Die Genauigkeit der Ergebnisse einer numerischen Simulation von Umformvorgängen wird maßgeblich durch die Beschreibung des Materialverhaltens bestimmt. Neben der Auswahl eines geeigneten Stoffgesetzes zur Darstellung einer Klasse von Werkstoffen ist die Identifikation der in den Modellen enthaltenen Materialparameter zur Charakterisierung seiner besonderen Eigenschaften notwendig. In der vorliegenden Arbeit wird die Bestimmung der Materialparameter eines elastisch-plastischen Deformationsgesetzes zur Beschreibung der plastischen Anisotropie auf Basis der Fließbedingung von Hill unter Berücksichtigung großer Deformationen vorgenommen. Die Ermittlung der Parameter erfolgt durch die Lösung einer nichtlinearen Optimierungsaufgabe (Fehlerquadratminimum) basierend auf dem Vergleich von experimentell durchgeführten Eindringversuchen mit Ergebnissen der numerischen Simulation.

In der vorliegenden Arbeit wird der Beschaffungsprozess der MAN Nutzfahrzeuge AG analysiert. Zu diesem Zweck werden drei verschiedene Methoden angewendet. Das Ziel besteht darin herauszufinden, inwieweit die Berücksichtigung ökologischer Aspekte den Entscheidungsprozess beeinflusst, sodass nachhaltige Beschaffung eine sinnvolle Option bieten kann. Dazu werden verschiedene Beschaffungsalternativen unter Verwendung der Ansätze zur Lebenszykluskostenrechnung, Ökobilanzierung und Hemmnisanalyse verglichen. Ziel ist es, Empfehlungen für zukünftige Investitionsentscheidungen abzuleiten. Die vorliegende Ausarbeitung zeigt, dass die Ausweitung der Investitionsbetrachtung auf den gesamten Lebenszyklus weit über konventionelle Ansätze hinaus gehen.

Teil 1 Karsten Berndt Die Festlegung von Toleranzen ist eine alltägliche Aufgabenstellung des Konstrukteurs. Dabei bedingt die Berechnung nichtlinearer Toleranzketten einen erheblichen Zeitaufwand, wodurch meist auf deren genaue Berechnung vezichtet wird und Toleranzen stattdessen auf Basis von Erfahrungswerten festgelegt werden. Die vorgestellte Methodik zeigt Wege, wie schnell und frühzeitig im Konstruktionsprozess belastbare Aussagen zu Toleranzen komplexer Mechanismen getroffen werden können. Dazu werden sogenannte Sensitivitätsanalysen in der CAD-Software "Creo Elements" durchgeführt und ausgewertet. Das Ergebnis sind erste konkrete Toleranzfelder für alle den Mechanismus beschreibenden, geometrischen Abmessungen, welche sich als Startwerte für den anschließenden Toleranzsynthese/-analyseprozess eignen. Teil 2 Marko Ebermann Dieser zweite Vortragsteil behandelt eine mögliche Vorgehensweise zur Tolerierung von Geometrieabweichungen in der frühen Entwurfsphase am Beispiel des Koppelgliedes einer Verpackungsmaschine. Ausgangspunkt für die frühe Tolerierung bildet die im ersten Vortragsteil behandelte Sensitivitätsanalyse des Koppelgetriebes, welche Informationen zur Empfindlichkeit der Funktionsmaße bezüglich der Einhaltung der Schließmaßtoleranz lieferte. Die daraus abgeleitete Form- und Lagetolerierung des Koppelgliedes soll durch anschließende Toleranzamalysen die Tolerierung im Baugruppenkontext bestätigen und auf möglich Fertigungsverfahren abzielen, ohne die genaue Gestalt der Komponenten zu kennen. So können teure und zeitintensive Iterationsschleifen im Konstruktionsprozess minimiert und die Funktionalität frühzeitig gesichert werden.

Zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen und Energiekosten in der Industrie kann die Steigerung der Energieeffizienz durch Nutzung der verfügbaren Abwärme einen wichtigen Beitrag leisten. Mit den Methoden der Wärmeintegration kann das Abwärmepotenzial quantifiziert und systematisch Maßnahmen zur Nutzung von Abwärme identifiziert werden. Durch die mathematische Optimierung des Wärmetransports von Wärmequellen hin zu Wärmesenken kann ein Wärmeübertrager Netzwerk gebildet werden. Hierbei können je nach Formulierung der Zielfunktion des Optimierungsproblems der benötigte Energiebedarf, die Kosten oder Treibhausgasemissionen minimiert werden. In dieser Arbeit wird ein Ansatz für mehrperiodische Optimierungsprobleme weiterentwickelt und um die Einbindung von sensiblen und latenten thermischen Energiespeichern erweitert. Die Berücksichtigung des Phasenwechsels erfolgt mit Hilfe einer intervallweise linearen Funktion der Speichertemperatur. Durch Einführen von Binärvariablen erfolgt eine Berücksichtigung des jeweils relevanten Intervalls. Darüber hinaus wird eine Methode zur Berücksichtigung von Wärmeverlusten der Rohrleitungen vorgestellt. Die entwickelten Methoden werden in einem Fallbeispiel aus der Textilindustrie angewendet und im Rahmen von Sensitivitätsanalysen ausgewählte Einflussfaktoren untersucht. / Increasing the energy efficiency by using available waste heat can make an important contribution to reducing greenhouse gas emissions and energy costs in the industry. Heat integration methods can be used to quantify the waste heat potential and systematically identify measures for waste heat utilization. By mathematically optimizing the heat transport from heat sources to heat sinks, a heat exchanger network can be designed. Depending on the formulation of the objective function of the optimization problem, the required energy demand, costs or greenhouse gas emissions can be minimized. In this work, an approach for multiperiod optimization problems is further developed and extended to include sensible and latent thermal energy storage. The phase change is considered by an interval linear function of the storage temperature. By introducing binary variables, the relevant interval is taken into account. Furthermore, a method for including heat losses of pipelines is presented. The developed methods are applied in a case study from the textile industry and selected influencing factors are investigated within the scope of sensitivity analyses.

Clinching is a joining process that is becoming more and more important in industry due to the increasing use of multimaterial designs. Despite the already widespread use of the process, there is still a need for research to understand the mechanisms and design of clinched joints. In contrast to the tool parameters, process and material disturbances have not yet been investigated to a relatively large extent. However, these also have a great influence on the properties and applicability of clinching. The effect of process disturbances on the clinched joint are investigated with numerical and experimental methods. The investigated process variations are the history of the sheets using the pre-hardening of the material, different sheet thicknesses, sheet arrangements and punch strokes. For the consideration of the material history, a specimen geometry for pre-stretching specimens in uniaxial tension is used, from which the pre-stretched secondary specimens are taken. A finite element model is set up for the numerical investigations. Suitable clinching tools are selected. With the simulation, selected process influences can be examined. The effort of the numerical investigations is considerably reduced with the help of a statistical experimental design according to Taguchi. To confirm the simulation results, experimental investigations of the clinch point geometry by using micrographs and the shear strength of the clinched joint are performed. The analysis of the influence of difference disturbance factors on the clinching process demonstrate the importance of the holistic view of the clinching process.

Um den Planungsprozess von oberflächennahen Geothermieanlagen verbessern zu können, ist es von Vorteil, die Parameter zu kennen, welche besonders großen Einfluss auf die Leistung einer solchen Anlage haben. Um dies zu untersuchen, können globale Sensitivitätsanalysen durchgeführt werden. Die in dieser Arbeit vorgestellte Sensitivitätsanalyse beinhaltet ein Parameterscreening mit der One-Variable-At-a-Time-Methode und eine anschließend durchgeführte globale Sensitivitätsanalyse mithilfe von Sobol‘-Indizes. Hierbei werden die Eingabeparameter des verwendeten Berechnungsmodells innerhalb vorher definierter Wertebereiche und gemäß festgelegter Verteilungen variiert, was in einer großen Anzahl an Modelldurchläufen resultiert. Daher kommen bei Sensitivitätsanalysen oftmals approximierte Modelle zum Einsatz, welche das Verhalten des ursprünglichen Berechnungsmodells nachahmen sollen, um auf diese Weise eine geringere Rechenzeit zu erzielen. Hierfür werden in der vorliegenden Arbeit sogenannte Gauß-Prozess-Emulatoren verwendet. In dieser Arbeit werden die genannten Methoden aus mathematischer Sicht vorgestellt und eingeordnet und abschließend an einem analytischen Modell für die Untergrundparameter einer Geothermieanlage vorgeführt.

Despite their important ecosystem benefits for terrestrial and marine flora and fauna and the human livelihood mangrove forests suffer a high loss rate mainly due to human activity. Aside from these impacts, natural forest disturbances exist more commonly in mangroves compared to other forests as a direct consequence of their exposed coastal location. Within this thesis I investigate the influence of natural disturbance regimes on the mangrove forest dynamics focusing in particular on the ecological role of disturbances, disturbance patterns, forest structure, succession behavior and long-term vulnerability evaluation. The study areas were set in the Indian River Lagoon in Florida (USA) and in Can Gio an UNESCO Biosphere Reserve (Vietnam). In addition, theoretical simulation studies were carried out to complement the field studies. Thereby, in our study at the Indian River Lagoon site I investigated the ecosystem response to hurricane events of an artificially impounded mangrove forest. In Can Gio, the suitability of lightning strike – caused gaps for setting a homogenous plantation into more natural-like state according to species composition and forest structure was analyzed. Finally, a theoretical simulation study was carried out to compare lightning strike and hurricane events regarding their homogenization and heterogenization effects on the spatio-temporal forest structure. The findings of the field study in the Indian River Lagoon indicate that hurricane events had a severe impact on forest areas in higher successional stages by creating open patches, whereas areas in lower successional stages remained largely undisturbed. Furthermore, the impoundment determines the species selection of the post-hurricane succession by favoring flooding-tolerant species. However, regeneration was found to be impaired by the artificially high inundation regime at some disturbed patches. The lightning-strike disturbances enhance the species composition in the monospecific plantation in Can Gio by providing a sufficient light regime for entering seeds to establish. In addition, lightning-strike gaps increased the plantation structure complexity. Regenerating lightning-strike gaps remained as “green islands” within windthrow sites in the plantation due to their low stature and provided seeds for surrounding disturbed areas thereby accelerating their recolonization. The results of the simulation analysis of a theoretical landscape showed that in the simulated highly complex natural mature forests all disturbance regimes entail homogenization on the spatial structure compared to an undisturbed scenario. The hurricane scenario showed an increased temporal variation of the forest dynamics whereas lightning-strike gaps were not able to contribute to additional heterogeneity in the simulated area, despite of having the same tree mortality probability during disturbances. The interaction of the large-scale impoundment in the Indian River Lagoon and medium-sized hurricane events is characterized by partially impeded post-hurricane regeneration. In contrast, small-scaled lightning strikes influenced the regeneration of medium-sized windthrow sites positively within the homogenous plantation. We therefore suggest management activities aimed at creating small clearances within the plantation in Can Gio to simulate additional small-scale disturbances in order to facilitate heterogenization of the plantation structure. Natural disturbances are found to be able to enhance the species diversity and the interactions of ecological processes. In particular, where sustainable management strategies focused on maintaining ecosystem services especially in restored sites or plantations act as a supportive part. Natural disturbances are an integral component of mangrove forests and fulfill specific ecological functions. However, our findings indicate that these disturbances, on top of altered environmental conditions associated with climate change and direct human impacts, might jeopardize the natural development in unnatural forest structures as on plantations or restored sites. This thesis gives an extensive overview about the effect of various disturbances in different mangrove forest systems, including semi-natural forests and strongly modified plantations, on species composition and forest structure. Field studies and simulation analyses contribute in equal parts to the results of the thesis.

We have considered the bilevel programming problem in the case where the lower-level problem admits more than one optimal solution. It is well-known in the literature that in such a situation, the problem is ill-posed from the view point of scalar objective optimization. Thus the optimistic and pessimistic approaches have been suggested earlier in the literature to deal with it in this case. In the thesis, we have developed a unified approach to derive necessary optimality conditions for both the optimistic and pessimistic bilevel programs, which is based on advanced tools from variational analysis. We have obtained various constraint qualifications and stationarity conditions depending on some constructive representations of the solution set-valued mapping of the follower’s problem. In the auxiliary developments, we have provided rules for the generalized differentiation and robust Lipschitzian properties for the lower-level solution setvalued map, which are of a fundamental interest for other areas of nonlinear and nonsmooth optimization. Some of the results of the aforementioned theory have then been applied to derive stationarity conditions for some well-known transportation problems having the bilevel structure.

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This study was conducted at the mountainous catchment part of Batinah Region of the Sultanate of Oman called Al-Awabi watershed which is about 260km2 in area with about 40 Km long Wadi main channel. The study paper presents a proposed modeling approach and possible scenario analysis which uses 1D - hydraulic modeling for flood routing analysis; and the main tasks of this study work are (1) Model setup for Al-Awabi watershed area, (2) Sensitivity Analysis, and (3) Scenario Analysis on impacts of rainfall characteristics and transmission losses. The model was set for the lower 24 Km long of Al-Awabi main channel (Figure 13). Channel cross-sections were the main input to the 1D-Hydraulic Model used for the analysis of flash flood routing of the Al-Awabi watershed. As field measurements of the Wadi channel cross-sections are labor intensive and expensive activities, availability of measured channel cross-sections is barely found in this study area region of Batinah, Oman; thereby making it difficult to simulate the flood water level and discharge using MIKE 11 HD. Hence, a methodology for extracting the channel cross-sections from ASTER DEM (27mX27m) and Google Earth map were used in this study area. The performance of the model setup was assessed so as to simulate the flash flood routing analysis at different cross-sections of the modeled reach. And from this study, although there were major gap and problems in data as well as in the prevailing topography, slope and other Hydro Dynamic parameters, it was concluded that the 1D-Hydraulic Modelling utilized for flood routing analysis work can be applied for the Al-Awabi watershed. And from the simulated model results, it was observed that the model was sensitive to the type of Boundary Condition chosen and taken, channel cross sections and its roughness coefficient utilized throughout the model reach.