Aufgrund der hohen Patientendosen bei der CT und des möglichen Strahlenrisikos ist es wichtig, daß die Patientendosis bestimmt werden kann und optimiert wird. Die Bestimmung der Patientendosis erfolgt durch Berechnung mit Hilfe von Konversionsfaktoren oder Messung meist mit Hilfe von Thermolumineszenzdosimetern und einem gewebeäquivalenten anthropomorphen Phantom. Ein Problem bei der Dosisberechnung liegt darin, daß nicht für alle Geräte spezifische Konversionsfaktoren exisitieren. Probleme bei der Dosismessung liegen darin, daß das gewebeäquivalente Phantom sehr teuer ist, die Handhabung auf dem CT-Tisch umständlich und die Auswertung der Dosimeter zeitaufwendig ist. Eine Lösungsmöglichkeit ist die Verwendung des Computertomographie-Dosisindex CTDI und des Dosislängenproduktes, zwei Dosisgrößen, die sich aus Messungen in einfachen zylindrischen Plexiglasphantomen ableiten lassen. Der CTDI ist heute beim Hersteller erfragbar. Nach eigenen vergleichenden Untersuchungen liefert der CTDI einen brauchbaren Wert für die Dosen der Organe, die vollständig in der Untersuchungsregion liegen. Das Dosislängenprodukt korreliert sehr gut mit der effektiven Dosis, die als Vergleichsmaß für das angenommene Strahlenrisiko herangezogen wird. Es ist hilfreich zur einfachen und schnellen Abschätzung der effektiven Dosis, wenn keine geeigneten Konversionsfaktoren vorliegen. Zu den Möglichkeiten der Dosisoptimierung gehören die Reduzierung des Gesamt-mAs-Produktes durch Erhöhung des pitch bei der Spiral-Technik, die Niedrigdosis-CT für bestimmte Fragestellungen und die Bleiabdeckung von Organen außerhalb der Untersuchungsregion. Eine weitere Möglichkeit ist die Dosisbeschränkung. Hierzu sieht die Patientenrichtlinie der Europäischen Gemeinschaft von 1997 die Etablierung von diagnostischen Referenzwerten vor. Im Working Document der europäischen Kommission werden der CTDI und das DLP als Referenzdosisgrößen vorgeschlagen. Dabei wird das 3. Quartil der mittleren Dosiswerte von allen untersuchten Zentren als Referenzwert verwendet. Das Problem ist, daß die vorgeschlagenen Referenzwerte sich auf Ergebnisse einer älteren Dosiserhebung an konventionellen CT-Geräten aus den späten 80-er Jahren stützen. Eine aktuelle von uns durchgeführte Dosiserhebung in Berlin zeigt, daß die Werte für CTDI und DLP bei der Spiral-CT deutlich geringer sind als bei der konventionellen CT. Die vorgeschlagenen Referenzwerte sind für die Spiral-CT also zu hoch. Bei der Aufstellung von neuen Referenzwerten sollten daher die Dosiswerte für die Spiral-CT besondere Berücksichtigung finden. / Due to the high radiation dose to the patient in CT and the possible radiation risk it is important to determine and to optimize the patient dose. The determination of the patient dose is performed by calculation with the help of conversion factors or measurement mostly with the help of thermoluminescence dosemeters and tissue-equivalent anthropomorphic phantom. Problem in dose calculation occurs when machine specific conversion factors are not available. Problems in dose measurement are the very high cost of tissue-equivalent phantom, the difficulty in the handling of the phantom on the patient desk and the time consuming reading of the dosemeters. A possible solution is the use of computed tomography dose index (CTDI) and dose length product. These are two dose quantities that can be derived from measurements in simple cylindrical polymethylmetacrylate phantoms. CTDI can be provided by the manufacturer. According to own comparative examinations CTDI provides a useful value for the dose of organs, that lie completely within the examination region. The dose length product shows very good correlation with the effective dose, that is used to compare the supposed radiation risk from different examinations. It is useful for a simple and quick estimation of the effective dose when appropriate conversion factors are not provided. Possibilities to optimize the patient dose are reduction of the total mAs-product by increasing the pitch in spiral CT, low dose CT for some clinical questions and lead shielding of organs outside the examination region. A further possibility is the dose restriction. For this the Council Directive of 1997 of the European Union provides that diagnostic reference levels are established. In the Working Document of the European Commission CTDI and dose length product are proposed as reference dose quantities. The third quartile of the average dose values in all examined centers is used as reference dose values. Problem is , that the proposed reference dose values are derived from the results of an older survey on conventional CT machines in the late eighties. A topical survey performed by us in Berlin shows that the values for CTDI and dose length product are lower for spiral CT than for conventional CT. Therefore the proposed reference dose values are too high for spiral CT machines. In the establishment of new reference dose values particularly the dose values of spiral CT should be considered.

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.

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.

Sturzmühlen werden zur Zerkleinerung von z.B. Zementklinker und Erzen eingesetzt. Für eine sichere Dimensionierung der Mühlenstruktur mittels Finite-Elemente-Methoden werden Belastungsgrößen der Mühlenfüllung im Betrieb der Maschine benötigt. Aufgrund eines fehlenden Ansatzes wird diese Last bisher nur abgeschätzt. Mit der Diskrete-Elemente-Methode konnte die Mahlgutbewegung und die Belastungsverteilung der Mühlenfüllung auf den Mahlzylinder unter Variation der relativen Drehzahl und des Füllungsgrades simuliert werden. Eine Bewertung der Simulationsergebnisse erfolgte durch die Gegenüberstellung der simulierten Mahlgutbewegung mit fotografischen Aufnahmen des Bewegungszustandes in einer Modellmühle sowie den Vergleich der Belastungsverteilung aus der Simulation mit gemessenen Kraftverläufen an einer Labormühle. Die Anwendung der simulierten Belastung in einer FE-Berechnung einer SAG-Mühle lieferte durch den Vergleich mit Dehnungsmessungen am Mahlzylinder einer Technikumsmühle bei verschiedenen Füllungsgraden eine qualitativ bessere Spannungsverteilung als der bisherige Lastansatz.

Im Projekt „Weiterentwicklung und Optimierung von Be- und Entladesystemen für Tank- und Erdbeckenspeicher“ des Forschungsprogramms „Solarthermie 2000plus“ wurden von 2004 bis 2008 unterschiedliche Konstruktionen zur Be- und Entladung thermischer Speicher experimentell und mit Hilfe von Simulationsrechnungen untersucht. Wesentliche Ziele dieses Projektes waren: - die Systematisierung und Analyse bestehender Konstruktionen, - die Weiterentwicklung und Optimierung von Be- und Entladesystemen, - die Ableitung von Richtlinien für Planung und Auslegung, - die Untersuchung der Übertragbarkeit vom Experiment auf Mittel- und Großspeicher sowie - die Einbindung von Industriepartnern (Kooperation und Praxistests). Das Projekt wurde an der Technischen Universität Chemnitz in Zusammenarbeit mit dem Projektpartner Technische Universität Ilmenau durchgeführt. Die Ergebnisse der Untersuchungen und die gewonnenen Erkenntnisse werden im Bericht detailliert erläutert.

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

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der theoretischen Vorhersage neuer Materialien. Ein evolutionärer Algorithmus, der zur Lösung dieses globalen Optimierungsproblems Konzepte der natürlichen Evolution imitiert, wurde entwickelt und ist als Programmpaket EVO frei verfügbar. EVO findet zuverlässig sowohl bekannte als auch neuartige Kristallstrukturen. Beispielsweise wurden die Strukturen von Germaniumnitrofluorid, einer neue Borschicht und mit dem gekreuzten Graphen einer bisher unbekannte Kohlenstoffstruktur gefunden. Ferner wurde in der Arbeit gezeigt, dass das reine Auffinden solcher Strukturen der erste Teil einer erfolgreichen Vorhersage ist. Weitere aufwendige Berechnungen sind nötig, die Aufschluss über die Stabilität der hypothetischen Struktur geben und Aussagen über zu erwartende Materialeigenschaften liefern.

- TEDATA bietet mit MDESIGN die Deutschland weit größte Bibliothek an Maschinenelement-Berechnungen an. - Mit Hilfe von E-Book wird ein Teil dieser Bibliotheken auch MC-Kunden zur Verfügung gestellt. - Beispiel Mathcad Sheet "Werkstoffe nach FKM" - vorhandene und geplante Berechnungen

- Luft- und Kriechstreckenberechnung in 3D-CAD-Daten - Neue, umfassendere Funktionalität in CCX - CCX löst Spark Analysis Extension ab - AutoCrea - Mehr Sicherheit im Entwurf von elektronischen Komponenten - Rasante Beschleunigung in der Geometrieauslegung zur Vermeidung von Risiken durch Luft- und Kriechstrecken - Deutliche Wertschöpfung schon in der Produktentwicklung in der Auslegung von elektronischen Komponenten

Mit dem Begriff "Schachtüberfall" wird eine Hochwasserentlastungsanlage bezeichnet, bei der Überschußwasser von einem horizontalen, im Grundriß meist kreisförmigen Überfall in einen senkrechten oder schrägen Schacht geleitet und durch einen Stollen mit geringem Gefälle ins Unterwasser abgeführt wird. Der Fallschacht hat in der Regel Kreisquerschnitt und ist durch einen 90°-Krümmer mit dem Ablaufstollen verbunden. Schachtüberfälle werden in zunehmenden Maße zur Hochwasserentlastung bei Erd- und Steindämmen verwendet. Sie werden getrennt vom Dammbauwerk im Hang oder als freistehende Türme im Becken errichtet. (...):1. Einleitung S. 4 2. Aufgabenstellung S. 7 3. Grundlagen der hydraulischen Berechnung von Schachtüberfällen S. 9 4. Gestaltung und hydraulische Berechnung des Schachteinlaufes S. 16 5. Gestaltung und hydraulische Berechnung des senkrechten Fallschachtes S. 25 6. Gestaltung und hydraulische Berechnung des Krümmers, Ablaufstollens und Tosbeckens S. 101 7. Versuche S. 118 8. Anwendung der Ergebnisse der Arbeit auf dag Beispiel des Schachtüberfalles der Steinbachtalgperre, Westdeutschland S. 148 9. Zusammenfassung und Ausblick S. 157 10. Literaturverzeichnis S. 161 Anlagen