In der Hydraulikindustrie gibt es einen großen Bedarf, mit einer einfachen Methode Volumenstrompulsationen messen zu können. Diese Arbeit beinhaltet die Entwicklung einer neuen Technik, die auf Differenzdruckmessung zwischen zwei Punkten der instationären Strömung basiert. Um die dynamische Antwort des Sensors zu bestimmen, wurde der Zusammenhang zwischen Volumenstrompulsation und Druckdifferenz bestimmt. Die niedrige Eigenfrequenz der vorherigen Sensorversionen wurde mit Hilfe eines optischen Druckwandlers erhöht. Dieser Wandler wurde zu diesem besonderen Zweck adaptiert, einschließlich die Analyse der reflektierenden Membran, die die Druckdifferenz in mechanische Bewegung umwandelt. Es wurde eine kompakte Positionierung der Optik entwickelt, die es ermöglicht, die Verformung der Membran zu messen. Nach der Konstruktion des optischen Sensors wurde er in einem hydraulischen Versuchstand eingebaut. Der Sensor kann die Frequenz des Erregersignals gut messen, jedoch ist die dynamische Antwort des ganzen Systems anders als erwartet. Die Ursache dafür wurde mit einem Rohrleitungsmodell untersucht, das viskose Verluste beinhaltet, aber auch dieses Modell konnte keine hundertprozentige Systemantwort liefern. Die Messungen wurden durch Lufteinschlüsse der Messflüssigkeit und Resonanzfrequenzen des Versuchstandes gestört. Dennoch konnte die Funktion des Sensors bei der Erkennung eines gebrochenen Zahnes einer Zahnradpumpe nachgewiesen werden.

Im Fokus dieser Arbeit stehen Dämpfungseffekte schwingfähiger Mikroelektromechanischer Systeme (MEMS), die nach dem kapazitiven Wirkprinzip arbeiten. Die verschiedenen Dissipationsprozesse und die zugehörigen analytischen Modelle sowie numerischen Berechnungsmöglichkeiten auf physikalischer Ebene werden vorgestellt und mit eigenen experimentellen Ergebnissen verglichen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der fluidischen Dämpfung im Kontinuum und bei leichter Verdünnung, was bei den meisten kapazitiven MEMS den dominierenden Verlusteffekt darstellt.:1 Überblick 2 Grundlagen zur Beschreibung von Mikrosystemen 3 Herstellung und Charakterisierung 4 Fluidische Dämpfung 5 Weitere dissipative Effekte mikromechanischer Systeme 6 Zusammenfassung und Ausblick / This thesis focuses on damping effects of vibrational micro-electromechanical systems (MEMS) with capacitive working principle. The different dissipation processes and the associated analytical models as well as numerical calculation possibilities on a physical level are presented and compared to own experimental results. The main emphasis is on fluidic damping in the continuum regime and with slight rarefaction, which is the dominant loss effect in most capacitive MEMS.:1 Überblick 2 Grundlagen zur Beschreibung von Mikrosystemen 3 Herstellung und Charakterisierung 4 Fluidische Dämpfung 5 Weitere dissipative Effekte mikromechanischer Systeme 6 Zusammenfassung und Ausblick

Elastic waves describe particles vibrating in materials holding the property of elasticity. Particularly, several kinds of resistance in elasticity lead to the models of elastic waves with different damping mechanisms. In the thesis, the influence from friction, structural damping, Kelvin-Voigt damping on the linear and semilinear elastic waves in two or three dimensions are studied. Concerning the Cauchy problem for linear elastic waves, some qualitative properties of solutions including well-posedness, smoothing effect, propagation of singularities, energy estimates and diffusion phenomena, are derived by using WKB analysis associated with diagonalization procedures or the spectral theory. By constructing suitable time-weighted Sobolev spaces and using Banach's fixed point theorem, global (in time) existence of small data solutions to the weakly coupled systems for semilinear elastic waves with different damping terms have been proved. The main tools to treat the nonlinear terms in Sobolev spaces are some fractional tools in Harmonic Analysis. Finally, well-posedness and Lp-Lq estimates for elastic waves without any damping terms in three dimensions are analyzed by employing Riesz transform theory and stationary phase methods.

Die Charakterisierung von Nanopartikeln erfordert eine Messung des Dispersitätszustandes bei allen Schritten der Herstellung - von der Synthese bis zum fertigen Produkt. Dafür ist eine leistungsfähige Partikelmesstechnik notwendig, deren Methoden bei der Beschreibung des komplexen Materialverhaltens helfen können. Die Ultraschalldämpfungsspektroskopie ist eine Messmethode, die zur prozessbegleitenden Charakterisierung hochdisperser Pulver und Suspensionen geeignet ist. Mit Vergleichen von Messungen und Modellrechungen wurde festgestellt, dass für die Ultraschalldämpfungs-Modellierung in Dispersionen homogener Partikel ein auf dem Phänomen der elastischen Streuung basierendes Modell praktisch relevant ist. Dies betrifft sowohl die Anwendung zur Messung in Suspensionen als auch in Emulsionen homogener Partikel. Bei einem Vergleich von Modellrechungen und Messungen für ein System poröser Partikel bzw. Aggregate wurde das Modell der Streuung an poroelastischen Kugeln als geeignet zur Beschreibung der Dämpfung disperser Systeme identifiziert. Bei Vorhandensein grober Partikel in Suspensionen nanoskaliger Systeme ist somit eine korrekte Auswertung der Partikelgröße möglich; der bislang übliche Messbereich wurde erweitert. Sekundärer Schwerpunkt der Arbeit ist die Diskussion der numerischen Modellanwendung. Es werden weiterhin Lösungsmöglichkeiten zur Dämpfungsberechnung und zur Berechnung der Größenverteilungen beschrieben. Des Weiteren wurden Anregungen für Entwickler von Ultraschallspektrometern abgeleitet.

In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer mikromechanischer Drehratensensor nach dem Stimmgabelprinzip vorgestellt. Die mechanische Sensorstruktur wird mit Hilfe der Bulkmikromechanik hergestellt und arbeitet nach dem elektrostatischen Wirkprinzip. Um große Amplituden zu erreichen, werden mechanische Koppelschwingungen ausgenutzt. In der Arbeit wird allgemein auf Entwurfsprozeß, Modellierung und Simulation mikromechanischer Strukturen eingegangen. Es wird die gemeinsame Lösung gekoppelter Felder mit Hilfe der Netzwerkmethode (PSpice) und die partitionierte Lösung mittels Online-Simulatorkopplung (ANSYS–PSpice) vorgestellt. Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit ist die Untersuchung der viskosen Luftdämpfung mikromechanischer Elemente mit engen Bewegungsspalten. Es werden verschiedene Möglichkeiten der vereinfachten Berechnung gezeigt.

In dieser Arbeit wurden die mechanischen Eigenschaften der Magnesiumsandgusslegierung AZ91 in Abhängigkeit von den Prozessparametern untersucht. Es wurde gezeigt, dass durch die Anwendung von Filtration, Kornfeinung und Wärmebehandlung das Niveau der mechanischen Eigenschaften des Sandgusses dem des Druckgusses angepasst werden kann. In dieser Arbeit wurde außerdem der Einfluss der Prozessparameter auf die Spannungsrelaxations- und Dämpfungseigenschaften untersucht.

In der Hydraulikindustrie gibt es einen großen Bedarf, mit einer einfachen Methode Volumenstrompulsationen messen zu können. Diese Arbeit beinhaltet die Entwicklung einer neuen Technik, die auf Differenzdruckmessung zwischen zwei Punkten der instationären Strömung basiert. Um die dynamische Antwort des Sensors zu bestimmen, wurde der Zusammenhang zwischen Volumenstrompulsation und Druckdifferenz bestimmt. Die niedrige Eigenfrequenz der vorherigen Sensorversionen wurde mit Hilfe eines optischen Druckwandlers erhöht. Dieser Wandler wurde zu diesem besonderen Zweck adaptiert, einschließlich die Analyse der reflektierenden Membran, die die Druckdifferenz in mechanische Bewegung umwandelt. Es wurde eine kompakte Positionierung der Optik entwickelt, die es ermöglicht, die Verformung der Membran zu messen. Nach der Konstruktion des optischen Sensors wurde er in einem hydraulischen Versuchstand eingebaut. Der Sensor kann die Frequenz des Erregersignals gut messen, jedoch ist die dynamische Antwort des ganzen Systems anders als erwartet. Die Ursache dafür wurde mit einem Rohrleitungsmodell untersucht, das viskose Verluste beinhaltet, aber auch dieses Modell konnte keine hundertprozentige Systemantwort liefern. Die Messungen wurden durch Lufteinschlüsse der Messflüssigkeit und Resonanzfrequenzen des Versuchstandes gestört. Dennoch konnte die Funktion des Sensors bei der Erkennung eines gebrochenen Zahnes einer Zahnradpumpe nachgewiesen werden.

Die Option Mechanism Dynamics (MDO) von Creo Parametric ist ein Tool aus dem Bereich Starrkörperdynamik. Im Kern des Vortrags steht jedoch die MDO-Funktion 3D-Kontakt, die einzigartig mit elastischen Körpern arbeitet. Im Vortrag wird die Vorgehensweise bei der dynamischen Simulation eines Rutschreifens auf GFK-Wasserrutschen erläutert, abschließend werden Animationsbeispiele präsentiert.

Fragestellung der Arbeit: Aus der Literaturbetrachtung wird deutlich, dass unterschiedlichste Testverfahren zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von Laufschuhen eingesetzt. Bisher gibt es kein standardisiertes und allgemein anerkanntes mechanisches Testverfahren. Im Gegensatz zu biomechanischen Untersuchungen verwendet bei mechanischen Messungen nahezu jeder Autor ein anderes Prüfverfahren. Wichtige Entscheidungsprozesse, welche zur Entwicklung des jeweiligen Prüfverfahrens führen, werden gar nicht oder nur unzureichend erläutert. Daher ist es nicht möglich eine generelle Vorgehensweise zur Erstellung eines neuen Prüfverfahrens abzuleiten. Aus den diskutierten Studien kann man schlussfolgern, dass bisherige mechanische Testverfahren die biomechanischen Zusammenhänge nur ungenügend abbilden können. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist es daher, ein allgemeingültiges mechanisches Prüfverfahren zu entwickeln, welches es ermöglicht, die Materialeigenschaften eines Laufschuhs im Rückfußbereich zu untersuchen. Ein wesentlicher Punkt dieser Arbeit ist es dabei, die mechanischen Eingabeparameter auf eine möglichst breite Basis von biomechanischen Messdaten aufzubauen. Dazu werden verschiedene biomechanische Messungen durchgeführt und mit den Ergebnissen früherer Studien verglichen. Durch diese Vorgehensweise soll dem Anspruch der Allgemeingültigkeit Rechnung getragen werden. Ein wesentliches Anliegen dieser Arbeit ist darüber hinaus die Dokumentation und Diskussion aller wichtigen Entscheidungsschritte, die zu diesem Prüfverfahren führen. Um die gesetzten Ziele zu erreichen, werden folgende Fragestellungen beantwortet: F1 - Welche Stempelgeometrie muss für das zu entwickelnde Testverfahren verwendet werden um der anatomischen Belastungsfläche zu entsprechen? F2 - Wie muss der Stempel ausgerichtet werden um die Kraft in das Material einleiten zu können? F3 - Wie hoch sind die verwendeten Kräfte zur Belastung des Rückfußbereiches beim Laufen? F4 - Ermöglicht das mechanische Prüfverfahren eine zuverlässige Bestimmung der mechanischen Laufschuheigenschaften? F5 - Ermöglicht das mechanische Prüfverfahren eine Bestimmung funktionaler Laufschuheigenschaften?

In this study Monte Carlo solutions to the radiative transfer equations are used to model translational and rotational motion seismogram envelopes in random elastic media with deterministic background structure assuming multiple anisotropic scattering. The results of the Monte Carlo radiative transfer theory simulations are verified by comparisons with 3D full wave field finite difference simulations. The observation and modeling of the three additional components of rotational ground motions can provide independent information about seismic wave propagation in the Earth’s structure. Rotational motions around the vertical axis observed in the P-wave coda are of particular interest as they can only be excited by horizontally polarized shear waves and therefore indicate the conversion from P- to SH-energy by multiple scattering at 3D-heterogeneities. Scattering and attenuation parameters in south-east Germany beneath the Gräfenberg array and in the Vogtland region are estimated by comparisons of synthesized multi-component seismogram envelopes to seismic data from local and regional swarm earthquakes and to teleseismic events. In a first step, frequency dependent scattering and attenuation parameters from a local data set are estimated for the Vogtland region using nearby swarm earthquakes. The results from the elastic simulations are compared to outcomes from acoustic radiative transfer simulations. Both methods yield similar results and suggest that intrinsic attenuation dominates scattering attenuation. From the elastic simulations it is observable, that forward scattering is required to explain the data. However, the amount of forward scattering strength remains unresolvable. In a second step scattering and attenuation parameters beneath the Gräfenberg array are estimated using a nonlinear genetic inversion of seismogram envelopes from regional events at high frequencies (4–8 Hz). The preferred model of crustal heterogeneity consists of a random medium described by an exponential auto correlation function with a transport mean free path length of ∼ 420 km. The quality factor for elastic S-wave attenuation Q iS is around 700. In a final step simulations of teleseismic P-wave arrivals, using this estimated set of scattering and attenuation parameters, are compared to observed seismogram envelopes from deep events. Simulations of teleseismic events with the parameters found from the regional inversion show good agreement with the measured seismogram envelopes. This includes ringlaser observations of vertical rotations in the teleseismic P-wave coda that naturally result from the proposed model of wave scattering. The model also predicts, that the elastic energy recorded in the teleseismic P-coda is not equipartitioned, unlike the coda of regional events, but contains an excess of shear energy. The combined results from the three different data sets suggest that scattering generating the seismic coda mainly occurs in the crustal part of the lithosphere beneath the receivers. The observations do not require scattering of high frequency waves in the mantle, but weak scattering in the lithospheric mantle cannot be ruled out. / In dieser Studie werden Monte Carlo Lösungen für die Energietransfergleichungen genutzt, um Seismogrammeinhüllende von Translations- und Rotationsbewegungen zu modellieren. Die Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen werden durch einen Vergleich mit 3D finiten Differenzen Simulationen verifiziert. Diese Modellierung findet in einem elastischen Zufallsmedium mit deterministischer Hintergrundstruktur unter Annahme multipler anisotroper Streuung statt. Die Beobachtung und Modellierung der drei zusätzlichen Komponenten der Rotationsbodenbewegungen kann unabhängige Informationen über die Ausbreitung seismischer Wellen im Erdkörper liefern. Rotationsbewegungen um die vertikale Achse in der P-Wellen Koda sind in diesem Zusammenhang von speziellem Interesse, da sie nur von horizontal polarisierten Scheerwellen angeregt werden können. Die gemessenen Rotationsbewegungen deuten folglich auf Konversionen von P- zu SH-Energie durch multiple Streuung an 3D-Heterogenitäten hin. Für die Bestimmung von Streu- und Dämpfungsparametern im Südosten Deutschlands (Gräfenberg Array, Vogtland) werden synthetisch erzeugte, mehrspurige Seismogrammeinhüllende mit Daten lokaler und regionaler Schwarmbeben und teleseismicher Ereignisse verglichen. In einem ersten Schritt werden frequenzabhängige Krustenparameter für die Vogtlandregion mittels eines lokalen Datensatzes von nahen Schwarmbeben bestimmt. Die Resultate mittels elastischer Energietransfertheorie werden mit Ergebnissen aus Simulationen mittels akustischer Energietransfertheorie verglichen. Beide Methoden liefern ähnliche Parameter und sagen einen größeren Einfluss der intrinsichen Dämpfung im Vergleich zur Streudämpfung voraus. Aus den elastischen Simulationen geht hervor, dass für die Beschreibung der Daten Vorwärtsstreung angenommen werden muss, die Stärke dieser lässt sich jedoch nicht auflösen. In einem zweiten Schritt werden die Streu- und Dämpfungseigenschaften der Erdkruste im Untergrund des Gräfenberg Arrays untersucht. Hierzu wird eine nicht-lineare genetische Inversion von Seismogrammeinhüllenden regionaler Ereignisse bei hohen Frequenzen (4–8 Hz) verwendet. Das bevorzugte Modell der Krustenheterogenität wird durch ein exponentielles Zufallsmedium, einer mittleren freien Transportweglänge von ca. 420 km und einem Qualitätsfaktor für S-Wellen Q iS von ca. 700 beschrieben. Ein letzter Schritt vergleicht Simulationen von teleseismischen P-Welleneinsätzen mit beobachteten Seismogrammeinüllenden von tiefen Erdbeben unter der Nutzung der Parameter aus der regionalen Inversion. Die Simulationen der teleseismischen Ereignisse mit den Parametern der regionalen Inversion zeigen eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen Seismogrammeinhüllenden. Dieser Vergleich beinhaltet Ringlaserbeobachtungen der Rotationsbewegungen um die vertikale Achse, welche aus dem angenommenen Streumodell resultieren. Das Modell sagt voraus, dass die elastische Energie in der teleseismischen P-Wellen Koda im Gegensatz zur Koda lokaler oder regionaler Ereignisse nicht gleichverteilt ist, sondern einen Überschuss an Scheerenergie beinhaltet. Die Resultate aus den Untersuchungen der lokalen, regionalen und teleseismischen Datensätze zeigen, dass die Streuereignisse, welche die seismische Koda erklären, hauptsächlich in der Kruste unterhalb der seismischen Empfänger stattfinden. Streuung des Wellenfeldes im Mantel wird für die Erklärung der Daten nicht benötigt, schwache Streuung im lithosphärischen Mantel kann jedoch nicht ausgeschlossen werden.