Nachhaltige und ethisch vertretbare Beschaffung und Produktion gehören zu den großen Herausforderungen, die aus dem rasanten Klimawandel und der wachsenden Weltbevölkerung resultieren. Die Erneuerbare-Energien-Richtlinie II der EU und das deutsche Lieferkettensorgfaltspflichtengesetz sind nur zwei Beispiele für die Vielzahl von Gesetzen und Vorschriften, die Standards für nachhaltige und ethisch vertretbare Beschaffung und Produktion vorgeben. Sie implizieren einen Bedarf an Transparenz, Rückverfolgbarkeit und Verifizierbarkeit von Lieferketten und Transaktionen. Öffentliche Verifikationen von Transaktionen entlang von Lieferketten ermöglichen es Dritten, die Einhaltung von Standards und Richtlinien und den Wahrheitsgehalt von Nachhaltigkeitsversprechen zu überprüfen. Folglich kann die öffentliche Überprüfbarkeit Kunden, öffentlichen Stellen und Nichtregierungsorganisationen dabei helfen, Verstöße und Betrug in Lieferketten aufzudecken. Dies wiederum kann dazu beitragen, den Druck zur Einhaltung geltender Standards und Vorschriften zu erhöhen. Transaktionen in Lieferketten basieren oft auf vertraulichen Informationen, wie beispielsweise Mengen und Preise. Die Transparenz derartiger Daten könnte auf Geschäftsgeheimnisse schließen lassen, was direkten Einfluss auf die Wettbewerbsvorteile der beteiligten Firmen hätte. Die Vereinbarkeit von Transparenz und Vertraulichkeit scheint jedoch auf den ersten Blick widersprüchlich zu sein. Diese Dissertation stellt sich der Herausforderung, die öffentliche Verifizierbarkeit von Transaktionen in Lieferketten unter Wahrung der Vertraulichkeit zu ermöglichen. Ausgehend von zwei Fallbeispielen für Lieferketten-Verifikationen werden zunächst Anforderungen an Lösungen untersucht und fünf Forschungsfragen abgeleitet. Anschließend wird eine universelle Lösung entworfen, welche Transparenz und Vertraulichkeit in Einklang bringt. Das vorgestellte Systemmodell ermöglicht sichere öffentliche Verifikationen durch den Einsatz von Fully Homomorphic Encryption (FHE) und Proxy Re-Encryption (PRE). Um die Eignung des Systemmodells für eine Vielzahl realer Szenarien zu verdeutlichen, werden in dieser Dissertation Protokolle für verschiedene Verifikationsfunktionen entworfen. Dies umfasst die Verifikation von Bilanzen, motiviert durch den Handel mit nachhaltigem Palmöl, sowie die Verifikation von Verhältnissen, veranschaulicht durch die Verarbeitung verschiedener Arten von Kobalt. Durch theoretische und empirische Untersuchungen wird nachgewiesen, dass die Protokolle sichere öffentliche Verifikationen für realitätsnahe Szenarien in praktikabler Zeit ermöglichen. Im Weiteren werden die Sicherheitseigenschaften und -implikationen des vorgeschlagenen Systemmodells und der Protokolle untersucht. Dies beinhaltet eine formale Analyse des Risikos, vertrauliche Informationen im Falle wiederholter, gleicher Verifikationen preiszugeben. Aufgrund der Anfälligkeit gegenüber derartigen Angriffen beim Verwenden probabilistischer Output Obfuscation, wird das Paradigma der Data-Dependent Deterministic Obfuscation (D3O) vorgestellt. D3O ist ein universelles Konzept und damit unabhängig vom Anwendungsfall der Lieferketten-Verifikation. Daher kann es in einer Vielzahl weiterer Protokolle für sichere Berechnungen eingesetzt werden, um das Abfließen vertraulicher Informationen zu reduzieren. / Sustainable and ethical sourcing and production are major challenges that arise from rapid climate change and our growing world population. The EU's Renewable Energy Directive II and the German Supply Chain Act are just two examples of the multitude of laws and regulations that define standards for sustainable and ethical sourcing and production. They imply a need for supply chain transparency, traceability, and verification. Public verification of supply chain transactions gives any third-party verifier the chance to evaluate compliance and the correctness of claims based on supply chain transaction details. Therefore, public verification can help customers, buyers, regulators, and non-governmental organizations uncover non-compliance and fraud committed by supply chain actors. This, in turn, can help increase the pressure to comply with applicable standards and regulations. Supply chain transactions often involve confidential data like amounts or prices. Transparency of such data could leak trade secrets and affect companies' competitive advantages. However, reconciling transparency with confidentiality seems contradictory at first glance. This thesis takes up the challenge of enabling privacy-preserving public verification of confidential supply chain transactions. Given two exemplary real-world use cases for supply chain verification, the thesis first investigates requirements for valid solutions and infers five research questions. It then designs a universal solution that combines transparency with confidentiality. The proposed system model achieves privacy-preserving public verification by employing the cryptographic techniques of fully homomorphic encryption (FHE) and proxy re-encryption (PRE). To demonstrate the suitability of the system model for a large variety of lifelike supply chain verification scenarios, the thesis designs privacy-preserving protocols for different verification functions. This includes the verification of balances, using the trade in sustainable palm oil as an example, as well as the verification of ratios, motivated by different forms of cobalt sourcing. These protocols are evaluated both theoretically and empirically. Through extensive empirical evaluation, the proposed protocols prove to enable privacy-preserving public verification for the mentioned supply chain scenarios in practical time. Additionally, this thesis investigates the security implications of the proposed system model and protocols and formally analyzes the risk of leaking information through repeated similar verifications. Based on the identified vulnerability to such attacks in the case of probabilistically obfuscated protocol outputs, the thesis introduces and investigates the paradigm of data-dependent deterministic obfuscation (D3O). D3O is a universal concept that is independent of the field of supply chain verification. It can reduce the leakage of confidential information in a large class of privacy-preserving protocols.

A new paradigm of electronic devices with bio-inspired features is aiming to mimic the brain’s fundamental mechanisms to achieve recognition of very complex patterns and more efficient computational tasks. Networks of electropolymerized dendritic fibers are attracting much interest because of their ability to achieve advanced learning capabilities, form neural networks, and emulate synaptic and plastic processes typical of human neurons. Despite their potential for braininspired computation, the roles of the single parameters associated with the growth of the fiber are still unclear, and the intrinsic randomness governing the growth of the dendrites prevents the development of devices with stable and reproducible properties. In this manuscript, we provide a systematic study on the physical parameters influencing the growth, defining cause-effect relationships for direction, symmetry, thickness, and branching of the fibers. We build an electrochemical model of the phenomenon and we validate it in silico using Montecarlo simulations. This work shows the possibility of designing dendritic polymer fibers with controllable physical properties, providing a tool to engineer polymeric networks with desired neuromorphic features.

In der numerischen Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, CFD) stellt die Berechnungsgeschwindigkeit einen kritischen Faktor dar. Insbesondere bei transienten Berechnungen oder bei der Simulation von umfangreichen Modellen können Berechnungen auf Hochleistungsrechnern mit mehreren hundert Kernen schnell zu einer zeitintensiven Aufgabe werden, die Tage oder sogar Wochen in Anspruch nimmt. Der Vortrag bietet einen detaillierten Einblick in die Möglichkeiten der GPU-Beschleunigung in Ansys Fluent und beleuchtet das Potenzial dieser innovativen Technologie. Zu Beginn wird der neue GPU-Solver in Ansys Fluent vorgestellt. Dieser Gleichungslöser nutzt die Rechenkapazität von Grafikprozessoren (GPUs), um CFD-Berechnungen durch extreme Parallelisierung effizienter durchzuführen als herkömmliche CPU-basierte Solver. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Methode ist die signifikante Reduzierung des Energieverbrauchs und der Hardware-Investitionskosten. Im Anschluss werden Benchmarks von CPU- gegenüber GPU-basierten Lösungen anhand verschiedener Anwendungsfälle präsentiert. Diese Benchmarks verdeutlichen die Leistungsfähigkeit und Effizienz von GPU-Solvern im Vergleich zu CPU-Solvern. So kann beispielsweise die Außenumströmung eines Fahrzeugs mit dem Coupled GPU Solver zehnmal schneller auf einer Nvidia A100 GPU berechnet werden als auf herkömmlicher HPC-Hardware mit 48 Kernen. Der Vortrag bietet auch einen Überblick über den aktuellen Funktionsumfang und die zukünftige Entwicklungsroadmap von Ansys Fluent. Dies gibt einen Einblick in die aktuellen Funktionen des Tools und die geplanten Entwicklungen für die Zukunft. Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die Lizenz- und Hardwareanforderungen. Dies hilft, die notwendigen Ressourcen für die Implementierung dieser Technologie in eigenen Projekten zu verstehen. Abschließend bietet der Vortrag einen Ausblick auf die Anwendung von Künstlicher Intelligenz (KI) für CFD. Mit der fortschreitenden Entwicklung der KI-Technologie eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Verbesserung und Beschleunigung von CFD-Berechnungen. Insgesamt bietet der Vortrag einen umfassenden Überblick über die Anwendung von GPU-Beschleunigung in moderner CFD-Software und die zukünftigen Entwicklungen in diesem Bereich. / Calculation speed is a critical factor in computational fluid dynamics (CFD). Especially for transient calculations or the simulation of extensive models, calculations on high-performance computers with several hundred cores can quickly become a time-consuming task that takes days or even weeks. The presentation offers a detailed insight into the possibilities of GPU acceleration in Ansys Fluent and highlights the potential of this innovative technology. At the beginning, the new GPU solver in Ansys Fluent will be introduced. This solver uses the computing power of graphics processing units (GPUs) to perform CFD calculations more efficiently than conventional CPU-based solvers through extreme parallelization. An additional advantage of this method is the significant reduction in energy consumption and hardware investment costs. Subsequently, benchmarks of CPU- versus GPU-based solutions will be presented based on different use cases. These benchmarks illustrate the performance and efficiency of GPU solvers compared to CPU solvers. For example, the external airflow of a vehicle can be calculated ten times faster with the Coupled GPU Solver on an Nvidia A100 GPU than on conventional HPC hardware with 48 cores. The presentation will also provide an overview of the current range of functions and the future development roadmap.

Wir untersuchen und berechnen Welleninvarianten von Schrödinger-Operatoren, die auf Schnitte von Hermiteschen Geradenbündeln über flachen Tori gerader Dimension wirken. Die Schrödinger-Operatoren werden aus einem translationsinvarianten Zusammenhang des Bündels sowie einem Potential, d.h. einer glatten Funktion auf dem Torus, konstruiert. Wir beschränken uns auf Bündel mit nichtentarteter Chern-Klasse und untersuchen, in welchem Umfang das Spektrum eines Schrödinger-Operators mit gegebenem Potential den Zusammenhang bestimmt. Wir berechnen die ersten fünf Welleninvarianten explizit mittels des Computeralgebrasystems Mathematica. Für einfache Potentiale erhalten wir eine vollständige Charakterisierung der Isospektralität der translationsinvarianten Zusammenhänge. Weiterhin werden allgemeine Eigenschaften der Welleninvarianten bewiesen, welche allgemeinere Aussagen über die Existenz nichtisospektraler Zusammenhänge implizieren. Andererseits ergeben sich Erkenntnisse über die Grenzen der spektralen Information, die in endlich vielen Welleninvarianten enthalten ist. Negative spektrale Ergebnisse, d.h. Unterschiede in den Zusammenhängen, die nicht durch das Spektrum bestimmt werden, werden durch die Konstruktion von Transplantationen zwischen den Schrödinger-Operatoren zweier Zusammenhänge bei gleichem Potential bewiesen. / We study and compute wave invariants of Schrödinger operators acting on sections of Hermitian line bundles over even-dimensional flat tori. The Schrödinger operators are constructed from translation-invariant connections on the bundle and a potential, a smooth function on the torus. Restricting to bundles with nondegenerate Chern class we study the extent to which the spectrum of the Schrödinger operator of a given potential determines the connection. The first five wave invariants are computed explicitly using the computer algebra software Mathematica. For simple potentials we find a full characterization of the isospectrality of the translation-invariant connections. We also prove general properties of the wave invariants, which imply a more general existence of nonisospectral connections but which also show limitations of the spectral information contained within finitely many wave invariants. Negative spectral results, i.e. differences in connections not determined by spectra, are obtained by constructing transplantations between the Schrödinger operators of two connections with a fixed potential.

Trifluoromethylierung von Mischungen hoeherer Fullerene mit CF3I wurde in Ampullen bei 400-420 Grad Celsius und 500-600 Grad Celsius durchgefuehrt. Die Produktmischungen wurden mittels mehrstufiger HPLC getrennt. In mehreren Versuchen konnten aus den isolierten HPLC-Fraktionen Kristalle fuer die Roentgenstrukturanalyse gewonnen werden. Die folgenden Strukturen der CF3-Derivate der Fullerene C84, C86 und C88 wurden bestimmt: 1 Isomer von C84(4)(CF3)12, C84(11)(CF3)10, C84(11)(CF3)12, C84(11)(CF3)16, C84(16)(CF3)8, C84(16)(CF3)14, C84(18)(CF3)10, C84(18)(CF3)12, C84(22)(CF3)20, C84(23)(CF3)8, C84(22)(CF3)10, C84(22)(CF3)12, C84(22)(CF3)18, C86(17)(CF3)10, C86(17)(CF3)16, C88(33)(CF3)16, C88(33)(CF3)18 und C88(33)(CF3)20. 2 Isomere von C84(22)(CF3)12, C84(22)(CF3)14 und C84(23)(CF3)14. 3 Isomere von C84(11)(CF3)14. 4 Isomere von C84(22)(CF3)16. Die Additionsmuster der Strukturen wurden diskutiert. Die experimentell nachgewiesenen Strukturen wurden mit berechneten Modellstrukturen verglichen. Dabei wurde auch die Stabilitaet der experimentellen Strukturen vorausgesagt. Zusaetzlich wurden die moeglichen Reaktionspfade fuer die Bildung hoeherer Derivate ausgehend von niedrigen Derivaten diskutiert. Sie zeigen, dass die Regioselektivitaet der Addition vom Kaefigisomer abhaengig ist. Die Reaktionspfade von vier Fullerenkaefigen werden in dieser Arbeit vorgestellt. C84(11)(CF3)10 --> C84(11)(CF3)16 C84(22)(CF3)2 --> C84(22)(CF3)20 C84(23)(CF3)10 --> C84(23)(CF3)18 C86(17)(CF3)10 --> C86(17)(CF3)16 / Trifluoromethylation of higher fullerene mixtures with CF3I was performed in ampoules at 400 to 420 degree Celsius and 500 to 600 degree Celsius. The obtained product mixtures were separated by multistep HPLC. Subsequent crystal growth and X-ray diffraction measurements allowed for structural characterization of the CF3 derivatives of fullerenes C84, C86 and C88 listed as the following. 1 isomer of C84(4)(CF3)12, C84(11)(CF3)10, C84(11)(CF3)12, C84(11)(CF3)16, C84(16)(CF3)8, C84(16)(CF3)14, C84(18)(CF3)10, C84(18)(CF3)12, C84(22)(CF3)20, C84(23)(CF3)8, C84(22)(CF3)10, C84(22)(CF3)12, C84(22)(CF3)18, C86(17)(CF3)10, C86(17)(CF3)16, C88(33)(CF3)16, C88(33)(CF3)18 and C88(33)(CF3)20. 2 isomers of C84(22)(CF3)12, C84(22)(CF3)14 and C84(23)(CF3)14. 3 isomers of C84(11)(CF3)14. 4 isomers of C84(22)(CF3)16. The molecular structures of isolated isomers were discussed in terms of their addition patterns and relative formation energies. DFT calculations were used to predict stable molecular structures of the CF3 derivatives. Calculated model structures have been compared with the experimental ones. In addition, the reaction pathways from the lower derivatives to higher ones of selected compounds were predicted. The pathways indicate the regioselectivity of additions depending on the fullerene cage isomer. Reaction pathways are presented for four fullerene cages in this work. C84(11)(CF3)10 --> C84(11)(CF3)16 C84(22)(CF3)2 --> C84(22)(CF3)20 C84(23)(CF3)10 --> C84(23)(CF3)18 C86(17)(CF3)10 --> C86(17)(CF3)16

Straßenaufbauten sind stetig sich ändernden Randbedingungen wie Verkehrsstärke, Achslasten, Achs- und Bereifungskombinationen sowie Klimarandbedingungen ausgesetzt. Um einen Straßenaufbau belastungs- und materialgerecht zu dimensionieren, reichen empirische Verfahren oftmals nicht aus und rechnerische Verfahren werden erforderlich. Hierbei entsteht eine Vielzahl von straßenbautechnischen Fragestellungen, insbesondere die Frage nach der Vali-dierung der Rechenverfahren. Für die im Rahmen der Dimensionierung erforderliche Berechnung der mechanischen Beanspruchungen eines Asphaltstraßenaufbaus stehen die Mehrschichtentheorie, die Finite Elemente Methode (FEM) sowie Hybridverfahren unter Anwendung der FEM und der Fourier Transformation zur Verfügung (SAFEM). Zudem ist nach den Richtlinien zur Dimensionierung eine Vielzahl von Berechnungsschritten durchzuführen, wobei es gilt, die Gesamtberechnungszeit in praxisgerechten Maßen zu halten. Dies kann mit einfachen Modellen und Annahmen wie z.B. statische Belastung und linear-elastisches Materialverhalten erreicht werden. Mit der sensorinstrumentierten Modellstraße in Asphaltbauweise im Maßstab 1:1 bei der Bundesanstalt für Straßenwesen steht eine Versuchsinfrastruktur zur Verfügung, mit der eine Reihe von straßenbautechnischen Fragestellungen beantwortet werden kann und die Lücke zwischen Laborversuch und Beobachtung von Straßen in situ geschlossen werden kann. In einem umfangreichen Versuchsprogramm mit Überfahrten verschiedener Lkw-Konfigurationen bei Variation der Achslasten, der Achs- und Bereifungskombination sowie der Geschwindigkeit als auch Belastung mit dem Falling Weight Deflectometer wurden die Biegedehnungen im Asphalt, die Druckspannungen auf den Schichten ohne Bindemittel, die Oberflächendeflektionen sowie die Asphalttemperaturen gemessen und ausgewertet. Hierbei wurde z.B. das linear-elastische Verhalten zwischen Vertikallast und erzeugter mechanischer Bean-spruchung und somit auch impliziert das linear-elastische Materialverhalten im Rahmen der vorherrschenden Randbedingungen bestätigt. Eine wichtige Komponente ist die Bestimmung der E-Moduli der Asphalte basierend auf den aus den Messsignalen abgeleiteten Belastungsimpulsfrequenzen. Unter Berücksichtigung der adäquaten E-Moduli wurden verschiedene Varianten berechnet und den gemessenen Dehnungen im Asphalt und den Spannungen auf den Schichten ohne Bindemittel gegenübergestellt. Der Vergleich weist eine gute adäquate Annäherung der berechneten an die gemessenen Asphaltdehnungen auf. Somit kann für die Biegedehnungen im Asphalt eine Validierung des „einfachen“, linear-elastischen und statischen Berechnungsmodells mithilfe der SAFEM-Software bestätigt werden.:Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 10 1.1 Hintergrund und Motivation 10 1.2 Problemstellung und Ziel 12 1.3 Zentrale These 14 1.4 Untersuchungsmethodik 15 2 Theoretische Grundlagen 17 2.1 Allgemeines 17 2.2 Mehrschichtentheorie 20 2.3 Finite Elemente Methode 24 2.4 Stoffmodelle 27 2.4.1 Asphalt 27 2.4.2 Tragschichten bzw. Schichten ohne Bindemittel 29 2.4.3 Hydraulisch gebundene Schichten 30 2.4.4 Untergrund/Unterbau 30 2.5 Schichtenverbund 30 2.6 Elastizitätsmodul, Belastungsimpulsdauern und Belastungsimpulsfrequenzen 34 2.7 Grundlagen der Dimensionierung von Verkehrsflächenbefestigungen 40 2.7.1 Standardisierte Dimensionierung 40 2.7.2 Rechnerische Dimensionierung 40 2.7.3 Nachweis der Asphalttragschicht 43 2.7.4 Nachweis der Schichten ohne Bindemittel 44 2.7.5 Nachweis der Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln 45 2.8 Computerprogramm SAFEM 46 2.9 Computerprogramm BISAR 48 3 Stand der Wissenschaft und Technik - Literaturanalyse 49 3.1 Großversuche an instrumentierten Versuchsstraßen 49 3.2 Messung von Deflektionen, Dehnungen im Asphalt und Druckspannungen in den ungebundenen Schichten in Straßenaufbauten von Großversuchsanlagen 50 3.3 Fahrzeuggeschwindigkeiten, Belastungsimpulslängen und Belastungsimpulsfrequenzen in Asphaltstraßenaufbauten 57 4 Versuchsaufbau, Sensorik und Versuchsdurchführung 76 4.1 Aufbau der Modellstraße in Asphaltbauweise 76 4.2 Planum (sogenanntes „fiktives“ Planum) 79 4.3 Frostschutzschicht/Schicht aus frostunempfindlichem Material 79 4.4 Tragschicht ohne Bindemittel: Kies- und Schottertragschichten 80 4.5 Tragschicht mit hydraulischem Bindemittel: Hydraulisch Gebundene Tragschicht und Verfestigung 82 4.6 Asphaltschichten 82 4.7 Gegenüberstellung RStO 01 und RStO 12 84 4.8 Schichtdicken und Schichtenverbund 85 4.8.1 Schichtdickenbestimmung anhand von Bohrkernen 85 4.8.2 Schichtdickenbestimmung mit dem Georadar 88 4.8.3 Schichtenverbund an Bohrkernen 90 4.8.4 Schichtenverbund an Ausbauquerschnitten des Feldes 4 91 4.9 Einbau, Anordnung und Funktionsweise der Sensorik der Modellstraße 93 4.9.1 Allgemeines 93 4.9.2 Dehnungssensoren 93 4.9.3 Drucksensoren 95 4.9.4 Thermoelemente 96 4.9.5 Anordnung und Einbau der Sensorik in den Straßenaufbau 97 4.9.6 Datenerfassung und Aufbereitung 99 4.9.7 Nachträgliche Entnahme von Bohrkernen mit Sensoren 101 4.9.8 Sensorik oberhalb des Straßenaufbaus 101 4.10 Versuchsdurchführung der Lkw-Überfahrten 103 4.11 Fahrzeugkonfigurationen für die Belastungsversuche 103 4.12 Beladen und Verwiegen der Fahrzeuge 105 4.13 Versuchsdurchführung der Überfahrten und Versuchsmatrix 112 4.14 Zeitstrahl der Aktivitäten an der Modellstraße 115 5 Interaktion Reifen-Fahrbahn 116 5.1 Lasteintrag und Spannungsverteilung in der Kontaktfläche 116 5.2 Messung der Druckspannungsverteilung in der Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn an verschiedenen Lkw-Reifen auf der Modellstraße 117 5.3 Kontaktflächengeometrie und Druckspannungen als Eingangsgrößen für die analytischen Berechnungen 126 6 Bestimmung der Materialparameter für analytische Berechnungen 130 6.1 Allgemeines, Grundlagen 130 6.2 Schichten ohne Bindemittel 130 6.3 Hydraulisch gebundene Schichten 135 6.4 Asphaltschichten 137 6.4.1 Bindemittelkennwerte 137 6.4.2 Rechnerische Bestimmung der Steifigkeitsmoduli der Asphalte nach dem Verfahren von Francken und Verstraeten 139 6.4.3 Versuchstechnische Bestimmung der Steifigkeitsmodul-Temperaturfunktionen 148 6.4.4 Gegenüberstellung der berechneten und versuchstechnisch ermittelten Steifigkeitsmodul-Temperaturfunktionen 158 6.4.5 Querdehnzahl 160 6.4.6 Ermüdungsfunktion 161 7 FWD-Belastung: Messergebnisse und Berechnungen 162 7.1 Allgemeines, Grundlagen 162 7.2 FWD-Belastung der Straßenaufbauten der Modellstraße 167 7.3 FWD-Belastung an den Positionen ausgewählter Sensoren der Modellstraße 173 7.4 Grundlagen für die Berechnung der Deflektionen, Dehnungen und Spannungen in den Straßenaufbauten der Modellstraße infolge FWD-Belastung 176 7.5 Berechnungen der Deflektionen, Dehnungen und Spannungen mit den Programmen SAFEM und BISAR 183 7.6 Ausgewählte Ergebnisse der Berechnung mit SAFEM 202 8 Lkw-Belastung: Messergebnisse und Berechnungen 205 8.1 Allgemeines, Grundlagen 205 8.1.1 Temperaturen im Straßenaufbau 205 8.1.2 Auswahl Messinstrumente 206 8.1.3 Lastposition und Exzentrizität Last - Messinstrument 207 8.2 Darstellung ausgewählter Messergebnisse 210 8.3 Analyse der Biegefigur des Asphaltpaketes 213 8.4 Abhängigkeit mechanische Beanspruchung - Radlast 214 8.5 Abhängigkeit mechanische Beanspruchung - Geschwindigkeit 223 8.6 Abhängigkeit mechanische Beanspruchung - Asphaltschichtdicke 228 8.7 Analyse der Belastungsimpulsdauern und Belastungsimpulsfrequenzen 232 8.7.1 Allgemeines und Vorgehensweise 232 8.7.2 Vereinfachte Vorgehensweise bei der Frequenzanalyse 234 8.8 Analytische Vorgehensweise mittels FFT bei der Frequenzbestimmung 245 8.9 Gegenüberstellung der Frequenzen aus manueller und analytischer Bestimmung 257 8.10 Ergebnisse der SAFEM-Berechnungen 260 8.11 Gegenüberstellung der gemessenen und berechneten Beanspruchungen 270 8.12 Abhängigkeit Frequenz - Geschwindigkeit 285 9 Weitere abschließende Überlegungen zur Beanspruchung von Asphaltstraßenaufbauten 292 9.1 Differenzierung zwischen der mechanischen Beanspruchung aus Einzel- und Zwillingsbereifung 292 9.2 Einfluss benachbarter Räder und Achsen auf die mechanische Beanspruchung 292 9.3 Schädigungspotenziale pro Fahrzeugkombination auf Basis der Ermüdungsfunktionen der Asphalttragschicht 292 9.4 Überlegungen zur Dauerfestigkeit von Asphalt 292 10 Zusammenfassung, Schlussfolgerungen und Ausblick 293 10.1 Zusammenfassung 293 10.2 Schlussfolgerungen 299 10.3 Ausblick und weiterer Forschungsbedarf 300 11 Literaturverzeichnis 303 12 Abbildungsverzeichnis 311 13 Tabellenverzeichnis 328 14 Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen 333 15 Anhang 335 / Road pavement structures are exposed to constantly changing boundary conditions such as traffic volume, axle loads, axle and tire combinations as well as climatic boundary conditions. Empirical design methods are often not sufficient to design a road pavement structure in accordance with load, structure and material, so computational methods are required. This gives rise to a large number of pavement engineering issues and in particular the validation of the computation methods. The linear-elastic-multi-layer theory, the Finite Element Method (FEM) and hybrid methods using a combination of FEM and Fourier Transformation (SAFEM-software) are available for the computation of the internal stresses and strains of an asphalt pavement structure within the scope of design. In addition, according to the regulations such as the RDO Asphalt 09 for design calculations, a large number of computation steps must be carried out so it is important to keep the total computation time within practical limits. This can usually be achieved with simplified models and assumptions such as static loading and linear-elastic material behavior. With the sensor-instrumented full-scale asphalt pavement test track at the Federal Highway Research Institute BASt, a test infrastructure is available with which a number of asphalt road pavement questions can be answered and the gap between laboratory tests and monitoring of road pavements in situ can be bridged. In an extensive test program with loading of different truck configurations with variations of axle loads, axle and tire configurations as well as vehicle speed and loading with the Falling Weight Deflectometer, the horizontal flexural strains in the asphalt, the vertical compressive stresses on the granular layers, the surface deflections and the asphalt temperatures are measured and evaluated. Here, for example, the linear-elastic behavior between vertical load and generated mechanical strains, stresses and surface deflections which implies linear-elastic material behavior was confirmed for the prevailing boundary conditions. An important component of the work was the determination of the adequate stiffness moduli for the viscous asphalt based on the load pulse frequencies derived from the measurement signals. Taking into account the appropriate E-Moduli, different variations were calculated and compared to the measured peak values of the asphalt strains and the stresses on the granular layer. The comparison shows a good adequate approximation of the measured asphalt strains to the calculated strains. Thus, for the flexural asphalt strains, a validation of the 'simple', linear-elastic and static calculation model can be confirmed using the SAFEM-software.:Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 10 1.1 Hintergrund und Motivation 10 1.2 Problemstellung und Ziel 12 1.3 Zentrale These 14 1.4 Untersuchungsmethodik 15 2 Theoretische Grundlagen 17 2.1 Allgemeines 17 2.2 Mehrschichtentheorie 20 2.3 Finite Elemente Methode 24 2.4 Stoffmodelle 27 2.4.1 Asphalt 27 2.4.2 Tragschichten bzw. Schichten ohne Bindemittel 29 2.4.3 Hydraulisch gebundene Schichten 30 2.4.4 Untergrund/Unterbau 30 2.5 Schichtenverbund 30 2.6 Elastizitätsmodul, Belastungsimpulsdauern und Belastungsimpulsfrequenzen 34 2.7 Grundlagen der Dimensionierung von Verkehrsflächenbefestigungen 40 2.7.1 Standardisierte Dimensionierung 40 2.7.2 Rechnerische Dimensionierung 40 2.7.3 Nachweis der Asphalttragschicht 43 2.7.4 Nachweis der Schichten ohne Bindemittel 44 2.7.5 Nachweis der Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln 45 2.8 Computerprogramm SAFEM 46 2.9 Computerprogramm BISAR 48 3 Stand der Wissenschaft und Technik - Literaturanalyse 49 3.1 Großversuche an instrumentierten Versuchsstraßen 49 3.2 Messung von Deflektionen, Dehnungen im Asphalt und Druckspannungen in den ungebundenen Schichten in Straßenaufbauten von Großversuchsanlagen 50 3.3 Fahrzeuggeschwindigkeiten, Belastungsimpulslängen und Belastungsimpulsfrequenzen in Asphaltstraßenaufbauten 57 4 Versuchsaufbau, Sensorik und Versuchsdurchführung 76 4.1 Aufbau der Modellstraße in Asphaltbauweise 76 4.2 Planum (sogenanntes „fiktives“ Planum) 79 4.3 Frostschutzschicht/Schicht aus frostunempfindlichem Material 79 4.4 Tragschicht ohne Bindemittel: Kies- und Schottertragschichten 80 4.5 Tragschicht mit hydraulischem Bindemittel: Hydraulisch Gebundene Tragschicht und Verfestigung 82 4.6 Asphaltschichten 82 4.7 Gegenüberstellung RStO 01 und RStO 12 84 4.8 Schichtdicken und Schichtenverbund 85 4.8.1 Schichtdickenbestimmung anhand von Bohrkernen 85 4.8.2 Schichtdickenbestimmung mit dem Georadar 88 4.8.3 Schichtenverbund an Bohrkernen 90 4.8.4 Schichtenverbund an Ausbauquerschnitten des Feldes 4 91 4.9 Einbau, Anordnung und Funktionsweise der Sensorik der Modellstraße 93 4.9.1 Allgemeines 93 4.9.2 Dehnungssensoren 93 4.9.3 Drucksensoren 95 4.9.4 Thermoelemente 96 4.9.5 Anordnung und Einbau der Sensorik in den Straßenaufbau 97 4.9.6 Datenerfassung und Aufbereitung 99 4.9.7 Nachträgliche Entnahme von Bohrkernen mit Sensoren 101 4.9.8 Sensorik oberhalb des Straßenaufbaus 101 4.10 Versuchsdurchführung der Lkw-Überfahrten 103 4.11 Fahrzeugkonfigurationen für die Belastungsversuche 103 4.12 Beladen und Verwiegen der Fahrzeuge 105 4.13 Versuchsdurchführung der Überfahrten und Versuchsmatrix 112 4.14 Zeitstrahl der Aktivitäten an der Modellstraße 115 5 Interaktion Reifen-Fahrbahn 116 5.1 Lasteintrag und Spannungsverteilung in der Kontaktfläche 116 5.2 Messung der Druckspannungsverteilung in der Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn an verschiedenen Lkw-Reifen auf der Modellstraße 117 5.3 Kontaktflächengeometrie und Druckspannungen als Eingangsgrößen für die analytischen Berechnungen 126 6 Bestimmung der Materialparameter für analytische Berechnungen 130 6.1 Allgemeines, Grundlagen 130 6.2 Schichten ohne Bindemittel 130 6.3 Hydraulisch gebundene Schichten 135 6.4 Asphaltschichten 137 6.4.1 Bindemittelkennwerte 137 6.4.2 Rechnerische Bestimmung der Steifigkeitsmoduli der Asphalte nach dem Verfahren von Francken und Verstraeten 139 6.4.3 Versuchstechnische Bestimmung der Steifigkeitsmodul-Temperaturfunktionen 148 6.4.4 Gegenüberstellung der berechneten und versuchstechnisch ermittelten Steifigkeitsmodul-Temperaturfunktionen 158 6.4.5 Querdehnzahl 160 6.4.6 Ermüdungsfunktion 161 7 FWD-Belastung: Messergebnisse und Berechnungen 162 7.1 Allgemeines, Grundlagen 162 7.2 FWD-Belastung der Straßenaufbauten der Modellstraße 167 7.3 FWD-Belastung an den Positionen ausgewählter Sensoren der Modellstraße 173 7.4 Grundlagen für die Berechnung der Deflektionen, Dehnungen und Spannungen in den Straßenaufbauten der Modellstraße infolge FWD-Belastung 176 7.5 Berechnungen der Deflektionen, Dehnungen und Spannungen mit den Programmen SAFEM und BISAR 183 7.6 Ausgewählte Ergebnisse der Berechnung mit SAFEM 202 8 Lkw-Belastung: Messergebnisse und Berechnungen 205 8.1 Allgemeines, Grundlagen 205 8.1.1 Temperaturen im Straßenaufbau 205 8.1.2 Auswahl Messinstrumente 206 8.1.3 Lastposition und Exzentrizität Last - Messinstrument 207 8.2 Darstellung ausgewählter Messergebnisse 210 8.3 Analyse der Biegefigur des Asphaltpaketes 213 8.4 Abhängigkeit mechanische Beanspruchung - Radlast 214 8.5 Abhängigkeit mechanische Beanspruchung - Geschwindigkeit 223 8.6 Abhängigkeit mechanische Beanspruchung - Asphaltschichtdicke 228 8.7 Analyse der Belastungsimpulsdauern und Belastungsimpulsfrequenzen 232 8.7.1 Allgemeines und Vorgehensweise 232 8.7.2 Vereinfachte Vorgehensweise bei der Frequenzanalyse 234 8.8 Analytische Vorgehensweise mittels FFT bei der Frequenzbestimmung 245 8.9 Gegenüberstellung der Frequenzen aus manueller und analytischer Bestimmung 257 8.10 Ergebnisse der SAFEM-Berechnungen 260 8.11 Gegenüberstellung der gemessenen und berechneten Beanspruchungen 270 8.12 Abhängigkeit Frequenz - Geschwindigkeit 285 9 Weitere abschließende Überlegungen zur Beanspruchung von Asphaltstraßenaufbauten 292 9.1 Differenzierung zwischen der mechanischen Beanspruchung aus Einzel- und Zwillingsbereifung 292 9.2 Einfluss benachbarter Räder und Achsen auf die mechanische Beanspruchung 292 9.3 Schädigungspotenziale pro Fahrzeugkombination auf Basis der Ermüdungsfunktionen der Asphalttragschicht 292 9.4 Überlegungen zur Dauerfestigkeit von Asphalt 292 10 Zusammenfassung, Schlussfolgerungen und Ausblick 293 10.1 Zusammenfassung 293 10.2 Schlussfolgerungen 299 10.3 Ausblick und weiterer Forschungsbedarf 300 11 Literaturverzeichnis 303 12 Abbildungsverzeichnis 311 13 Tabellenverzeichnis 328 14 Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen 333 15 Anhang 335

Von der Professur Montage- und Handhabungstechnik der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Chemnitz wird seit 2009 das jährliche Simulationsanwendertreffen SAXSIM organisiert. Ausgewählte Beiträge werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. Das 9. Anwendertreffen SAXSIM fand am 28.03.2017 an der TU Chemnitz statt. / The Chair of Assembly and Handling Technology, which belongs to the Faculty of Mechanical Engineering, has organized the annual simulation user meeting SAXSIM since 2009.  Select contributions will be published in conference proceedings.  The 9th SAXSIM user meeting took place at Technische Universität Chemnitz on March 28, 2017.

Von der Professur Montage- und Handhabungstechnik der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Chemnitz wird seit 2009 das jährliche Simulationsanwendertreffen SAXSIM organisiert. Ausgewählte Beiträge werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. Das 9. Anwendertreffen SAXSIM fand am 28.03.2017 an der TU Chemnitz statt.:- Multiphysikalische Systemsimulation mit SimulationX / Adam Burkhard - Modellierung & Simulation des Plasmaschweißens zur Entwicklung innovativer Schweißbrenner / Dr.-Ing. habil. Khaled Alaluss - Dynamischer Partikelbruch: Modelldefinition, Kalibrierung und Anwendung / Dr.-Ing. Luca Benvenuti - Konstruktionsbegleitende Toleranzsimulation mit CETOL 6 σ unter Verwendung der GPS-Strategie DIN EN ISO 14638 und DIN EN ISO 8015 / Dipl.-Ing. (FH) Christoph Bruns - PTC CREO SIMULATE ENGINE UPDATES / Dr. Arun Chavan - CREO SIMULATE : ROADMAP / Jose Coronado - Simulationsbasierte Entwicklung und Optimierung von Werkzeugmaschinen / Dipl.-Ing. Uwe Eiselt - Validierung des Kontaktmoduls der Freeware Z88Aurora anhand analytischer Beispiele und kommerzieller FE-Systeme / Christian Glenk M.Sc. - Mehrkörpersimulation eines ebenen Koppelgetriebes mittels Matlab/ADAMS-Co-Simulation / Dipl.-Ing. Christian Gollee - Numerische Auslegung des Mehrlagenschweißens als additives Fertigungsverfahren / Dr.-Ing. Marcel Graf - Berechnung und Simulation von Kurvenschrittgetrieben / Dr.-Ing. Andreas Heine - Parameterstudien und Co-Simulation ebener Koppelgetriebe / Stefan Heinrich M.Sc. - Erfassung, Simulation und Weiterverarbeitung menschlicher Bewegungen mit DYNAMICUS / Dipl. -Math. Heike Hermsdorf - Linear Dynamic System Analyses with Creo Simulate / Dr.-Ing. Roland Jakel - Strömungssimulation zur Optimierung von Flussfeldern in PEM-Brennstoffzellen / Philipp Jendras M.Sc. - Konvergenz eines plastischen Multiphysics-Kontaktes in der Pressschweißsimulation - Herausforderungen und Lösungsansätze / Jonny Kaars M.Eng. - Kurvenabgleich zur Bestimmung eines Systemverhalten und von Materialparametern / Dipl.-Ing. Rene Kallmeyer - Die kinematische und statische Analyse eines Biglide-Getriebes mit Hilfe der Programme Mathcad und GeoGebra / Dr.-Ing. Hanfried Kerle - Möglichkeiten der TexMind Software für Generierung von textilen Strukturen für FEM Simulationen und CAD Anwendungen / Prof. Dr. Yordan Kyosev - Prozesssimulation einer Rotorflechtmaschine nach „Horn“ zur Ermittlung der Flechtfadenspannung / Robert Laue M.Sc. ; Dr.-Ing. Daniel Denninger - Bruch einer Königswelle einer 6300 t Presse / Prof. Dr-Ing. Uwe Mahn - Strukturzuverlässigkeit durch Frequenzganganalyse mit Finite-Elemente-Methode im Rahmen des Projektes DRESDYN / Dipl.-Ing. M.Eng. Anton Melnikov - Systemübergreifender Simulationsansatz zur Auslegung, Fertigung und Qualitätssicherung am Beispiel einer Bogenverzahnung / Dipl.-Ing. Jürgen Merz - Integrative Prozess- und Bauteilsimulation für kurzfaserverstärkte Spritzgießbauteile / Dr.-Ing. Sascha Müller - Computergestützte Simulationsschnittstelle - Optimierte Systementwicklung / Dipl.-Ing. Sam Nezhat - Formatabhängige hochdynamische Bewegungen mit Servoantrieben / Dipl.-Ing. Dipl.-Inform. Rainer Nolte - Integration der Diskrete Elemente Methode in die domänen-übergreifende Systemsimulation / Dipl.-Ing. Christian Richter - Mehrkörpermodellierung und Validierung einer 3 MW Windturbine / Andreas Schulze M. Sc. - Vergleich von Stützstrukturen für die additive Fertigung: Creo Parametric/Simulate 4.0 & ProTOpCI / Dipl.-Ing. (FH) Urs Simmler - MFBD-Simulation des Nadeleindringens in ein Gewebephantom am Beispiel der Stanzbiopsie / Thorsten Speicher M.Eng. ; Katharina Hauschild M.Sc. - ANSYS AIM: Der Konzeptsimulator für alle / Dipl.-Ing. Marc Vidal - Neue Schweißfunktionalität in Creo 4 mit den daraus entstehenden Vorteilen zur Simulation / Axel Waidmann - Entwicklung eines zwangläufigen Schneid- und Fixiersystems für den Einsatz in einem Tapelegekopf / Dipl.-Ing. Rainer Wallasch / The Chair of Assembly and Handling Technology, which belongs to the Faculty of Mechanical Engineering, has organized the annual simulation user meeting SAXSIM since 2009.  Select contributions will be published in conference proceedings.  The 9th SAXSIM user meeting took place at Technische Universität Chemnitz on March 28, 2017.:- Multiphysikalische Systemsimulation mit SimulationX / Adam Burkhard - Modellierung & Simulation des Plasmaschweißens zur Entwicklung innovativer Schweißbrenner / Dr.-Ing. habil. Khaled Alaluss - Dynamischer Partikelbruch: Modelldefinition, Kalibrierung und Anwendung / Dr.-Ing. Luca Benvenuti - Konstruktionsbegleitende Toleranzsimulation mit CETOL 6 σ unter Verwendung der GPS-Strategie DIN EN ISO 14638 und DIN EN ISO 8015 / Dipl.-Ing. (FH) Christoph Bruns - PTC CREO SIMULATE ENGINE UPDATES / Dr. Arun Chavan - CREO SIMULATE : ROADMAP / Jose Coronado - Simulationsbasierte Entwicklung und Optimierung von Werkzeugmaschinen / Dipl.-Ing. Uwe Eiselt - Validierung des Kontaktmoduls der Freeware Z88Aurora anhand analytischer Beispiele und kommerzieller FE-Systeme / Christian Glenk M.Sc. - Mehrkörpersimulation eines ebenen Koppelgetriebes mittels Matlab/ADAMS-Co-Simulation / Dipl.-Ing. Christian Gollee - Numerische Auslegung des Mehrlagenschweißens als additives Fertigungsverfahren / Dr.-Ing. Marcel Graf - Berechnung und Simulation von Kurvenschrittgetrieben / Dr.-Ing. Andreas Heine - Parameterstudien und Co-Simulation ebener Koppelgetriebe / Stefan Heinrich M.Sc. - Erfassung, Simulation und Weiterverarbeitung menschlicher Bewegungen mit DYNAMICUS / Dipl. -Math. Heike Hermsdorf - Linear Dynamic System Analyses with Creo Simulate / Dr.-Ing. Roland Jakel - Strömungssimulation zur Optimierung von Flussfeldern in PEM-Brennstoffzellen / Philipp Jendras M.Sc. - Konvergenz eines plastischen Multiphysics-Kontaktes in der Pressschweißsimulation - Herausforderungen und Lösungsansätze / Jonny Kaars M.Eng. - Kurvenabgleich zur Bestimmung eines Systemverhalten und von Materialparametern / Dipl.-Ing. Rene Kallmeyer - Die kinematische und statische Analyse eines Biglide-Getriebes mit Hilfe der Programme Mathcad und GeoGebra / Dr.-Ing. Hanfried Kerle - Möglichkeiten der TexMind Software für Generierung von textilen Strukturen für FEM Simulationen und CAD Anwendungen / Prof. Dr. Yordan Kyosev - Prozesssimulation einer Rotorflechtmaschine nach „Horn“ zur Ermittlung der Flechtfadenspannung / Robert Laue M.Sc. ; Dr.-Ing. Daniel Denninger - Bruch einer Königswelle einer 6300 t Presse / Prof. Dr-Ing. Uwe Mahn - Strukturzuverlässigkeit durch Frequenzganganalyse mit Finite-Elemente-Methode im Rahmen des Projektes DRESDYN / Dipl.-Ing. M.Eng. Anton Melnikov - Systemübergreifender Simulationsansatz zur Auslegung, Fertigung und Qualitätssicherung am Beispiel einer Bogenverzahnung / Dipl.-Ing. Jürgen Merz - Integrative Prozess- und Bauteilsimulation für kurzfaserverstärkte Spritzgießbauteile / Dr.-Ing. Sascha Müller - Computergestützte Simulationsschnittstelle - Optimierte Systementwicklung / Dipl.-Ing. Sam Nezhat - Formatabhängige hochdynamische Bewegungen mit Servoantrieben / Dipl.-Ing. Dipl.-Inform. Rainer Nolte - Integration der Diskrete Elemente Methode in die domänen-übergreifende Systemsimulation / Dipl.-Ing. Christian Richter - Mehrkörpermodellierung und Validierung einer 3 MW Windturbine / Andreas Schulze M. Sc. - Vergleich von Stützstrukturen für die additive Fertigung: Creo Parametric/Simulate 4.0 & ProTOpCI / Dipl.-Ing. (FH) Urs Simmler - MFBD-Simulation des Nadeleindringens in ein Gewebephantom am Beispiel der Stanzbiopsie / Thorsten Speicher M.Eng. ; Katharina Hauschild M.Sc. - ANSYS AIM: Der Konzeptsimulator für alle / Dipl.-Ing. Marc Vidal - Neue Schweißfunktionalität in Creo 4 mit den daraus entstehenden Vorteilen zur Simulation / Axel Waidmann - Entwicklung eines zwangläufigen Schneid- und Fixiersystems für den Einsatz in einem Tapelegekopf / Dipl.-Ing. Rainer Wallasch

Von der Professur Montage- und Handhabungstechnik der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Chemnitz wird seit 2009 das jährliche Simulationsanwendertreffen SAXSIM organisiert. Ausgewählte Beiträge werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. Das 10. Anwendertreffen SAXSIM fand am 22.03.2018 an der TU Chemnitz statt. / The Chair of Assembly and Handling Technology, which belongs to the Faculty of Mechanical Engineering, has organized the annual simulation user meeting SAXSIM since 2009. Select contributions will be published in conference proceedings. The 10th SAXSIM user meeting took place at Technische Universität Chemnitz on March 22, 2018.

Von der Professur Montage- und Handhabungstechnik der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Chemnitz wird seit 2009 das jährliche Simulationsanwendertreffen SAXSIM organisiert. Ausgewählte Beiträge werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. Das 11. Anwendertreffen SAXSIM fand am 26.03.2019 an der TU Chemnitz statt. / The Chair of Assembly and Handling Technology, which belongs to the Faculty of Mechanical Engineering, has organized the annual simulation user meeting SAXSIM since 2009. Select contributions will be published in conference proceedings. The 11th SAXSIM user meeting took place at Technische Universität Chemnitz on March 26, 2019.