In der vorliegenden Arbeit wird die reproduzierbare Herstellung des Crimp eines Solarzellenverbinders (plastische Verformung zur Überbrückung des Höhenunterschiedes von Solarzellen) näher untersucht. Ausgehend von der theoretischen Betrachtung des Biegeprozesses und der parametrisierten Crimpform konnten Optimierungspotentiale der Crimpvorrichtung durch eine numerische Simulation mittels Finite-Elemente-Methode identifiziert werden. Eine Parameterstudie hat gezeigt, dass die Crimplänge den größten Einfluss auf die plastische Deformation des Solarzellenverbinders hat. Im Ergebnis dieser Studie ist außerdem ein Zusammenhang zwischen Vorrichtungs-, Material- und Crimpparametern entstanden, welcher zukünftig für die Betrachtung weiterer Chargen genutzt werden kann. Die optimierte Crimpvorrichtung wurde abschließend an Solarzellenverbindern mit und ohne Lot in verschiedenen Crimplängen getestet. Hierbei konnten die Ergebnisse aus den Simulationen bestätigt werden. Es kann festgehalten werden, dass durch eine systematische Anpassung des Verfahrweges und durch richtige Ausrichtung der Vorrichtung reproduzierbare Crimp erzeugt werden können.:1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Solarzellenverbinder 2.2 Biegehandpresse 2.3 Theorie der Blechbiegung 2.3.1 Der Biegevorgang 2.3.2 Arten von Biegevorrichtungen 2.3.3 Parameter des Biegevorgangs 2.3.4 Rückfederung der Biegezone 3 Beschreibung der Crimpformen 3.1 Darstellung der crimpformbeschreibenden Parameter 3.2 Berechnung der abhängigen Parameter 3.3 Konstruktiver Aufbau der Biegevorrichtung 3.4 Funktion der einzustellenden Parameter 4 Numerische Simulation des Formvorgangs 4.1 Voruntersuchungen 4.1.1 Darstellung der reduzierten Modelle 4.1.2 Materialdefinition 4.1.3 Untersuchung der Netzkonvergenz am SZV 4.1.4 Lagerung und aufgeprägte Verschiebung 4.1.5 Analyse der einzustellenden Parameter 4.1.6 Stiftdeformation 4.1.7 Biegeradius 4.1.8 Verfahrweg 4.1.9 Loteinfluss 4.2 Parameterstudie 4.2.1 Ergebnis der Antwortfläche 4.2.2 Antwortflächenbasierte Optimierung 4.2.3 Rückfederungswinkel 5 Darstellung des Optimierungspotentials der bestehenden Konstruktion 5.1 Präzisierung der Konstruktionsaufgabe 5.1.1 Anforderungsliste 5.1.2 Prüfung der Anforderungskonsistenz 5.2 Konstruktionsvarianten 5.2.1 Variante A 5.2.2 Variante B 5.2.3 Variante C 5.3 Bewertung und Auswahl 5.3.1 Ermittlung der Wichtungskoeffizienten 5.3.2 Vergleich der Konstruktionsvarianten 5.3.3 Auswahl der umzusetzenden Variante 5.4 Optimierte Konstruktion 5.5 Einstellungsoptimierte Konstruktion 6 Praktische Untersuchungen des Crimp 6.1 Versuchsaufbau 6.2 Versuchsdurchführung 6.3 Ergebnisdarstellung und -diskussion 6.3.1 Ergebnisvergleich innerhalb einer Versuchsreihe 6.3.2 Ergebnisvergleich zwischen zwei Versuchsreihen 6.3.3 Ergebnisvergleich zwischen Simulation und Praxis 6.4 Bewertung der Reproduzierbarkeit 7 Zusammenfassung 8 Ausblick

Der moderne Entwicklungsprozess von Bauteilen umfasst nicht nur Aspekte der funktionsgerechten Dimensionierung, sondern berücksichtigt auch Materialien, die auf Umgebungsbedingungen reagieren oder deren Verhalten sich von außen regeln lassen kann. Im Allgemeinen weisen diese Materialien mechanische Eigenschaften auf, die von mindestens einem weiteren physikalischen Feld, das zum Beispiel elektrischer, magnetischer oder chemischer Natur sein kann, aufgrund dem Material eigener innerer Wechselwirkungen beeinflusst werden. In der Literatur wird für diese Klasse von Materialien häufig der Begriff smart materials oder intelligent materials verwendet [Leo07]. Für die Forschung stellten diese Materialien in den letzten Jahren ein außerordentlich spannendes Aufgabenfeld dar, sodass eine Vielzahl von Materialien klassifiziert werden konnte [BC04] und auf Basis ihrer charakteristischen Eigenschaften neuartige Sensor- und Aktorsysteme entstanden sind [GA10]. Ein Beispiel ist das in Abbildung 1.1 dargestellte Modell eines Chemosensors auf Basis eines polyelektrolyten Gels, der am Institut für Festkörperelektronik der TU Dresden entwickelt wurde.

Charged hydrogels are ionic polymer gels and belong to the class of smart materials. These gels are multiphasic materials which consist of a solid phase, a fluid phase and an ionic phase. Due to the presence of bound charges these materials are stimuli-responsive to electrical or chemical loads. The application of electrical or chemical stimuli as well as mechanical loads lead to a viscoelastic response. On the macroscopic scale, the response is governed by a local reversible release or absorption of water which, in turn, leads to a local decrease or increase of mass and a respective volume change. Furthermore, the chemo-electro-mechanical equilibrium of a hydrogel depends on the chemical composition of the gel and the surrounding solution bath. Due to the presence of bound charges in the hydrogel, this system can be understood as an osmotic cell where differences in the concentration of mobile ions in the gel and solution domain lead to an osmotic pressure difference. In the present work, a continuum-based numerical model is presented in order to describe the time-dependent swelling behavior of hydrogels. The numerical model is based on the Theory of Porous Media and captures the fluid-solid, fluid-ion and ion-ion interactions. As a direct consequence of the chemo-electro-mechanical equilibrium, the corresponding boundary conditions are defined following the equilibrium conditions. For the interaction of the hydrogel with surrounding mechanical structures, also respective jump condtions are formulated. Finaly, numerical results of the time-dependent behavior of a hydrogel-based chemo-sensor will be presented.

Electrochemical machining (ECM) is a non-conventional manufacturing process, which uses electrochemical dissolution to shape any conductive metal regardless of its mechanical properties and without leaving behind residual stresses or tool wear. Therefore, ECM can be an alternative for machining difficult-to-cut materials, complex geometries, and materials with improved characteristics, such as strength, heat-resistance or corrosion-resistance. Notwithstanding its great potential as a shaping tool, the ECM process is still not fully characterised and its research is an on-going process. Various phenomena are involved in ECM, e.g. electrodynamics, mass transfer, heat transfer, fluid dynamics and electrochemistry, which occur in parallel and this can lead to a different material dissolution rate at each point of the workpiece surface. This makes difficult an accurate prediction of the final workpiece geometry. This problem was addressed in the first part of the present thesis by developing a simulation model of the ECM process in a two-dimensional (2D) environment. A finite element analysis (FEA) package, COMSOL multiphysics® was used for this purpose due to its capacity to handle the diverse phenomena involved in ECM and couple them into a single solution. Experimental tests were carried out by applying ECM on stainless steel 316 (SS316) samples. This work was done in collaboration with pECM Systems Ltd® from Barnsley, UK. The interest of studying ECM on stainless steels (SS) resides on the fact that the application of ECM on SS typically results in various different surface finishes. The chromium in SS alloys usually induces the formation of a protective oxide film that prevents further corrosion of the alloy, giving the metal the special characteristic of corrosion resistance. This oxide film has low electrical conductivity; hence normal anodic dissolution often cannot proceed without oxide breakdown. Partial breakdown of the oxide film often occurs, which causes pits on the surface or a non-uniform surface finish. Therefore the role of the ECM machining parameters, such as interelectrode gap, voltage, electrolyte flow rate, and electrolyte inlet temperature, on the achievement of a uniform oxide film breakdown was evaluated in this work. Experimental results show that the resulting surface finish is highly influenced by the over-potential and current density, and by the characteristics of the electrolyte, flow rate and conductivity. The complexity of experimentally controlling these parameters emphasised the need for the development of a computational model that allows the simulation of the ECM process in full. The simulation of ECM in a three-dimensional (3D) environment is crucial to understand the behaviour of the ECM process in the real world. In a 3D model, information that was not visible before can be observed and a more detailed realistic solution can be achieved. Hence, in this work a computer aided design (CAD) software was used to construct a 3D geometry, which was imported to COMSOL Multiphysics® to simulate the ECM process, but this time in a 3D environment. This enhanced simulation model includes fluid dynamics, heat transfer, mass transfer, electrodynamics and electrochemistry, and has the novelty that an accurate computational simulation of the ECM process can be carry out a priori the experimental tests and allows the extraction of enough information from the ECM process in order to predict the workpiece final shape and surface finish. Moreover, this simulation model can be applied to diverse materials and electrolytes by modifying the input ECM parameters.

Neue additive Fertigungsverfahren erzeugen hochkomplexe Strukturen deren strukturmechanische Eigenschaften bisher nicht vorhersagbar waren. Mit einem neuen Ansatz wird ohne Vernetzung wie sie in der FEM benötigt wird, eine Simulation des strukturmechanischen Verhaltens möglich. Erste Untersuchungen an bisher unvorstellbar komplexen Modellen zeigen eine hervorragende Performance, die gerade im Umfeld von typischen Gitterstrukturen der 3D-Druckverfahren einsetzbar sind und darüber weit hinausgehen. In diesem Vortrag wird anhand von Beispielen der hohe Wirkungsgrad der Software External aufgezeigt, der so in der FEM nicht möglich ist.

Le laminage transversal est un procédé de mise en forme où un lopin cylindrique est déformé plastiquement en une pièce axisymétrique comportant des réductions de diamètre. Dans le processus de fabrication de bielles, le procédé est utilisé pour l’opération de répartition avant les opérations d’estampage. Par rapport au procédé de laminage à retour, il permet d’atteindre de meilleures mises au mille et de réduire les temps de cycle. L’industrialisation de ce procédé se heurte toutefois à des difficultés liées pour l’essentiel à la conception des outillages.Ces travaux de thèse visent à améliorer le processus d’industrialisation du laminage transversal par une réduction des temps de développement des outillages et par l’allongement de leur durée de vie. Pour cela, deux axes ont été identifiés. D’une part l’amélioration et la formalisation de la méthodologie de conception des outillages et d’autre part, l’identification et la caractérisation des phénomènes défauts se produisant à grand nombre de cycle et provocant l’arrêt de l’outillage.Ces travaux de thèse s’orientent au tour de trois axes majeurs. Premièrement, l’évaluation du potentiel prédictif de la simulation numérique du laminage transversal et sa robustesse vis-à-vis des paramètres numériques et du procédé. Deuxièmement, la mise en place d’un processus de conception d’outillage comportant d’un côté une méthodologie de conception permettant de définir les paramètres de l’outillage en s’appuyant d’un autre côté sur la simulation numérique du procédé. Troisièmement, l’identification et la caractérisation des zones d’usure et ses effets sur la pièce laminée / Cross wedge rolling (CWR) is a metal forming process used in the automotive industry. One of its applications is in the manufacturing process of connecting rods. CWR transforms a cylindrical billet into a complex axisymmetrical shape with an accurate distribution of material. This preform is forged into shape in a forging die. CWR industrialization has still some limitations, mainly the designing of the tools. This thesis work seeks to improve CWR industrialization by reducing the time needed for the design of the tools and by increasing CWR tool lifecycle. In order to achieve these goals, two main axes are identified: improving the tool design procedure and identifying the physical phenomenon affecting the stability of the process, mainly tool wear.This research work is based upon three main topics. First, evaluating of the predictability of the numerical simulation of the CWR process and its robustness towards the numerical parameters of the model and the process parameters. Second, implementing a design methodology that allows the designer to choose the geometrical parameters of the wedge and evaluating the resultant geometry of the tool through the numerical simulations. And third, identifying the wear zones of the tool and the factors leading to its development

On assiste aujourd’hui à une évolution des systèmes électroniques nomades vers des fonctionnalités plus avancées. Cette complexification des systèmes électroniques nomades nécessite une augmentation de la puissance de calcul des puces électronique, ce qui se peut se traduire par une utilisation d’une technologie CMOS agressive, mais qui se complète aujourd’hui par une technique appelée intégration 3D. Il ne s’agit donc plus d’une évolution classique à l’échelle du transistor suivant la loi de Moore mais à celle de l’échelle plus large du boîtier / système, on parle alors de la loi de « More than Moore ». L’empilement tridimensionnel (3D) des puces électroniques engendre une augmentation de la densité de puissance totale dissipée par unité de surface de l’empilement final. Cette puissance, résultant essentiellement de l’effet joule dans les transistors et l’interconnexion, est une source de chaleur qui contribue à l’augmentation de la température globale de la puce. L’objectif global de cette thèse est d’étudier les échanges thermiques dans un empilement de puces 3D durant leur fonctionnement. On s’attachera à comprendre les effets géométriques ou matériaux de l’empilement ainsi que l’impact du placement des TSV, Bumps ... sur ces échanges thermiques. L’étude s’appuie sur des simulations numériques validées par des mesures expérimentales sur des empilements 3D. Ces études numérique et expérimentale auront comme finalité de déduire des règles de dessin thermiques qui seront validées sur le dessin de circuits basiques ou plus complexes. Dans la suite, ces différents objectifs seront motivés et abordés en détail. L’établissement d’un modèle thermique basé sur des simulations en éléments finis d’un procédé industriel CMOS 65 nm 3D permettra d’aborder le problème de modélisation de la manière la plus précise possible. En effet, les précédentes simulations ont utilisé des modèles compacts – donc de moindre précision que les éléments finis – et un procédé générique qui ne reflète pas toutes les propriétés des matériaux, et en particulier celles des interfaces. Les résultats ainsi obtenus seront validés par des mesures sur des puces empilées réalisées dans le procédé considéré. Dans cette partie expérimentale, l’objectif est de déterminer une cartographie de la température dans un empilement 3D en utilisant des capteurs embarqués dans le silicium, et ce sous différentes conditions d’opération de la puce 3D. Il en ressortira un modèle numérique validé et calibré par des mesures expérimentales. / Today we are witnessing an evolution of mobile electronic systems to more advanced features. The complexity of mobile electronic systems requires an increase in computing power of electronic chips, which can lead to the use of aggressive CMOS technology, but which now completed with a technique called 3D integration. It is more of a classical evolution across the transistor following Moore's law but that of the wider scale of the packaging / system, it is called the law of "More than Moore". Three dimensional (3D) stack of electronic chip generates an increase in the density of total power dissipated per unit area of the final stack. This power, essentially resulting in the Joule effect transistors and interconnection, is a source of heat which contributes to increase the overall temperature of the chip. The global objective of this thesis is to study the heat transfer in a 3D stack of chips during operation. We will seek to understand the geometric or materials effects of the stack and the impact of the placement of TSV, Bumps ... on these heat exchanges. The study is based on numerical simulations validated by experimental measurements on 3D stacks. These numerical and experimental studies have as a goal to deduce thermal design rules that will be validated in the drawing of basic or more complex circuits. In the following, these goals will be motivated and discussed in detail. The establishment of a thermal model based on finite element simulations of an industrial process 3D CMOS 65 nm will address the problem of modelling the most accurate way possible. Indeed, previous simulations used compact models - so that the lower accuracy of finite elements - and a generic method that does not reflect all of the properties of materials, and in particular interfaces. The results obtained will be validated by measurements on stacked chips carried out within the process concerned. In the experimental part, the objective is to determine a thermal mapping in a 3D stack using sensors embedded in the silicon, and under different conditions of 3D chip process. This will provide a numerical model validated and calibrated by experimental measurements.

Gegenstand der Arbeit ist die Entwicklung eines numerischen Stoffgesetzes, welches die materialspezifischen Besonderheiten Selbstverdichtender Betone in jungem Alter erfasst. Durch das erhöhte Schwindmaß eines Selbstverdichtenden Betons innerhalb der ersten zwölf Stunden können Dehnungszustände hervorgerufen werden, welche zu Schädigungen führen, die von den einschlägigen Normen bisher noch nicht erfasst wurden. Im Zuge des Forschungsprojektes „Selbstverdichtender Beton im Untertagebau“ konnten Erkenntnisse über das materialspezifische Verhalten bei konstanten Umgebungsbedingungen erlangt werden. Diese Ergebnisse wurden mit übertägig gewonnen Daten verglichen, um eine klare Abgrenzung zu einem normalen Rüttelbeton zu ziehen. Im weiteren Verlauf wurden die Ergebnisse zur Kalibrierung einer numerischen Simulation herangezogen. Damit kann nun, in Abhängigkeit der relativen Luftfeuchtigkeit und der Bauteilgröße, das Dehnungsverhalten eines SVB in jungem Alter realitätsnah beschrieben werden.

is diploma thesis deals with design concept of two-seater sports car with the main focus on chassis torsional stiffness and axle kinematics. The main idea started with some paper sketches which were later transferred to the 3D model with all the main parts (engine, differential, driver etc.) using CATIA V5 design program. Then the torsional stiffness was counted using FEM software ANSYS 12.0. Finally the axis geometry during bump/rebump movement of the wheel was simulated in MBS system ADAMS 2007.

This thesis is focused on project planning and management optimalization in the department of technical evaluation FEM (TKF/1), Škoda Auto, a. s. Its theoretical part specifies the framework of project management, including the methodology of project leadership and software instruments. Afterwards it mentions various types of organisational structure, stressing the matrix structure. The practical part starts with the description of the company, of its organisational structure and of activities explaining processes in TKF/1. Then follows an analyse of the current situation in the project leadership of the observed department, that is summarised in a well-arranged SWOT. Based on these outlines, a new organisational structure is proposed, as well as a new process of the development projects' planning. The thesis contains a proposal of setting of sources out from the corporate fund of sources that facilitates an effective capacity planning of whole department, and it also contains a template of development activity in MS Project.