Metalle, die zyklischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, zeigen bereits vor der Anrissbildung typische Veränderungen des Gefüges. Bei austenitischen Stählen verursacht Ermüdungsbelastung die Bildung charakteristischer Versetzungsanordnungen. Unter bestimmten Umständen tritt die Bildung von Verformungsmartensit auf, die von einer starken Veränderung der magnetischen Werkstoffeigenschaften begleitet wird. Zwischen der aufgebrachten Ermüdungsbelastung und den beschriebenen Gefüge- und Eigenschaftsveränderungen einerseits und Restlebensdauer eines Bauteils andererseits sollten Zusammenhänge systematisch untersucht werden. Hierfür wurden verschiedene zerstörungsfreie Methoden eingesetzt und ihre Empfindlichkeit verglichen. Die Gefüge der ermüdeten Zustände wurden auch mit metallographischen, elektronenoptischen und röntgenographischen Methoden charakterisiert. Zwischen den Ermüdungsparametern und den Gefügeveränderungen wird ein Zusammenhang hergestellt, insbesondere zwischen der Restlebensdauer und dem Volumenanteil an Martensit. Der Einfluss der chargenabhängigen Werkstoffeigenschaften und der Belastungsbedingungen auf das martensitische Umwandlungsverhalten wurde in statischen und zyklischen Experimenten untersucht. Anhand der Entwicklung des Martensitgehaltes im Verlauf der Ermüdung wird ein Bewertungsschema für die Abschätzung der Restlebensdauer vorgeschlagen.

Es wird ein einfacher Berechnungsansatz für ein Baukastensystem aus Kastenprofilen verschiedener Querschnittsabmessungen erarbeitet. Diese Profile bestehen aus WVC (Wood Veneer Composites, Holzfurnierlagenverbundwerkstoffen). Der Ansatz bildet den statischen Lastfall und das Ermüdungsverhalten unter schwellende Dreipunktbiegung ab. Am Beispiel eines ausgewählten Strukturbauteils aus handelsüblichen Birkensperrholz wird der Berechnungsansatz konkretisiert und durch Versuche evaluiert. Aufbauend auf dem Kraft-Verformungsverhalten der analysierten Einzelbauteile und der kapillarporösen Struktur des Holzes wird bei dem Berechnungsansatz auf eine Analyse der Spannungen verzichtet. Stattdessen wird als Berechnungskriterium die kritische Normaldehnung in der Randfaser der Strukturbauteile genutzt. Weiterhin wird eine Methode vorgestellt um mittels niederzyklischen Ermüdungsversuchs (LCF, ca. 1e+03 Lastwechsel) den „Knickpunkt“ der Zeitfestigkeitslinie eines einstufigen Ermüdungsversuchs bei hohen Lastspielzahlen (HCF, 1e+06 bis 1e+07 Lastwechsel) für diese Strukturbauteile zu bestimmen. / It was developed a simple approach for the calculation of a modular construction system for box sections (profile structures) of different cross-sectional dimensions. These profile structures consists of WVC (Wood Veneer Composites). The approach maps the static load case and the fatigue behavior under pulsating three-point bending. By using a structural component made from commercial birch plywood, the calculation approach is specified and verified. Based on the force-deformation behavior of the analyzed single components in connection with the capillary-porous structure of the wood, the calculation approach dispense on an analysis of the tensions. Instead, a criterion, which calculates the critical normal strain in the outer fibers of the structural components, is used. Furthermore, a method of a low-cycle fatigue test (LCF, abbr. 1e+03 cycles) is presented. This method detects the “knee point" of the fatigue limit line for the profiles. That point is usually determined by the use of a high-cycle fatigue tests (HCF, 1e+06 until 1e+07 cycles).

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Es wird ein einfacher Berechnungsansatz für ein Baukastensystem aus Kastenprofilen verschiedener Querschnittsabmessungen erarbeitet. Diese Profile bestehen aus WVC (Wood Veneer Composites, Holzfurnierlagenverbundwerkstoffen). Der Ansatz bildet den statischen Lastfall und das Ermüdungsverhalten unter schwellende Dreipunktbiegung ab. Am Beispiel eines ausgewählten Strukturbauteils aus handelsüblichen Birkensperrholz wird der Berechnungsansatz konkretisiert und durch Versuche evaluiert. Aufbauend auf dem Kraft-Verformungsverhalten der analysierten Einzelbauteile und der kapillarporösen Struktur des Holzes wird bei dem Berechnungsansatz auf eine Analyse der Spannungen verzichtet. Stattdessen wird als Berechnungskriterium die kritische Normaldehnung in der Randfaser der Strukturbauteile genutzt. Weiterhin wird eine Methode vorgestellt um mittels niederzyklischen Ermüdungsversuchs (LCF, ca. 1e+03 Lastwechsel) den „Knickpunkt“ der Zeitfestigkeitslinie eines einstufigen Ermüdungsversuchs bei hohen Lastspielzahlen (HCF, 1e+06 bis 1e+07 Lastwechsel) für diese Strukturbauteile zu bestimmen. / It was developed a simple approach for the calculation of a modular construction system for box sections (profile structures) of different cross-sectional dimensions. These profile structures consists of WVC (Wood Veneer Composites). The approach maps the static load case and the fatigue behavior under pulsating three-point bending. By using a structural component made from commercial birch plywood, the calculation approach is specified and verified. Based on the force-deformation behavior of the analyzed single components in connection with the capillary-porous structure of the wood, the calculation approach dispense on an analysis of the tensions. Instead, a criterion, which calculates the critical normal strain in the outer fibers of the structural components, is used. Furthermore, a method of a low-cycle fatigue test (LCF, abbr. 1e+03 cycles) is presented. This method detects the “knee point" of the fatigue limit line for the profiles. That point is usually determined by the use of a high-cycle fatigue tests (HCF, 1e+06 until 1e+07 cycles).

Metalle, die zyklischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, zeigen bereits vor der Anrissbildung typische Veränderungen des Gefüges. Bei austenitischen Stählen verursacht Ermüdungsbelastung die Bildung charakteristischer Versetzungsanordnungen. Unter bestimmten Umständen tritt die Bildung von Verformungsmartensit auf, die von einer starken Veränderung der magnetischen Werkstoffeigenschaften begleitet wird. Zwischen der aufgebrachten Ermüdungsbelastung und den beschriebenen Gefüge- und Eigenschaftsveränderungen einerseits und Restlebensdauer eines Bauteils andererseits sollten Zusammenhänge systematisch untersucht werden. Hierfür wurden verschiedene zerstörungsfreie Methoden eingesetzt und ihre Empfindlichkeit verglichen. Die Gefüge der ermüdeten Zustände wurden auch mit metallographischen, elektronenoptischen und röntgenographischen Methoden charakterisiert. Zwischen den Ermüdungsparametern und den Gefügeveränderungen wird ein Zusammenhang hergestellt, insbesondere zwischen der Restlebensdauer und dem Volumenanteil an Martensit. Der Einfluss der chargenabhängigen Werkstoffeigenschaften und der Belastungsbedingungen auf das martensitische Umwandlungsverhalten wurde in statischen und zyklischen Experimenten untersucht. Anhand der Entwicklung des Martensitgehaltes im Verlauf der Ermüdung wird ein Bewertungsschema für die Abschätzung der Restlebensdauer vorgeschlagen.

Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, wie Daten der Eye-Tracking Brille Pupil Invisible genutzt werden können, um mit Methoden der Mustererkennung Mentoring-Anlässe zu erkennen. Die Arbeit ist Teil der Erforschung eines virtuellen Mentoring-Systems, welches Studierende bei der Bearbeitung von Online-Learnaufgaben auf der Lernplattform OPAL unterstützt. Als Mentoring-Anlass wird in erster Linie die Erkennung von mentaler Ermüdung untersucht, wobei Methoden der Psychologie zur Erkennung und Induktion ebendieser genutzt werden. Dabei werden im Rahmen einer Vorstudie Eye-Tracking Daten gesammelt, die anschließend von den Mustererkennungsalgorithmen Stützvektormaschine, Random Forest und künstlichem neuronalen Netz ausgewertet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Erkennung von mentaler Ermüdung anhand der verwendeten Methodiken möglich ist. Zusätzlich wird ein Toolkit entwickelt, um die beschriebenen Prozesse zu automatisieren und die Einbindung in ein virtuelles Mentoring-System zu vereinfachen.:Kurzfassung, Abstract Selbständigkeitserklärung Vorwort Abkürzungsverzeichnis 1 Einführung 1.1 Motivation 1.2 Zielsetzung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Grundlagen des Eye-Trackings 2.1.1 Grundbegriffe und Charakteristiken des Eye-Trackings 2.1.2 Arten des Eye-Trackings 2.1.3 Wichtige Algorithmen 2.2 Grundlagen der Mustererkennung 2.2.1 Vorverarbeitung 2.2.2 Merkmalsextraktion und Auswahl 2.2.3 Klassifikation und Beurteilung 2.3 Grundlagen zu mentaler Ermüdung 2.3.1 Definition 2.3.2 Abgrenzung 3 Stand der Forschung 3.1 Pupil Invisible 3.2 Erkennung von mentaler Ermüdung 3.3 Einordnung 4 Methodik und Implementierung 4.1 Vorstudie 4.1.1 Sitzungsskript 4.1.2 Einarbeitung 4.2 Datenvorverarbeitung 4.2.1 Pistol-Framework 4.2.2 Verarbeitung der Rohdaten 4.2.3 Problemspezifische Merkmalserzeugung 4.3 Klassifikationsalgorithmen 4.3.1 Optimierung 4.3.2 Klassifikation mit künstlichen neuronalen Netzen 4.3.3 Auswertung 4.4 Toolkit 5 Ergebnisse 5.1 Vorstudie 5.2 Auswahl der Merkmale 5.3 Klassifikation 6 Diskussion 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Ausblick Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Anhang A.1 Tabellen A.1.1 Pearson und Spearman Korrelationstests (vollständig) A.2 Sitzungsskript A.2.1 Ablauf A.2.2 Durchzuführende Aufgaben / This thesis investigates how data from the eye-tracking glasses Pupil Invisible can be used to detect mentoring occasions using pattern recognition methods. The work is part of the research of a virtual mentoring system that supports students in completing online learning tasks on the OPAL learning platform. As a mentoring occasion, the detection of mental fatigue is primarily investigated, using methods from psychology for the detection and induction of just that. In this regard, eye-tracking data is collected as part of a preliminary study, which is then evaluated by the support vector machine, random forest and artificial neural network pattern recognition algorithms. The results show that the detection of mental fatigue is possible based on the methodologies used. In addition, a toolkit is developed to automate the described processes to facilitate their incorporation into a virtual mentoring system.:Kurzfassung, Abstract Selbständigkeitserklärung Vorwort Abkürzungsverzeichnis 1 Einführung 1.1 Motivation 1.2 Zielsetzung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Grundlagen des Eye-Trackings 2.1.1 Grundbegriffe und Charakteristiken des Eye-Trackings 2.1.2 Arten des Eye-Trackings 2.1.3 Wichtige Algorithmen 2.2 Grundlagen der Mustererkennung 2.2.1 Vorverarbeitung 2.2.2 Merkmalsextraktion und Auswahl 2.2.3 Klassifikation und Beurteilung 2.3 Grundlagen zu mentaler Ermüdung 2.3.1 Definition 2.3.2 Abgrenzung 3 Stand der Forschung 3.1 Pupil Invisible 3.2 Erkennung von mentaler Ermüdung 3.3 Einordnung 4 Methodik und Implementierung 4.1 Vorstudie 4.1.1 Sitzungsskript 4.1.2 Einarbeitung 4.2 Datenvorverarbeitung 4.2.1 Pistol-Framework 4.2.2 Verarbeitung der Rohdaten 4.2.3 Problemspezifische Merkmalserzeugung 4.3 Klassifikationsalgorithmen 4.3.1 Optimierung 4.3.2 Klassifikation mit künstlichen neuronalen Netzen 4.3.3 Auswertung 4.4 Toolkit 5 Ergebnisse 5.1 Vorstudie 5.2 Auswahl der Merkmale 5.3 Klassifikation 6 Diskussion 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Ausblick Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Anhang A.1 Tabellen A.1.1 Pearson und Spearman Korrelationstests (vollständig) A.2 Sitzungsskript A.2.1 Ablauf A.2.2 Durchzuführende Aufgaben

Das komplexe Schädigungsverhalten endlosfaserverstärkter Kunststoffe stellt ein wesentliches Hemmnis bei der Erschlie\ss ung des Leichtbaupotentials dieser Werkstoffgruppe dar. Die Entwicklung werkstoffangepasster Berechnungsmodelle, die eine zuverlässige Prognose der Verbundschädigung ermöglichen, bildet deshalb eine wichtige Grundlage für die Werkstoff- und Bauteilentwicklung hochbeanspruchter Faserverbundstrukturen. Die derzeit verfügbaren Schädigungsmodelle sind oft nur auf bestimmte Schichtaufbauten der Faserverbundlaminate anwendbar, berücksichtigen die Zwischenfaserbruchbildung nur in transversal beanspruchten Schichten oder vernachlässigen die für Faserverbunde charakteristische Streuung der Werkstoffkennwerte, die von der heterogenen Mikrostruktur und inhärenten Störstellen bestimmt wird. In der vorliegenden Arbeit wird deshalb eine physikalisch begründete Modellierung des Schädigungsverhaltens von Faser-Kunststoff-Verbunden mit beliebig orientierter Endlosfaserverstärkung hinsichtlich Zwischenfaserbruchbildung bei quasi-statischer und zyklischer Belastung entwickelt. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Entwicklung eines Modellansatzes, der sich durch eine möglichst breite Anwendbarkeit bezüglich des Schichtaufbaus und der Belastung der Laminate auszeichnet.:1 Einleitung 1.1 Zielstellung und Vorgehensweise 1.2 Literaturübersicht 2 Schädigung endlosfaserverstärkter Faser-Kunststoff-Verbunde 2.1 Begriffsabgrenzung 2.2 Definition der Rissdichte 2.3 Schädigungsphänomenologie 2.3.1 Makroskopisches Degradationsverhalten 2.3.2 Zwischenfaserbruchbildung in FKV-Laminaten 2.4 Einflussfaktoren auf die Rissbildung eingebetteter Laminatschichten 2.4.1 Faserorientierung 2.4.2 Schichtdicke 2.4.3 Beanspruchungszustand 2.4.4 Stochastische Aspekte der Rissbildung 2.4.5 Besonderheiten bei Ermüdungsbelastung 2.5 Modellierung der Vielfachrissbildung in FKV-Laminaten 2.5.1 Finite Bruchmechanik 2.5.2 Shear-Lag-Analyse 2.5.3 Bruchkriterien zur Bestimmung der Rissbildung in mehrschichtigen Faser-Kunststoff-Verbunden 3 Experimentelle Charakterisierung der Zwischenfaserbruchbildung 3.1 Werkstoffe und Prüfkörperfertigung 3.2 Bestimmung der Werkstoffeigenschaften der unidirektionalen Einzelschicht 3.2.1 Prüfmethoden und -ablauf 3.2.2 Ergebnisse der Werkstoffcharakterisierung 3.3 Prüfmethodik für multiaxial faserverstärkte Mehrschichtverbunde 3.3.1 Prüfkörpergeometrie und Prüfaufbau 3.3.2 Festlegung des Prüfprogramms 3.3.3 Schädigungsquantifizierung mittels Durchlichtfotografie 3.3.4 Ermittlung des Eigenspannungszustands in eingebetteten Laminatschichten 3.4 Ergebnisse der Schädigungsanalyse 3.4.1 Rissinitiierung und -wachstum unter quasi-statischer Belastung 3.4.2 Rissinitiierung unter zyklischer Belastung 3.4.3 Risswachstum unter zyklischer Belastung 3.4.4 Rissinteraktion 4 Modellierung der Rissbildung endlosfaserverstärkter Kunststoffe 4.1 Konstitutive Beziehungen des Laminats im Ausgangsmodell 4.2 Modellerweiterungen 4.2.1 Energiefreisetzungsrate eingebetteter Laminatschichten beliebiger Faserorientierung 4.2.2 Modellierung peripherer Laminatschichten 4.2.3 LokaleBetrachtung der Rissbildung 4.2.4 Berücksichtigung von Eigenspannung 4.2.5 Stochastische Aspekte der Rissbildung 4.2.6 Störstelleninduzierte Rissbildung 4.2.7 Rissspitzendelaminationen 4.2.8 Bruchkriterium für quasi-statische Belastung 4.2.9 Kriterien zur Bewertung von Rissinitiierung und Risswachstum bei Ermüdungsbelastung 4.3 Modellierungsablauf und kalibrierte Parameter 5 Verifikation und Validierung des Schädigungsmodells 5.1 Verifikation für quasi-statische Belastung 5.2 Verifikation für zyklische Belastung 5.3 Validierung mit verändertem Laminataufbau 6 Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis A Anhang A.1 Übersicht ausgewählter Modellansätze der Finiten Bruchmechanik A.2 Prüfkörpergeometrien für bruchmechanische Untersuchungen A.3 Prüfaufbau für bruchmechanische Untersuchungen A.4 Prüfplan für zyklische Laminatversuche A.5 Ergebnisse der Rissdichtebestimmungen bei Ermüdungsbelastung

Aufbauend auf Forschungsarbeiten mit einer Hybridstruktur aus Aluminium und WPC (Wood Polymer Composite) werden die wichtigsten Entwicklungsschritte zur Synthese eines kompletten Tragprofils aus WPC vorgestellt. Dieses Tragprofil ist für den Einsatz in Hängefördersystemen vorgesehen. / Based on research with an sectional beam in hybrid design made from aluminium and WPC (Wood Polymer Composite), the important steps for developing a fully implemented sectional WPC-beam are presented. This sectional beam is intended for the use in an overhead conveying system.

Aufbauend auf Forschungsarbeiten mit einer Hybridstruktur aus Aluminium und WPC (Wood Polymer Composite) werden die wichtigsten Entwicklungsschritte zur Synthese eines kompletten Tragprofils aus WPC vorgestellt. Dieses Tragprofil ist für den Einsatz in Hängefördersystemen vorgesehen. / Based on research with an sectional beam in hybrid design made from aluminium and WPC (Wood Polymer Composite), the important steps for developing a fully implemented sectional WPC-beam are presented. This sectional beam is intended for the use in an overhead conveying system.

Im Rahmen des Projektes DRESDYN wird einem mit Fluid gefülltem rotierenden Behälter eine Präzession aufgezwungen. Durch Fertigungsungenauigkeiten und andere Einflusse weicht die Position des Masseschwerpunktes des Behälters von den Rotationsachsen ab, was zu harmonischen Kräften in der Behälterlagerung führt. Die Eigenfrequenzen der Unterkonstruktion liegen relativ niedrig, was eine zeitdiskrete quasistatische Betrachtung nicht mehr erlaubt. Eine transiente Analyse würde dagegen bei der Anzahl an Lastfällen einen viel zu großen Rechenaufwand verursachen. Da die Kräfte in einen statischen und harmonischen Anteil zerlegt werden können, kann die Frequenzganganalyse alternativ zur Lösung des Problems verwendet werden. Die Expansion der harmonischen Lösung liefert die diskreten Zeitschritte der Reaktionskraft- und Spannungsamplituden, welche für einen Ermüdungsfestigkeitsnachweis verwertet werden können.