Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2017-09-06T17:43:44Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael Ribeiro de Carvalho Vaz - 2017.pdf: 6167014 bytes, checksum: 8f2f0dbd609aac9c2bd59458c6d0c243 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-09-15T15:30:56Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael Ribeiro de Carvalho Vaz - 2017.pdf: 6167014 bytes, checksum: 8f2f0dbd609aac9c2bd59458c6d0c243 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-15T15:30:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael Ribeiro de Carvalho Vaz - 2017.pdf: 6167014 bytes, checksum: 8f2f0dbd609aac9c2bd59458c6d0c243 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-08-24 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / This work presents an end-to-end methodology for the deployment of Self-Healing systems in the distribution grid in order to decrease DEC in feeders. The methodology developed consists in choosing feeders to receive Self-Healing systems based on their performance in relation to the DEC. It is determined load transfer units considering power flow by the current injection method and protection coordination for these feeders. Once the units are determined, a feeders rank is set to order the system implementation considering hypothesis testing and binary linear programming. For this rank, besides the DEC, the number of customers as well as critical loads are considered. The communication system is based on optical mesh networks where single and multi objective algorithms are applied to optimize the network in order to design a reliable and low cost communication system. / Este trabalho apresenta uma metodologia fim-a-fim para implantação de sistemas Self-Healing na rede de distribuição com o objetivo de redução da duração equivalente de interrupção por unidade consumidora em alimentadores. A metodologia desenvolvida consiste na definição dos alimentadores candidatos a receberem os sistemas de Self-Healing baseado no desempenho dos mesmos em relação a duração equivalente de interrupção por unidade consumidora. Nesses alimentadores são determinadas as unidades de transferência de carga considerando fluxo de potência pelo método de injeção de correntes e a coordenação da proteção. Uma vez escolhidas essas unidades, é realizada uma classificação dos alimentadores com o intuito de estabelecer uma ordem de prioridade para implantação dos sistemas utilizando teste de hipótese e programação linear binária. Para essa determinação de prioridade, além do DEC, são considerados a quantidade de unidades consumidoras bem como o de cargas críticas. Neste trabalho, o sistema de comunicação considerado para interligar os religadores é baseado em redes de fibra óptica em malha. Com intuito de dimensionar o sistema de comunicação de forma que este seja confiável e de baixo custo, são aplicados algoritmos mono e multiobjetivo para otimização da rede, sendo proposta uma metodologia envolvendo cálculo de confiabilidade da rede.

Dans le but d’une introduction en aéronautique civile, la certification des composites à matrice céramique(CMC) requiert la justification de la tenue du matériau durant toute la durée de vie de l’avion (50000h environ),dans des milieux oxydants à haute température et sous les contraintes élevées rencontrées en application. Lebut de cette thèse est d’identifier comment accélérer les essais de vieillissement pour obtenir sur de pluscourtes périodes de temps des essais représentatifs du comportement du matériau en conditions standard. Lecomposite étudié étant doté d’une matrice auto-cicatrisante dont l’efficacité est liée de manière complexe à latempérature et à l’humidité présente dans le milieu oxydant, une compréhension fine des mécanismes dedégradation est nécessaire afin de choisir des leviers d’accélération pertinents. L’influence de paramètresd’essai sélectionnés (pression partielle d’eau, type de chargement mécanique, fréquence de cyclagemécanique, température) sur les cinétiques d’endommagement est analysée, tout en vérifiant que lesmécanismes de dégradation ne sont pas modifiés. La mise en place de méthodes de suivi d'endommagementnon-destructives est indispensable pour quantifier en temps réel les niveaux de dégradation des matériauxsous différentes conditions expérimentales: le suivi par émission acoustique a été utilisé et une techniqueoriginale de suivi par mesure de résistance électrique durant des essais de longue durée a été développée.Deux modèles électro-mécaniques ont été proposés concernant l’évolution de résistance électrique àtempérature ambiante et sous conditions oxydantes. Des estimations de durées de vie basées sur cestechniques ont permis de proposer une méthodologie vers l’accélération d’essais sur CMC. / With the aim of an introduction in civil aeronautics, the certification of Ceramic Matrix Composites (CMC)requires to demonstrate the correct behavior of the material during the whole lifetime of the aircraft (about50000h), in high-temperature oxidizing environments and under the stress levels required by the applications.The goal of this thesis is to identify a methodology to accelerate ageing tests in order to get, in shorterdurations, results that are representative of the behavior of the material in standard conditions. The studiedcomposite includes a self-healing matrix which efficiency is linked in a complex way to temperature andhumidity. A thorough understanding of degradation mechanisms is therefore required in order to identifyrelevant accelerating levers. The influence of the selected test parameters (water partial pressure, type ofmechanical loading, frequency of cyclic loading, temperature) on the damage kinetics has been analyzed, whilechecking that the damage mechanisms were not modified. Non destructive monitoring techniques are essentialto quantify in real time the damage level of materials under different test conditions: acoustic emissionmonitoring has been used, and an original method of damage monitoring using electrical resistivity has beendeveloped. Two electromechanical models were proposed, describing the evolution of electrical resistance atroom temperature and under oxidizing conditions. Lifetime estimations based on these techniques led topropose a methodology towards accelerated testing on CMCs.

Ces travaux de thèse ont pour but d'obtenir une meilleure connaissance des mécanismes de dégradation, lors de l'exposition à un milieu agressif, de primaires de peinture en phase aqueuse (époxy-polyamino amide) utilisés dans l'industrie aéronautique pour la protection contre la corrosion de l'alliage d'aluminium 2024 à l'aide des techniques d'impédances globale et locale. Deux revêtements formulés soit avec du chromate de strontium soit avec un mélange de pigments non-chromatés ont été comparés. Les diagrammes d'impédance des deux revêtements, mesurés dans des conditions sèches (en contact avec Hg), présentent un comportement proche de celui d'une capacité pure, et ont été analysés à l'aide du modèle en loi de puissance, qui correspond à un comportement CPE (Constant Phase Element). Lors de l'immersion dans une solution chlorurée, le comportement des revêtements s'écarte progressivement de l'idéalité. Les données d'impédance électrochimique obtenues pour différents temps d'immersion ont été analysées avec un modèle qui suppose une variation exponentielle de la résistivité le long de l'épaisseur du revêtement (modèle de Young). Cette analyse a confirmé que la pénétration de l'eau et des ions dans le revêtement ne se fait pas de façon identique. La vitesse de pénétration de l'eau est plus rapide et celle-ci affecte plus fortement la permittivité que la résistivité, alors que la diffusion des ions Na+ et Cl- est plus lente et affecte exclusivement la résistivité du revêtement. L'utilisation de ces modèles permet non seulement d'expliquer les comportements CPE et pseudo CPE observés sur les diagrammes d'impédance mais aussi de déterminer la prise en eau des revêtements durant le test. Celle-ci est en accord avec des mesures gravimétriques. L'effet d'auto-cicatrisation des deux revêtements en présence de blessures artificielles a ensuite été étudié par spectroscopie d'impédance électrochimique locale. Les diagrammes locaux et les cartographies (2D ou 3D) ont permis de suivre les phénomènes d'auto-cicatrisation pour le système chromaté ou bien le développement de la corrosion pour le système non-chromaté. Ce travail de thèse propose une méthodologie qui servira de référence pour développer et caractériser les performances de peintures contenant des inhibiteurs écologiques et en particulier leur processus d'auto-cicatrisation. / The aim of this work is to obtain a better understanding of the degradation mechanisms, as a function of exposition time in an aggressive environment, of commercial coatings (epoxy-polyaminoamide waterborne paint) used in aeronautical industry for corrosion protection of 2024 aluminium alloy by global and local impedance techniques. The coatings formulated with either strontium chromate (SrCrO4) or Cr(VI)-free pigments were compared. The behavior of dry coatings (in contact with Hg) was close to that of an ideal capacitor and could be accurately modelled with the power-law model corresponding to a CPE (Constant Phase Element). Upon immersion in NaCl solution, the behavior of the wet coatings became progressively less ideal, i.e. farther from a capacitive behavior. The impedance data was analyzed with the Young model that take into account the exponential variation of the coating resistivity along its thickness. This analysis confirmed that penetration of water and ions occurs on different time scales. The former process is faster and affects permittivity more strongly than resistivity; the latter is slower and affects almost exclusively resistivity. The models allows to explain not only the CPE or pseudo-CPE behaviors observed on impedance diagrams but also to determine the coatings water uptake during the test which is in good agreement with gravimetric measurements. Then, the self-healing properties of artificially damaged coatings were studied by local electrochemical impedance spectroscopy (LEIS). The local diagrams and the mappings (2D or 3D) allowed self-healing processes for the chromated system or corrosion developments for the unchromated system to be observed. The present work proposed a methodology to develop and to characterize coatings containing environmentally friendly inhibitors, and particularly the self-healing process.

L'objectif de ce travail est la caractérisation de l’endommagement thermique et mécanique dans le mortier par les ondes acoustiques non linéaires. La corrélation entre les paramètres acoustiques linéaires et non-linéaires étudiée est basée sur les essais expérimentaux et la modélisation. Pour l’endommagement thermique, des éprouvettes cylindriques ont été préparées et caractérisées par l'étude de la porosité et la saturation. Ensuite, l'acoustique linéaire et l’acoustique non linéaire (génération d'harmoniques) ont été appliquées afin de quantifier l’endommagement. Les essais acoustiques linéaires ont prouvé que les vitesses transversales, longitudinales et le module d'Young du mortier diminue en fonction de la température. Les essais acoustiques non linéaires ont montré l'augmentation du bêta fonction de la température. Pour l’endommagement mécanique, le phénomène d'autocicatrisation est suivi par la perméabilité et les essais acoustiques. Les essais de perméabilité ont montré que le débit d'air et la taille de la fissure diminue rapidement au cours du premier mois, puis lentement durant le reste du processus d'autocicatrisation. D'autre part, les tests acoustiques non linéaires ont montré que « alpha » et « bêta » diminuent durant le processus de l’autocicatrisation qui signifie que les paramètres non linéaires sont un bon indicateur pour caractériser ce phénomène. A partir des résultats expérimentaux, une corrélation polynomiale de 2ème degré a été établie entre les paramètres non linéaires et l’index d’endommagement. Les résultats de ce travail représentent un bon départ pour étudier le phénomène de l'autocicatrisation par les ondes acoustiques non linéaires / The objective of this work is the characterization of heat and mechanical damage in the mortar by the nonlinear acoustic waves. The correlation between non-linear/linear acoustic parameters and damage in mortar is studied based on experiments and modelling. For the heat damage, cylindrical specimens were prepared and were characterized by studying the porosity and saturation. Indeed, the linear acoustic (UPV) and non-linear acoustic (Higher harmonic generation) were applied to characterize the damage. The linear acoustic tests have shown that velocities and modulus of Young of the mortar decreases in function of the temperature. The non-linear acoustic tests have shown that beta increases in function of the temperature.For the mechanical damage. The self-healing phenomenon was characterized by the permeability and the acoustic tests. Indeed, the permeability tests have shown that the airflow and the crack size decreases quickly in the first month then slowly for the rest of the self-healing process. On the other hand, the non-linear acoustic tests shown that the alpha and beta decreases according to the self healing process which means that the nonlinear parameters are a good indicators to characterize the self-healing. Moreover, the analysis of the experimental results indicates that the frequency resonant technique is more efficient to characterize the defects in the mortar than the higher harmonic generation. A polynomial correlations of a 2nd degree was established between the nonlinear parameters and the index damage. The findings of this work should be most appropriate as a foundation for the study of the self healing by the nonlinear acoustic waves

Les alginates, des polysaccharides produits par les algues brunes, sont des copolymères à blocs linéaires, formés d’unités mannuronate (M) et guluronate (G). En raison de leur abondance naturelle, prix et propriétés physicochimiques avantageuses, les alginates représentent une classe de biopolymères très intéressante et relativement inexplorée pour des applications dans le domaine des matériaux avancés. Dans ce contexte, le présent travail vise à enrichir la gamme des applications des matériaux dérivés d’alginates, en exploitant les propriétés de cette classe de polysaccharides naturels. En particulier, la préparation de matériaux à base d'alginate pour la catalyse, l'adsorption et le domaine biomédical a été étudiée, avec des résultats encourageants dans toutes les applications testées. L'utilisation bénéfique de l'acide alginique en catalyse hétérogène a été démontrée, en tant que promoteur de réaction et support pour l’hétérogénéisation d'un organocatalyseur. L'activité du catalyseur a été trouvée très dépendante de l'accessibilité des groupes fonctionnels, mettant en évidence l’avantage de l’emploi de formulations plus accessibles. La texturation des alginates a été aussi avantageuse dans la préparation de matériaux pour applications en flux. Des mousses d'acide alginique, avec une structure hiérarchique macro-mésoporeuse, ont été développées à cet effet. Une caractérisation précise des matériaux a été réalisée, afin d'optimiser la procédure de préparation et de corréler les propriétés texturales obtenues avec les paramètres utilisés. L'intérêt dans l’utilisation de mousses à base d'acide alginique a été démontré dans une application modèle, l'adsorption de bleu de méthylène à partir de solutions aqueuses, à la fois en batch et en flux. La possibilité de modifier facilement les groupes fonctionnels de l’alginate, couplée avec la nature biocompatible et biodégradable de ces biopolymères, a finalement été exploitée pour le développement de gels auto-réparants, obtenus grâce à la formation de deux types d'interactions covalentes dynamiques : base de Schiff et ester de boronate. Les deux systèmes examinés ont présenté une remarquable habilité à se reconstruire après un dégât, même si l'ampleur de la reconstruction et la stabilité des gels étaient fortement dépendantes des paramètres de préparation des gels et des conditions environnementales utilisées. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude démontrent clairement comment la compréhension et un emploi conscient des propriétés physico-chimiques des alginates peuvent maximiser le potentiel que cette ressource durable dans le domaine de la chimie des matériaux. / Alginates, polysaccharides produced by brown algae, are linear block-copolymers formed by mannuronate (M) and guluronate (G) units. Because of their huge natural abundance, cheapness and physicochemical properties, alginates represent a highly attractive and still relatively unexplored class of biopolymers for applications in the field of advanced materials. In this context, the present work aimed to enrich the range of possible applications of alginate-derived materials, making the most of the peculiar features of this class of natural polysaccharides. In particular, the preparation of alginate-based active materials to be employed in the catalysis, adsorption and biomedical field was studied, achieving encouraging results in all the tested applications. The beneficial use of alginic acid in heterogeneous catalysis, both as reaction promoter and as support for the heterogeneization of an organocatalyst, was demonstrated. The activity of the material was found highly dependent on the accessibility of the active functions, highlighting the advantage of employing more accessible alginate formulations. The texturation of alginates was further advantageous for the preparation of materials with improved flowability. Alginic acid foams, bearing a hierarchical macro-mesoporous structure were developed by means of a simple procedure. Accurate characterization was performed to optimize the preparation procedure and to correlate the textural properties of the obtained materials with the parameters used. The interest of the prepared alginic acid foams was demonstrated in a model application, the adsorption of methylene blue from aqueous solutions, both in batch and in flow conditions. The possibility to easily modify alginate functional groups, coupled with the biocompatible and biodegradable nature of alginates, was finally employed for the development of self-healing gels, thanks to the formation of two types of dynamic covalent interactions: Schiff base and boronate ester bonds. Both the examined systems presented a marked ability to recover after damage, even if the extent of the recovery and the stability of the gels was highly dependent on the preparation parameters and environmental conditions used. The results obtained in the course of this study clearly demonstrate how a full comprehension and conscious employment of alginate physicochemical properties can maximize the potential of this sustainable resource in the field of material chemistry.

Dans ce mémoire de thèse, nous présentons une approche d’exécution auto-corrective (self-healing) de services composites, basée sur des agents capables de prendre, de manière autonome, des décisions pendant l’exécution des services, à partir de leurs connaissances. Dans un premier temps, nous définissons, de manière formelle, en utilisant des réseaux de Petri colorés, les services composites, leur processus d’exécution, et leurs mécanismes de tolérance aux pannes. Notre approche offre plusieurs mécanismes de reprise sur panne alternatifs : la récupération en arrière avec compensation ; la récupération en avant avec ré-exécution et/ou remplacement de service ; et le point de contrôle (checkpointing), à partir duquel il est possible de reprendre l’exécution du service ultérieurement. Dans notre approche, les services sont contrôlés par des agents, i.e. des composants dont le rôle est de s’assurer que l’exécution des services soit tolérante aux pannes. Notre approche est également étendue afin de permettre un auto-recouvrement. Dans cette extension, les agents disposent d’une base de connaissances contenant à la fois des informations sur eux-mêmes et sur le contexte d’exécution. Pour prendre des décisions concernant la sélection des stratégies de récupération, les agents font des déductions en fonction des informations qu’ils ont sur l’ensemble du service composite, sur eux-mêmes, tout en prenant en compte également ce qui est attendu et ce qui se passe réellement lors de l’exécution. Finalement, nous illustrons notre approche par une évaluation expérimentale en utilisant un cas d’étude. / In this thesis, we present a self-healing approach for composite services supported by knowledge-based agents capable of making decisions at runtime. First, we introduce our formal definition of composite services, their execution processes, and their fault tolerance mechanisms using Colored Petri nets. We implement the following recovery mechanisms: backward recovery through compensation; forward recovery through service retry and service replacement; and checkpointing as an alternative strategy. We introduce the concept of Service Agents, which are software components in charge of component services and their fault tolerance execution control. We then extend our approach with self-healing capabilities. In this self-healing extension, Service Agents are knowledge-based agents; that is, they are self- and context-aware. To make decisions about the selection of recovery and proactive fault tolerance strategies, Service Agents make deductions based on the information they have about the whole composite service, about themselves, and about what is expected and what it is really happening at runtime. Finally, we illustrate our approach and evaluate it experimentally using a case study.

Concrete is a brittle material prone to cracking due to its low tensile strength. Crack repairs are not only expensive and time-consuming but also increase the carbon footprint. Designing a novel concrete material possessing the ability to self-repair cracks would enhance its sustainability. Self-healing can be defined as a material’s ability to repair inner damage without any external intervention. In the case of concrete, the process can be autogenous, based on an optimized mix composition, or autonomous, when additional capsules containing some healing agent and/or bacteria spores are incorporated into the binder matrix. The first process uses unhydrated cement particles as the healing material while the other utilizes a synthetic material or bacteria precipitating calcite which are released into the crack from a broken capsule or activated by access to water and oxygen. The main disadvantages of the autonomous method are the loss of the fresh concrete workability, worsened mechanical properties, low efficiency, low survivability of the capsules and bacteria during mixing and the very high price. On the other hand, the autogenous self-healing was found to be more efficient, more cost effective, safer, and easier to implement in full-scale applications. Knowledge related to mechanisms and key factors controlling the autogenous self-healing is rather limited. Therefore, the aim of this research work was to better understand the autogenous self-healing process of concrete and to optimize the mix design and exposure conditions to maximize its efficiency. This licentiate thesis summarizes the main findings of the first 2.5 years of the PhD project. Several factors affecting autogenous self-healing were studied, including the amount of unhydrated cement, mix composition, age of material, self-healing duration and exposure conditions. The process was investigated both externally, at the surface, and deeper inside of the crack, by evaluating the crack closure and chemical composition of formed self-healing products. In addition, the flexural strength recovery was also studied. It was observed that a large amount of cement in the concrete mix does not ensure an efficient autogenous self-healing of cracks. A very dense and impermeable binder microstructure limited the transport of calcium and silicone ions to the crack and diminished the precipitation of the healing products. Addition fly ash increased the crack closure ratio close to the crack mouth, but its presence did not support the recovery of the flexural strength, presumably due to a very limited formation of load bearing phases inside the crack. Calcium carbonate was detected mainly at the crack mouth, whereas calcium silicate hydrate (C-S-H) and ettringite were found deeper inside the crack. The formation of C-S-H and ettringite presumably resulted in a regain of the flexural strength. On the other hand, calcite crystals formed close to the surface of the specimen controlled conditions inside the crack through its external closure. Healing exposure based on pure water appeared to be inefficient even despite the application of different temperature cycles and water volumes. The application of a phosphate-based retarding admixture in the curing water resulted in the highest self-healing efficiency. The admixture presumably inhibited the formation of a dense hydration shell on the surface of the unhydrated cement grains and promoted the precipitation of calcium phosphate compounds inside the crack. In addition, water mixed with microsilica particles caused a regain of the flexural strength through formation of C-S-H in the crack.

The design of functional materials with complex properties is very important for different applications, such as coatings, microelectronics, biotechnologies and medicine. It is also crucial that such kinds of materials have a long service lifetime. Unfortunately, cracks or other types of damages may occur during everyday use and some parts of the material should be changed for the regeneration of the initial properties. One of the approaches to avoid the replacement is utilization of self-healing materials. The aim of this thesis was to design a self-repairable material with superhydrophobic and switchable properties using colloidal particles. Specific goals were the synthesis of colloidal particles and the preparation of functional surfaces incorporated with the obtained particles, which would exhibit a repairable switching behavior and repairable superhydrophobicity. In order to achieve these goals, first, methods of preparation of simple and functional colloidal particles were developed. Second, the behavior of particles at surfaces of easy fusible solid materials, namely, paraffin wax or perfluorodecane, was investigated.

Traffic jams are the cause of approximately 25 billion euro of annual expenses of the state of Germany [14, 26]. In addition to these monetary damages they also have a negative effect on the quality of life for man and nature. They are, for example, the source of a non-negligible part of the 2.4 billion traffic accidents with damage of property or persons registered annually [13]. Circa 14 % of crashes result from previous mishaps [8, 26]. Almost all of them cause further jam formation and therefore a vicious circle which is in danger of closing around. Especially jams being created from spontaneous, non-periodic incidents involve a high risk of ending in a gridlock and thereby disrupt a whole traffic system. Because these disturbances are unpredictable and unpreventable, their duration and impact can merely be reduced by an effective incident management through the systematic, planned and coordinated use of institutional, technical and natural resources. The self-healing-network-strategy by Lämmer [19] and Rausch [27] is one example of such a countermeasure against jam formation in urban road networks. It prevents gridlocks at intersections by means of traffic lights and the combination of two effective mechanisms. Extended off-times prevent the inflow into oversaturated sections and so the expansion of tailbacks onto upstream intersections. Extended green periods of alternative directions of travel motivate drivers to avoid disturbed sectors and thus additionally allow a better exploitation of available free capacities. The development and successful establishment of this method could make the use of ramp metering in urban networks - which is regulating the inflow of oversaturated areas by reducing or skipping green times as well - invalid. To answer this question the presented master’s thesis aims at comparing both inflow-regulating control concepts. However, it is not the ambition to proof that one method is worse than the other, but to contribute to an ideal combination of both instead - with the intention to eliminate deficits on either side. Therefore both concepts will be reviewed in a first step and subsequently the contribution of additional effects against gridlock creation through the symbiosis of the two traffic light controls is analysed. Furthermore, several suggestions for the development of an efficient ramp metering logic are introduced to configure this combination to be more beneficial.:1 Einleitung 1.1 Sinngebung und Relevanz dieser Untersuchung 1.1.1 Entstehung von Verkehrsstörfällen und Staubildung 1.1.2 Extremfall Gridlock 1.2 Vorgehensweise und erwartete Ergebnisse 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Allgemeine Verkehrskenngrößen 2.2 Lichtsignalanlagen 3 Lichtsignalanlagen und andere Steuerungskonzepte der Verkehrstelematik 3.1 Grundkonzepte der Verkehrstelematik zur Verkehrsbeeinflussung 3.1.1 Informationssysteme 3.1.2 Streckenbeeinflussungsanlagen 3.1.3 Netzbeeinflussungsanlagen 3.1.4 Knotenpunktbeeinflussungsanlagen 3.2 Lichtsignalanlagen 3.2.1 Steuerungsebenen 3.2.2 Urban Traffic Control 3.3 Rückstauregulierung durch ein selbstorganisiertes Störfallmanagement 3.3.1 Staufrontkontrolle durch Zuflussdosierung 3.3.2 Kapazitätsausschöpfung durch Umverteilung der Verkehrsströme 3.3.3 Vorzüge und Defizite 3.4 Pförtnerung 3.4.1 Ziele einer erfolgreichen Zuflussdosierung mithilfe einer PA 3.4.2 Anforderungen an Pförtneranlagen 3.4.3 Steuerung der Pförtneranlage 4 Modellierung und Simulation 4.1 Netzwerkmodellierung 4.1.1 Struktur des Straßennetzes 4.1.2 Knotenpunkte 4.1.3 Dimensionierung der LSA 4.2 Implementierung der Rückstauregulierung 4.2.1 Bemessung der Rückstaulänge 4.2.2 Schätzung der Staukapazität 4.2.3 Bemessung der Freigabezeit 4.2.4 Umsetzung in einem Straßennetzwerk 4.3 Implementierung der PA-Steuerung 4.3.1 Festzeitsteuerung 4.3.2 Verkehrsabhängige Bestandteile zur Zuflussdosierung 4.3.3 Unzulässigkeit der Verkehrsstärke als Auslösekriterium 4.3.4 Variation des Bemessungshorizonts der Auslösekriterien 4.4 Dynamisches Routenwahlverhalten der Fahrer 4.5 Szenariomodellierung und Simulationsergebnisse 4.5.1 Bewertung der Effizienz der Steuerungskonzepte zur Gridlock- Prävention 4.5.2 Simulationsszenarien für Störfälle 5 Fazit und Ausblick 5.1 Zusammenfassung 5.2 Diskussion der Ergebnisse 5.2.1 Effizienz des ereignisorientierten Routenwahlmodells und selbstorganisierten Störfallmanagements 5.2.2 Effizienz der Pförtnersteuerung zur Isolation des sensiblen gestörten Areals 5.2.3 Ausblick und Bewertung der Simulationen 5.3 Vorschlag zur Aufrechterhaltung eines minimalen Verkehrsflusses während der Dosierung durch PA / Verkehrsstaus verursachen dem deutschen Staat jährlich rund 25 Milliarden Euro Unkosten [14, 26]. Neben diesen monetären Schäden wirken sie sich jedoch auch negativ auf die Lebensqualität von Mensch und Umwelt aus. Sie sind beispielsweise die Ursache für einen nicht unerheblichen Anteil der circa 2,4 Milliarden jährlich registrierten Unfälle mit Sach- oder Personenschaden [13]. Rund 14 % der Unglücksfälle gehen dabei als Folgeerscheinung eines vorherigen Unfalls hervor [8, 26]. Nahezu alle führen eine weitere Staubildung herbei und somit einen Teufelskreis, der sich zu schließen droht. Besonders aus spontanen, nicht wiederkehrenden Störfällen entstandene Staubildung birgt eine hohes Risiko, in einem Gridlock zu enden und damit ein gesamtes innerstädtisches Verkehrssystem zum Erliegen zu bringen. Da diese Störfälle unvorhersehbar und unvermeidbar sind, kann ihrer Dauer und ihrem Einfluss lediglich ein effizientes Störfallmanagement durch systematischen, gezielten und koordinierten Gebrauch institutioneller, technischer und natürlicher Ressourcen entgegenwirken. Beispiel für eine solche Gegenmaßnahme zur Staubildung in urbanen Netzen ist das selbstorganisierte Störfallmanagement nach Lämmer [19] und Rausch [27]. Mithilfe von LSA und der Kombination zweier effektiver Wirkungsmechanismen werden Gridlocks an Knotenpunkten unterbunden. Verlängerte Sperrzeiten verhindern den Zufluss in übersättigte Streckenabschnitte und damit die Ausbreitung von Rückstaus auf vorgelagerte Kreuzungen. Erweiterte Freigabezeiten der alternativen Fahrtrichtungen regen wiederum eine Umgehung des gestörten Abschnitts an und ermöglichen somit zusätzlich die bessere Ausschöpfung vorhandener freier Kapazitäten. Durch die Entwicklung und den erfolgreichen Einsatz der genannten Maßnahme könnte der Gebrauch von Pförtnerampeln (PA), welche den Zufluss in übersättigte Bereiche ebenfalls regulieren, indem sie Grünzeiten verkürzen oder aussetzen, hinfällig werden. Um diese Frage zu klären, widmet sich die vorliegende Masterarbeit dem Vergleich der beiden zuflussregulierenden Steuerungskonzepte. Ziel ist jedoch nicht, zu beweisen, dass eine Maßnahme schlechter ist als die andere, sondern vielmehr einen Beitrag zu einer optimalen Kombination der Vorzüge beider Herangehensweisen zu leisten und somit die auf beiden Seiten vorhandenen Defizite zu beseitigen. Dafür werden zunächst beide Konzepte auf ihre Effizienz hin überprüft und im Anschluss analysiert, inwiefern die Symbiose beider LSA-Steuerungen in einem Netzwerk zusätzliche Effekte gegen die Gridlockentstehung bewirkt. Außerdem werden verschiedene Vorschläge zur Entwicklung einer effizienteren Steuerlogik für Pförtneranlagen eingebracht, um diese Kombination noch vorteilhafter zu gestalten.:1 Einleitung 1.1 Sinngebung und Relevanz dieser Untersuchung 1.1.1 Entstehung von Verkehrsstörfällen und Staubildung 1.1.2 Extremfall Gridlock 1.2 Vorgehensweise und erwartete Ergebnisse 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Allgemeine Verkehrskenngrößen 2.2 Lichtsignalanlagen 3 Lichtsignalanlagen und andere Steuerungskonzepte der Verkehrstelematik 3.1 Grundkonzepte der Verkehrstelematik zur Verkehrsbeeinflussung 3.1.1 Informationssysteme 3.1.2 Streckenbeeinflussungsanlagen 3.1.3 Netzbeeinflussungsanlagen 3.1.4 Knotenpunktbeeinflussungsanlagen 3.2 Lichtsignalanlagen 3.2.1 Steuerungsebenen 3.2.2 Urban Traffic Control 3.3 Rückstauregulierung durch ein selbstorganisiertes Störfallmanagement 3.3.1 Staufrontkontrolle durch Zuflussdosierung 3.3.2 Kapazitätsausschöpfung durch Umverteilung der Verkehrsströme 3.3.3 Vorzüge und Defizite 3.4 Pförtnerung 3.4.1 Ziele einer erfolgreichen Zuflussdosierung mithilfe einer PA 3.4.2 Anforderungen an Pförtneranlagen 3.4.3 Steuerung der Pförtneranlage 4 Modellierung und Simulation 4.1 Netzwerkmodellierung 4.1.1 Struktur des Straßennetzes 4.1.2 Knotenpunkte 4.1.3 Dimensionierung der LSA 4.2 Implementierung der Rückstauregulierung 4.2.1 Bemessung der Rückstaulänge 4.2.2 Schätzung der Staukapazität 4.2.3 Bemessung der Freigabezeit 4.2.4 Umsetzung in einem Straßennetzwerk 4.3 Implementierung der PA-Steuerung 4.3.1 Festzeitsteuerung 4.3.2 Verkehrsabhängige Bestandteile zur Zuflussdosierung 4.3.3 Unzulässigkeit der Verkehrsstärke als Auslösekriterium 4.3.4 Variation des Bemessungshorizonts der Auslösekriterien 4.4 Dynamisches Routenwahlverhalten der Fahrer 4.5 Szenariomodellierung und Simulationsergebnisse 4.5.1 Bewertung der Effizienz der Steuerungskonzepte zur Gridlock- Prävention 4.5.2 Simulationsszenarien für Störfälle 5 Fazit und Ausblick 5.1 Zusammenfassung 5.2 Diskussion der Ergebnisse 5.2.1 Effizienz des ereignisorientierten Routenwahlmodells und selbstorganisierten Störfallmanagements 5.2.2 Effizienz der Pförtnersteuerung zur Isolation des sensiblen gestörten Areals 5.2.3 Ausblick und Bewertung der Simulationen 5.3 Vorschlag zur Aufrechterhaltung eines minimalen Verkehrsflusses während der Dosierung durch PA

Polymers capable of thermally controlled reversible bonding reactions are promising candidates for stimuli responsive materials, as required for self-healing or drug delivery materials. In order to investigate how the dynamic reactions can be controlled, effective analytical tools are demanded that are capable of analyzing not only the polymers but can also monitor the respective bonding reactions. Herein, we employ size exclusion chromatography in a newly developed temperature dependent mode (TD SEC) for the in situ characterization of polymers that undergo retro Diels-Alder (rDA) reaction at temperatures higher than 60 °C. Monitoring the evolution of the molar mass distribution of the polymers during the rDA reaction and evaluating the data quantitatively gives detailed information about the extent of the reaction and allows elucidating structural parameters that can be used for controlling the polymers debonding behavior. In contrast to spectroscopic techniques, TD SEC analyzes only the size of the polymers, hence the polymers do not need to fulfill any particular requirements (e.g. presence of detectable functional groups) but only need to be soluble in the TD SEC, which makes the method universally applicable. Side effects that might bias the results are minimized by using a high temperature chromatograph that allows performing the analysis in a broad temperature range (60 – 200 °C) and in different solvents. Thus, the analysis can be performed under the exact conditions that are required for the bonding reactions and an in situ image is provided.