einer gewöhnlichen Differentialgleichung Verwendung finden. Desweiteren erfolgte die Entwicklung von parallelen Umkehrschemata, d. h. mehrere Prozessoren werden für die Umkehrung der Programmauswertung eingesetzt. Diese zusätzlichen Prozessoren dienen dazu, die wiederholten Berechnungen des Programms zu parallelisieren, so daß ein Prozessor die Rückwartsrechnung ohne Unterbrechung durchführen kann. Sowohl für die seriellen als auch für die parallelen Umkehrschemata wurde gezeigt, daß die Länge der umzukehrenden Programmauswertung exponentiell in Abhängigkeit von der Zahl der verwendeten Checkpoints und der Zahl der wiederholten Auswertungen bzw. verwendeten Prozessoren wächst. / For adjoint calculations, parameter estimation, and similar purposes one may need to reverse the execution of a computer program. The simplest option is to record a complete execution log and then to read it backwards. This requires massive amounts of storage. Instead one may generate the execution log piecewise by restarting the ``forward'' calculation repeatedly from suitably placed checkpoints. The basic structure of the resulting reversal schedules is illustrated. Various strategies are analysed with respect to the resulting temporal and spatial complexity on serial and parallel machines. For serial machines known optimal compromises between operations count and memory requirement are explained, and they are extended to more general situations. For program execution reversal on multi-processors the new challenges and demands on an optimal reversal schedule are described. We present parallel reversal schedules that are provably optimal with regards to the number of concurrent processes and the total amount of memory required.

In der Studie wird untersucht, ob und wie der durch den Braunkohlebergbau gestörte natürliche Wasserhaushalt mit den Wasserhaushaltsmodellen ArcEGMO, HydPy und RAVEN simulierbar ist. In einem speziell konzipierten, vierstufigen Test, bestehend aus den synthetischen Basis-, Funktions- und Stresstest sowie einem Anwendungstest, wird die Geeignetheit der Wasserhaushaltsmodelle vergleichend analysiert und bewertet. Die Erkenntnisse zum Modellverhalten aus den synthetischen Teststufen tragen erheblich zur sachgerechten Interpretation der Simulationen im Anwendungstest bei. Die Studie ist für alle relevant, die in Verwaltung, Forschung und Consulting mit der Modellierung des Wasserhaushaltes allgemein sowie in Regionen mit Braunkohlebergbau beschäftigt sind. Redaktionsschluss: 09.11.2023

In dieser Arbeit werden versilberte Hochstrom-Steckverbindungen mit Kontaktelementen betrachtet, die in der Elektroenergieversorgung bei Belastung mit Fehlerströmen im Bereich von 24 µs bis 5 s eingesetzt werden. Am Flach- und Rundeinbau der Kontaktelemente werden Kurzschlussversuche im Bereich von (0,01…5) s durchgeführt. Der Kurzschlussstrom erwärmt die Steckverbindung und die Kontaktelemente innerhalb dieser Zeit auf mehrere 100 °C und führt zu einer thermisch aktivierten Schädigung. Dabei baut sich die Kontaktkraft durch Spannungsrelaxation zum Teil ab, und es kann zum Verschweißen der Mikrokontakte und Blasenbildung durch lokales Ablösen der Be-schichtung kommen. Bei einer zu starken Schädigung kann ein sicherer Betrieb der Steckverbindung nicht mehr si-chergestellt werden. Daher werden für die Mechanismen der Schädigung Grenzwerte festgelegt und eine maximale Belastung definiert. Ausgehend von den experimentellen Untersuchungen wird ein Berechnungsmodell auf Basis der Finiten-Elemente-Methode weiterentwickelt. Ein vereinfachtes Widerstandsmodell der Punktkontakte abhängig von Kontaktkraft und Kontakthärte bildet dabei das Verhalten der Mikrokontakte nach. Da das Verhalten der Kontakthärte bei starker Erwärmung im ms-Bereich nur unzureichend erforscht ist, werden aus Experimenten näherungsweise die benötigten Parameter bestimmt. Mit dem erweiterten Berechnungsmodell ist es möglich, die thermische Wirkung praktischer Kurzschlussversuche nachzubilden. Eine wesentliche Erkenntnis ist, dass die Höhe des Stoßstroms zu Beginn des Kurzschlusses einen entscheidenden Einfluss auf die maximale Erwärmung hat. Bei sehr hohen Stoßströmen am Anfang eines Kurzschlusses wird der Kontaktwiderstand stark reduziert. Für den weiteren Verlauf des Kurzschlusses entsteht in den Kontakten daher weniger Wärme, als wenn diese Reduktion nicht stattfindet. Das bedeutet, dass DC-Kurzschlüsse unter Umständen zu einer höheren thermischen Belastung und mechanischen Schädigung führen können als AC-Kurzschlüsse mit gleichem Effektivwert. Experimente bestätigen diese Theorie. Dies gilt allerdings nur, wenn der Stoßstrom nicht zum sofortigen Verschweißen der Kontakte führt. Anhand der Erkenntnisse aus den Experimenten und Berechnungen werden Empfehlungen für die Auslegung und die Prüfung von Hochstrom-Steckverbindungen gegeben. Es zeigte sich, dass das für Prüfungen oft verwendete I2t-Kriterium bei Steckverbindungen nur sehr eingeschränkt anwendbar ist. Die Kurzschlussdauer kann damit nur um ca. (13…17) % verändert werden, ohne dass sich die Beanspruchung in der Prüfung unzulässig ändert. Alternativ schlägt die Arbeit das Ixt-Kriterium vor. Dieses lässt es bei bekannter Geometrie der Steckverbindung zu, einen Prüfstroms in einem vielfach größeren Zeitbereich einzustellen und erzeugt dabei eine vergleichbare thermische Beanspruchung oder mechanische Schädigung. Ein Erwärmen der Steckverbindung auf die maximal zulässige Betriebstemperatur vor dem Kurzschluss, was bei-spielsweise bei einem Fehler im realen Betrieb stattfinden kann, hat einen vergleichsweise geringeren Einfluss auf die Erwärmung und die mechanische Schädigung. Hintergrund ist, dass die Vorerwärmung zu einer Reduktion der Kon-takthärte führt und damit große Kontaktflächen erzeugt, die einen geringen Kontaktwiderstand haben. Hierdurch entsteht weniger Verlustleistung, was die Erwärmung der Steckverbindung reduziert. Aus den gewonnen Erkenntnissen werden Empfehlungen für die Auslegung, Prüfung und die Modellierung des Kurz-schlussverhaltens von Steckverbindungen mit Kontaktelementen für die Elektroenergieversorgung abgeleitet. / In this thesis, silver plated plug-in connectors for electrical power supply under short time current load are investigat-ed. The duration of the short time or short circuit current load is between 24 µs and 5 s. Both flat and round model plug-in connectors are stressed with the short time current. This current heats the plug and socket as well as the contact elements by several hundred Kelvin, which can lead to thermally induced damages. These may include a reduction of the contact force, welding of the contact points and blistering of the coating. If the damage is too severe, safe operation at the rated continuous current may not be able after the short circuit. Thus, limiting loads are defined which ensure a safe operation. Based on the experiments, a finite element model is refined. A simplified model of contact points is used to imple-ment the contact behaviour. This model implements the overtemperature in the contacts, the contact hardness and the contact force into the calculation. In fact, few data for load in the range of milliseconds are available on this matter. Hence, experiments are used for an approximation of the required parameters. The refined model allows for a good correlation between experiments and calculated data. A key finding is that the magnitude of peak current at the beginning of the short circuit has a decisive influence on the maximum heating. In case of a very high peak current at the beginning of a short circuit, the contact resistance is greatly reduced. For the further course of the short-circuit, therefore, less heat is generated in the contacts than if this reduction did not take place. This means that DC short circuits can under certain circumstances lead to higher thermal stress and mechanical damage than AC short circuits with the same RMS value. This is only valid if the peak current does not heat the contact points up to their welding temperature. Experiments confirm this theory. Recommendations for the dimensioning and testing of high current connectors are given on the basis of the experi-ments and the calculations. It was shown that the I²t-criterion, which is often used for altering the test duration in recommended standards, can only be applied to a very limited extent. The short circuit duration can only be changed by about (13…17) % or otherwise the severity of the mechanical damage is likely to change as well. As an alternative, it is proposed to use the newly introduced Ixt-criterion. If the geometry of the connector is known, this criterion allows alternating the short circuit duration in a broader range without major changes in the severity of the test. In a real world application, short circuits may occur while the connectors are under heavy load, which means that at the beginning of the short time current, the connector is preheated. Tests showed that this has only a minor impact on the temperature rise and the mechanical damage of the contact elements. The reason for this behaviour is that, due to the preheating, the hardness of the contact material drops and the contact area is enlarged. This results in a comparatively lower contact resistance and less power loss is generated. This reduces the influence of the higher start-ing temperatures to a certain degree. On the basis of the findings, recommendations are derived for the design, testing and modelling of the short-circuit behaviour of connectors with contact elements for electrical power supply.

Betondecken sind materialintensive Biegetragwerke, wenn sie, wie derzeit üblich, eben und aus einer Betonsorte hergestellt werden. Die Materialien sind dadurch nur an wenigen Stellen maximal und effizient ausgenutzt. Die vorliegende Dissertation greift ein daraus resultierendes Optimierungspotential auf. Eine verbesserte Ausnutzung der Baustoffe Beton und Stahl gelingt durch einen dreischichtigen Querschnittsaufbau. Dabei nehmen die beiden äußeren Betonschichten mit der eingebrachten Stahlbewehrung vor allem die Beanspruchungen aus Biegung und die Kernschicht aus Schub auf. Als Kernschichtmaterial kommen dabei Leichtbetone zur Anwendung. Der Fokus liegt auf der Untersuchung von schlaff bewehrten, einachsig gespannten, einfeldrigen Flachdecken des gewöhnlichen Wohnungs- und Bürobaus. In der Arbeit wird ein Überblick über den aktuellen Entwicklungsstand und die bereits vorliegenden Forschungsarbeiten zu geschichteten, sandwichartigen Betondecken gegeben. Sie geht auf die Eigenschaften von Beton, Stahl und Stahlbeton und ausführlich auf den Verbund zwischen Betonschichten ein, der die Tragfähigkeit geschichteter Betondecken besonders beeinflusst. Anschließend werden verschiedene Bauteilzustände erläutert und die Versagensarten, die bei geschichteten Elementen auftreten können, vorgestellt. Dazu gehören maßgeblich das Biegezug- und Biegedruckversagen sowie das Biegeschub- und Fugenversagen. Es werden sowohl Formeln zur Berechnung von Durchbiegungen im Gebrauchszustand als auch von Bruchlasten in Abhängigkeit der Versagensart bereitgestellt. Auch sind Rechenansätze zur Beurteilung des Bauteilzustandes infolge des unterschiedlichen Schwindens der Betone aufgeführt.

This thesis investigates cost-effective and reliable resource reservation strategies for time-sensitive and safety-critical vehicular (TSSCV) applications, such as autonomous and remote driving. These applications require deterministic and guaranteed access to mobile edge computing (MEC) resources, which is typically achieved through individual reservations. Vehicles submit reservation requests to mobile network operator (MNOs), which allocate computation and communication resources based on these requests. Therefore, optimizing the timing and method for vehicles to place reservation requests in both single and multiple MNO scenarios is crucial, especially in dynamic vehicular environments with fluctuating network conditions and limited resources. Efficient reservation requests are essential as vehicles lack complete information about future resource availability and costs. Additionally, real-world uncertainties, such as unpredictable mobility, which influences future reservation times and costs, complicate the design of an optimal reservation strategy. Furthermore, dynamic pricing models employed by MNOs introduce another layer of complexity to the decision-making process for reservation requests, updates, and exchanges due to their impact on market conditions like resource supply and demand. To address the challenges of resource reservation in single MNO scenarios, this thesis proposes an advanced reservation strategy leveraging a batched long short-term memory (LSTM) model. This approach optimizes the timing of reservations, leading to significant cost savings for vehicles. To further minimize update costs, one-shot and multi-shot reservation update strategies are introduced, complemented by the heuristic greedy reservation updates (HGRU) algorithm. For multiple MNO environments, the thesis addresses cost-effective resource selection by comparing prices and network conditions across MNOs. An adaptive Markov decision process (MDP) framework is proposed, incorporating a deep reinforcement learning (DRL) algorithm, specifically dueling deep Q-learning. To enhance learning efficiency, a novel area-wise approach and adaptive MDP closely resembling real-world conditions are introduced. Furthermore, the temporal fusion transformer (TFT) is employed to effectively handle time-dependent data during model training. The multi-phase training approach, involving both synthetic and real-world data, enables the DRL agent to learn from historical data and adapt to real-time observations. Additionally, a multi-objective approach using a double deep Q-learning algorithm is proposed to minimize the cost of reservation updates while ensuring an optimal strategy and reliable provisioning. Finally, this thesis explores the use of blockchain smart contracts to establish a secure, efficient, and transparent resource trading system for vehicular networks. This blockchain-based architecture optimizes reservation costs and addresses trust issues by enabling decentralized, secure, and cost-effective resource trading among vehicles. By leveraging smart contracts, the system ensures transparency and immutability in transactions, fostering trust among participating vehicles. Simulation results demonstrate that the proposed resource reservation algorithms in single MNO environments outperform benchmark reservation schemes, including immediate reservation schemes, in terms of cost minimization and resource utilization efficiency, which also pose challenges for resource guarantee. In multiple MNO environments, the algorithms effectively manage uncertainties and promote competition between MNOs than single MNO scenario potentially impacting guaranteed resource provisioning. Additionally, while the exchange reservation strategies enhance security, the absence of robust security mechanisms could result in unreliable resource requests from providers, posing challenges to guaranteed resource provisioning.