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This work treats the thermal and mechanical performances of gas-filled, flat plate solar collectors in order to achieve a better performance than that of air filled collectors. The gases examined are argon, krypton and xenon which all have lower thermal conductivity than air. The absorber is formed as a tray connected to the glass. The pressure of the gas inside is near to the ambient and since the gas volume will vary as the temperature changes, there are potential risks for fatigue in the material. One heat transfer model and one mechanical model were built. The mechanical model gave stresses and information on the movements. The factors of safety were calculated from the stresses, and the movements were used as input for the heat transfer model where the thermal performance was calculated. It is shown that gas-filled, flat plate solar collectors can be designed to achieve good thermal performance at a competitive cost. The best yield is achieved with a xenon gas filling together with a normal thick absorber, where normal thick means a 0.25 mm copper absorber. However, a great deal of energy is needed to produce the xenon gas, and if this aspect is taken into account, the krypton filling is better. Good thermal performance can also be achieved using less material; a collector with a 0.1 mm thick copper absorber and the third best gas, which is argon, still gives a better operating performance than a common, commercially produced, air filled collector with a 0.25 mm absorber. When manufacturing gas-filled flat plate solar collectors, one way of decreasing the total material costs significantly, is by changing absorber material from copper to aluminium. Best yield per monetary outlay is given by a thin (0.3 mm) alu-minium absorber with an argon filling. A high factor of safety is achieved with thin absorbers, large absorber areas, rectangular constructions with long tubes and short distances between glass and absorber. The latter will also give a thin layer of gas which gives good thermal performance. The only doubtii ful construction is an argon filled collector with a normal thick (> 0.50 mm) aluminium absorber. In general, an assessment of the stresses for the proposed construction together with appropriate tests are recommended before manufacturing, since it is hard to predict the factor of safety; if one part is reinforced, some other parts can experience more stress and the factor of safety actually drops.

L’objectif des travaux menés au cours de cette thèse concerne l’étude et la réalisation de composants passifs planaires à couches magnétiques (YIG) fonctionnant à haute température (200°C). Pour cela, des études ont été effectuées en deux phases : une première partie sur la mécanique des empilements des couches minces et une seconde partie sur la caractérisation électrique des couches minces et des composants planaires réalisés (inductances planaires). La première phase a permis de mettre en évidence l’intégrité mécanique de la structure, c’est-à-dire une bonne adhésion des couches minces de cuivre sur le substrat magnétique (YIG) jusqu’à une température de 200°C. La deuxième phase sur la partie électrique des couches minces et des composants planaires a permis de mettre en évidence qu’aucune modification n’a été apportée à la structure du composant, et met en évidence que le composant garde ces mêmes propriétés électriques après un cyclage thermique (25°C – 200°C – 25°C) / The objective of the works carried out during this thesis concerns the study and realization of planar passive components with magnetic layers (YIG) operating at high temperature (200 ° C). For this, studies were carried out in two phases: a first part on the mechanics of stacking thin films and a second part on the electrical characterization of thin films and planar components realized (planar inductances). The first phase made it possible to demonstrate the mechanical integrity of the structure, that is to say a good adhesion of the thin copper layers on the magnetic substrate (YIG) up to a temperature of 200 ° C. The second phase on the electrical part of the thin layers and the planar components made it possible to demonstrate that no modification has been made to the structure of the component and shows that the component retains these same electrical properties after cycling Thermal (25 ° C - 200 ° C - 25 ° C)

When azobenzene-modified photosensitive polymer films are irradiated with light interference patterns, topographic variations in the film develop that follow the electric field vector distribution resulting in the formation of surface relief grating (SRG). The exact correspondence of the electric field vector orientation in interference pattern in relation to the presence of local topographic minima or maxima of SRG is in general difficult to determine. In my thesis, we have established a systematic procedure to accomplish the correlation between different interference patterns and the topography of SRG. For this, we devise a new setup combining an atomic force microscope and a two-beam interferometer (IIAFM). With this set-up, it is possible to track the topography change in-situ, while at the same time changing polarization and phase of the impinging interference pattern. To validate our results, we have compared two photosensitive materials named in short as PAZO and trimer. This is the first time that an absolute correspondence between the local distribution of electric field vectors of interference pattern and the local topography of the relief grating could be established exhaustively. In addition, using our IIAFM we found that for a certain polarization combination of two orthogonally polarized interfering beams namely SP (↕, ↔) interference pattern, the topography forms SRG with only half the period of the interference patterns. Exploiting this phenomenon we are able to fabricate surface relief structures below diffraction limit with characteristic features measuring only 140 nm, by using far field optics with a wavelength of 491 nm. We have also probed for the stresses induced during the polymer mass transport by placing an ultra-thin gold film on top (5–30 nm). During irradiation, the metal film not only deforms along with the SRG formation, but ruptures in regular and complex manner. The morphology of the cracks differs strongly depending on the electric field distribution in the interference pattern even when the magnitude and the kinetic of the strain are kept constant. This implies a complex local distribution of the opto-mechanical stress along the topography grating. The neutron reflectivity measurements of the metal/polymer interface indicate the penetration of metal layer within the polymer resulting in the formation of bonding layer that confirms the transduction of light induced stresses in the polymer layer to a metal film. / Azobenzolhaltige Polymere gehören zu einer Klasse funktionaler Materialien, bei denen durch ein äußeres Strahlungsfeld eine starke mechanische Reaktion ausgelöst werden kann. Durch die Bindung an das Polymerrückgrat können die Azobenzole, die unter UV-Belichtung eine Photoisomerisierung ausführen, was zum Teil drastische Effekte zur Folge hat. Unter Belichtung mit Intensitätsmustern, d.h. mit räumlich variierender Verteilung der Polarisation oder der Intensität des einfallenden Lichts verändert sich die Topographie der azobenzolhaltigen Filme, was zur Bildung von Oberflächengittern (engl. Surface Relief Gratings, SRG) führt. In dieser Arbeit wurde eine neue Methode vorgeschlagen, bei der das Verhalten elastischer/morphologischer Eigenschaften unter verschiedenen Belichtungsbedingungen, d.h. mit unterschiedlicher Verteilung der Polarisation und der Intensität in situ lokal als Funktion der Position entlang der SRG aufgenommen werden kann. Außerdem wurde hier vorgeschlagen, opto-mechanische Spannungen, die innerhalb der photosensitiven Polymerfilme während der Belichtung entstehen, mit Hilfe dünner aufgebrachter metallischen Schichten abzubilden und zu analysieren.

Die Effizienz von Verbindungshalbleitern hängt von ihrer lokalen Zusammensetzung und ihrer räumlichen Elementverteilung ab. Um die opto-elektronischen Eigenschaften solcher Bauelemente zu optimieren, ist ein detailliertes Verständnis und die Kontrolle der Zusammensetzungsgradienten entscheidend. Industriell wichtige Bauelemente sind Absorberschichten für Dünnschichtsolarzellen, die eine hohe Effizienz in Kombination mit einem geringen Materialbedarf und einer hohen elastischen Flexibilität bieten. Ein gängiges Herstellungsverfahren für Dünnschicht-Solarzellenabsorber ist das Annealen bei hohen Temperaturen. Im Gegensatz zu dem, was bei Fick'schen Diffusionsprozessen zu erwarten wäre – führt dieses regelmäßig zur Bildung steiler und stabiler Zusammensetzungsgradienten, die oft von den optimalen Profilen für hocheffiziente Absorber abweichen. In dieser Arbeit liegt das Hauptaugenmerk auf den mechanischen Spannungen, die sich im Inneren von Dünnschichten entwickeln, und auf deren Auswirkungen auf Diffusionsprozesse und die mikrostrukturelle Entwicklung des Materials. Es wird gezeigt, dass die Bildung von elastischen Spannungen die endgültigen Elementverteilungen stark beeinflusst und sogar zur Bildung von starken und stabilen Zusammensetzungsgradienten führt. In dieser Arbeit wird weiterhin argumentiert, dass die Wirkung der Spannungen auf die Gleichgewichts-Zusammensetzungsprofile von den mikrostrukturellen Eigenschaften des Materials abhängen kann, insbesondere vom Vorhandensein von Leerstellenquellen. Ein Vergleich numerischer Berechnungen mit Echtzeitdaten der energiedispersiven Röntgenbeugung, die während der Dünnschichtsynthese in-situ erfasst wurden, hilft zu zeigen, dass die so entwickelten Interdiffusionsmodelle die experimentell beobachteten Beugungsspektren und insbesondere die Stagnation der Interdiffusion vor Erreichen der vollständigen Durchmischung teilweise reproduzieren können. / The operational efficiency of compound semiconductors regularly depends on their local elemental composition and on the spatial distribution of contained elements. To optimize the opto-electronic properties of such devices, a detailed understanding and control of compositional gradients is crucial. Industrially important devices are thin-film solar cell absorber layers which deliver high photo-conversion efficiencies in combination with a low demand of material and high elastic flexibility. These materials use local variations in composition to tune their opto-electronic properties. A common fabrication process for thin-film solar cell absorbers involves annealing at high temperatures to achieve specific compositional gradients, which – contrary to what could be expected from simple Fickian diffusion processes – regularly results in the formation of steep and stable compositional gradients, often deviating from the optimal profiles for high-efficiency absorbers. In this work attention is focused especially on mechanical stresses developing inside thin-films and on their effects on diffusion processes and on the material’s micro-structural evolution. It is shown that the formation of elastic stresses strongly influences the final elemental distributions, even leading to the formation of strong and stable final compositional gradients. However, this thesis also argues that their exact effect on equilibrium composition profiles may depend on the detailed micro-structural properties of the material, especially on the presence of vacancy sources and sinks. A comparison of numerical calculations with real-time synchroton-based energy-dispersive X-ray diffraction data acquired in-situ during thin-film synthesis helps to demonstrate that the such developed interdiffusion models can partly reproduce the experimentally observed diffraction spectra and, especially, the stagnation of interdiffusion before total intermixing is achieved.

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

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