Die vollständige Ausnutzung des Leichtbaupotentials bei der Dimensionierung von mehrschichtigen endlosfaserverstärkten Strukturbauteilen erfordert die Bereitstellung von geeigneten Optimierungswerkzeugen, da bei der Auslegung eine große Anzahl von Entwurfsvariablen zu berücksichtigen sind. In dieser Arbeit werden Optimierungsalgorithmen und -strategien zur Lösung wissenschaftlicher Fragestellungen für industrielle Anwendungen bei der Konstruktion von entsprechenden Faserkunststoffverbunden entwickelt und bewertet. Um das breite Anwendungsspektrum aufzuzeigen, werden drei unterschiedliche repräsentative Problemstellungen bearbeitet. Dabei wird für Mehrschichtverbunde die Festigkeitsoptimierung hinsichtlich eines bruchtypbezogenen Versagenskriteriums vorgenommen, ein Dämpfungsmodell zur Materialcharakterisierung entworfen sowie eine bivalente Optimierungsstrategie zur Auslegung von gewickelten Hochdruckbehältern erstellt. Die Grundlage der entwickelten Methoden bilden dabei jeweils stochastische naturanaloge Optimierungsheuristiken, da die betrachteten Aufgabenstellungen nicht konvex sind und derartige Verfahren flexibel eingesetzt werden können. / The full utilization of the light weight potential in the dimensioning of multilayer fiber reinforced composites requires suitable optimization tools, since a large number of design variables has to be taken into account. In this work, optimization algorithms and strategies for the solution of scientific questions for industrial applications are developed and evaluated in the design of corresponding fiber-plastic composites. In order to show the wide range of applications, three different representative topics have been chosen. It will carry out a strength optimization for multilayer composites with regard to a type-related failure criterion, devolop a damping model for material characterization and established a bivalent optimization strategy for the design of wound high-pressure vessels. The developed methods are based on stochastic natural-analog optimization heuristics, since the considered tasks are not convex and such methods can be used in a very flexible manner.

Als Teilprojekt des Themenkreises III "Transitionskontrolle" des Schwerpunkt-Forschungsprogramms "Transition" der Deutschen Forschungsgemeinschaft, konzentriert sich diese Arbeit auf experimentelle Grundlagenuntersuchungen zum laminar-turbulenten Grenzsichtumschlag. Die Experimente wurden in der Grenzschicht einer ebenen, parallel angeblasenen, hydraulisch glatten Platte durchgeführt. Einen besonderen Schwerpunkt bildet die Abhängigkeit der Entwicklung der Instabilitäten, der sogenannten Tollmien-Schlichting Wellen, von deren Schräglaufwinkel zur Plattenvorderkante. Weiterhin wird der Einfluss zahlreicher Parameter wie z.B. des Schalldruckpegels und der Anregungsfrequenz diskutiert. Die Anregung der Tollmien-Schlichting Wellen erfolgte über periodisches Ausblasen / Ansaugen von Luft durch oberflächenbündige Schlitze quer zur Strömungsrichtung. Mit einem zeitlich hochauflösenden, restlichverstärkendem Kamerasystem konnten Aufnahmen der Strömungsvisualisierung erzielt werden, die unter anderem die zeitliche Entwicklung von Wirbelstrukturen (Lambda- Wirbel) zeigen. Zur Analyse der experimentell gewonnen Daten werden vergleichend Berechnungen nach der "Linearen Stabilitätstheorie" diskutiert. Einen weiteren Schwerpunkt bilden Untersuchungen zur aktiven Transitionskontrolle. Dabei wird der künstlich angeregten Tollmien Schlichting Welle eine gegenphasige Störwelle stromab überlagert. Es konnte nachgewiesen werden, das mit diesem Verfahren entsprechend des Superpositionsprinzips, die anfängliche Störamplitude der Tollmien Schlichting Welle deutlich reduziert wird. Es kommt zu einer fast vollständigen Störauslöschung. Untersuchungen im Nahfeld der Störeinkopplung, sowohl im Bereich der Anregnung als auch der gegenphasigen Dämpfungseinkopplung, zeigen deren Auswirkung auf die Entwicklung der Grenzschicht. / A sub-project of the working group III, "Transition Control" of the German Research Community's project "Transition", this paper is focused on experimental fundamental investigations in the field of laminar-turbulent transition. The experiments were carried out in the boundary layer of a flat plat with tangential blowing. The main topic is the development of instabilities, or so-called Tollmien-Schlichting Waves (TSWs), based on the oblique angle between the TSWs and the leading edge. In addition the influence of other parameters, including the sound-pressure level and the frequency of the TSWs are discussed. The instabilities are initialised by suction and blowing through flush, oblique slots in the surface of a flat plate. Pictures of the flow visualisation, recorded with a high-speed camera system, show the time-resolved development of structures (Lamda-Vortices) within the boundary layer. In order to analyse the experimental data, a comparison is made between it and numerical calculations corresponding to the Linear Instability Theory. Another main topic is the investigation of the active transition control. According to the Super Position Principle a second wave with opposite phase is superimposed on the TSW. It can be demonstrated that this technique works with oblique waves too. The initialised instabilities can almost completely be cancelled out. Investigations very close to the initialising slots of the TSW with a high special resolution show their influence on the development of the boundary layer.

Im Forschungsprojekt wurde eine Bauweise für ein modular aufgebautes und flexibel einsetzbares Gestellsystem entwickelt, welches durch integrativen Leichtbau den vorteilhaften Einsatz von Holzfurnierlagenverbund-werkstoffen (WVC) für Verarbeitungs- und Fördermaschinen ermöglicht. Die ingenieurtechnisch relevanten Eigen-schaften des Holzbasiswerkstoffs (u.a. strukturelle Dämpfungseigenschaft) wurden ermittelt und darauf aufbauend ein Profil als Strukturelement des Gestellsystems entwickelt. Hier lag besonderes Augenmerk auf der Gestaltung des Profilquerschnitts. Es wurden verschiedene Querschnittsgeometrien vergleichend untersucht, wobei sich ein ge-schlossenes Kastenprofil als günstig erwies. Ausgehend vom entwickelten Profil wurde die für ein modulares Sys-tem notwendige Verbindungstechnik konzipiert. Folgend wurde schrittweise die modulare Bauweise in Strukturein-heiten umgesetzt sowie parallel Untersuchungen zu Steifigkeit und Festigkeit der Profile fortgeführt. Während der Erprobung von Struktureinheiten unter praxisnahen Bedingungen wurden gewisse konstruktive Verbesserungspo-tentiale deutlich. Diese Änderungen sowie die gewonnenen Erkenntnisse aus der Material- und Strukturprüfung kamen im Prototyp zur Umsetzung. Schallpegelprofile verschiedener fördertechnischer Anlagen und des entwickel-ten Prototypen wurden abschließend aufgenommen und verglichen. / Aim of the present study was to develop a modular designed and widely employable rack system. Positive properties of wood based materials (WVC) in lightweight structures were identified and integrated for the application in fabri-cation and conveyer technologies. For this purpose relevant properties of wood materials had been investigated (e.g. damping properties). The results of these analyses were the basis for the development of a beam profile, the basic structural design element for the future rack system. The most effort was put into finding the optimal beam cross section. Several different cross sections had been compared, a square sectional beam profile showed the best per-formance. Based on the square sectional beam profile proper connection methods for the modular rack were devel-oped. Structural units were subsequently realized step by step, while the investigation of stiffness and strength of the profiles was continued. The testing of the structural units under simulated field conditions revealed some minor constructional improvement capabilities. The constructional improvements and the knowledge from the material and profile testing were put into practice in the prototype. Finally sound measurements were carried out to compare several conveyors made of different materials (including the prototype) in respect to the emitted sound level.

In this thesis, we are interested in damped wave models with time-dependent propagation speed and time-dependent damping term both having a time-dependent oscillation term. The main goal of this thesis is to understand the influence of strong time-dependent oscillations on Sobolev solutions to the linear models and consequently, to the semilinear models. Especially, due to the deteriorating influence of oscillations on solutions, a stabilization condition and higher-order regularity of the time-dependent coefficients may compensate 'bad behaviors' arising from oscillations.:1. Introduction 2. The influence of oscillations on linear damped wave equation with time-dependent coefficients 3. Global in time existence results for damped wave models with power nonlinearity 4. Global in time existence results for damped wave models with different power nonlinearities 5. Lp-Lq estimates for wave equations with strong time-dependent oscillations 6. Further research topics A. Basic tools B. List of symbols and abbreviations Bibliography

Die am häufigsten für die Zerkleinerung des Zementklinkers eingesetzte Kugelmühle stellt eine relativ einfache Maschine dar, in der sehr komplizierte dynamische Wechselwirkungen herrschen. Die direkte Messung der Beanspruchungsintensitäten ist heutzutage immer noch eine schwierige Aufgabe. In der vorliegenden Arbeit sind die Spektren der Beanspruchungsgrößen sowie einige spezifische integrale Größen mit der Methode der diskreten Elemente (DEM) untersucht worden. Eine besondere Aufgabe bestand in der Ermittlung der Parameter des viskoelastischen Kontaktmodells und der den Zementklinker charakterisierenden mechanischen Größen. Die reale Abbildung der Stoßvorgänge wurde anhand vereinfachter Modelle der Messprüfstände validiert. Mit den ermittelten Parametern sind numerische Untersuchungen durchgeführt worden, mit denen ihre Auswirkung auf die Zielgrößen bestimmt wurde. In Hinsicht auf eine mögliche konstruktive Weiterentwicklung sind Simulationen mit festgelegten betrieblichen und zu variierenden konstruktiven Parametern durchgeführt worden.

Als Teilprojekt des Themenkreises III "Transitionskontrolle" des Schwerpunkt-Forschungsprogramms "Transition" der Deutschen Forschungsgemeinschaft, konzentriert sich diese Arbeit auf experimentelle Grundlagenuntersuchungen zum laminar-turbulenten Grenzsichtumschlag. Die Experimente wurden in der Grenzschicht einer ebenen, parallel angeblasenen, hydraulisch glatten Platte durchgeführt. Einen besonderen Schwerpunkt bildet die Abhängigkeit der Entwicklung der Instabilitäten, der sogenannten Tollmien-Schlichting Wellen, von deren Schräglaufwinkel zur Plattenvorderkante. Weiterhin wird der Einfluss zahlreicher Parameter wie z.B. des Schalldruckpegels und der Anregungsfrequenz diskutiert. Die Anregung der Tollmien-Schlichting Wellen erfolgte über periodisches Ausblasen / Ansaugen von Luft durch oberflächenbündige Schlitze quer zur Strömungsrichtung. Mit einem zeitlich hochauflösenden, restlichverstärkendem Kamerasystem konnten Aufnahmen der Strömungsvisualisierung erzielt werden, die unter anderem die zeitliche Entwicklung von Wirbelstrukturen (Lambda- Wirbel) zeigen. Zur Analyse der experimentell gewonnen Daten werden vergleichend Berechnungen nach der "Linearen Stabilitätstheorie" diskutiert. Einen weiteren Schwerpunkt bilden Untersuchungen zur aktiven Transitionskontrolle. Dabei wird der künstlich angeregten Tollmien Schlichting Welle eine gegenphasige Störwelle stromab überlagert. Es konnte nachgewiesen werden, das mit diesem Verfahren entsprechend des Superpositionsprinzips, die anfängliche Störamplitude der Tollmien Schlichting Welle deutlich reduziert wird. Es kommt zu einer fast vollständigen Störauslöschung. Untersuchungen im Nahfeld der Störeinkopplung, sowohl im Bereich der Anregnung als auch der gegenphasigen Dämpfungseinkopplung, zeigen deren Auswirkung auf die Entwicklung der Grenzschicht. / A sub-project of the working group III, "Transition Control" of the German Research Community's project "Transition", this paper is focused on experimental fundamental investigations in the field of laminar-turbulent transition. The experiments were carried out in the boundary layer of a flat plat with tangential blowing. The main topic is the development of instabilities, or so-called Tollmien-Schlichting Waves (TSWs), based on the oblique angle between the TSWs and the leading edge. In addition the influence of other parameters, including the sound-pressure level and the frequency of the TSWs are discussed. The instabilities are initialised by suction and blowing through flush, oblique slots in the surface of a flat plate. Pictures of the flow visualisation, recorded with a high-speed camera system, show the time-resolved development of structures (Lamda-Vortices) within the boundary layer. In order to analyse the experimental data, a comparison is made between it and numerical calculations corresponding to the Linear Instability Theory. Another main topic is the investigation of the active transition control. According to the Super Position Principle a second wave with opposite phase is superimposed on the TSW. It can be demonstrated that this technique works with oblique waves too. The initialised instabilities can almost completely be cancelled out. Investigations very close to the initialising slots of the TSW with a high special resolution show their influence on the development of the boundary layer.

Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde mit geringer Dichte und hohen E-Moduli reagieren bei dynamischer Anregung empfindlich auf Abstrahlung von Luftschall, bieten aber gleichzeitig einen großen Wertebereich zur Einstellung des Materialverhaltens. Dabei sind Steifigkeit und Dämpfung gegensätzlich abhängig von der Faserorientierung. Die Auslegung der Verbunde mit FEM-Simulationen benötigt einen hohen Modellierungsaufwand und lange Rechenzeiten. Im Gegensatz dazu erfordert die mehrdimensionale numerische Optimierung eines Verbundes ein effizientes vibro-akustisches Simulationsmodell für zahlreiche Wiederholungsrechnungen. Dazu wurde ein energiebasierter modaler Dämpfungsansatz als Erweiterung vom FEM-Simulationen sowohl für anisotropes als auch für nicht-lineares Dämpfungsverhalten erforscht, experimentell parametrisiert und validiert. Ferner wird die abgestrahlte Schallleistung anstelle eines multi-physikalischen Modells effizient durch einen geschwindigkeitsbasierten Ansatz direkt aus stationären Struktursimulationen bestimmt. Analytische Formulierungen der Vergrößerungsfunktionen der modalen Leistungsbeiträge ermöglichen, die frequenzabhängige Abstrahlung mit sehr wenigen Frequenzschritten exakt zu berechnen und in eine skalare Zielfunktion zu überführen. Die gesamte Berechnungsmethodik dient der vibro-akustischen Optimierung von Verbundbauteilen. Die Ergebnisse zeigen das große Potential von thermoplastischen Verbundwerkstoffen im Vergleich zu einem Referenzteil aus Stahl.:1 Einleitung 2 Amplitudenabhängige Dämpfung von MKV 3 Anisotrope Dämpfung von Faser-Kunststoff-Verbunden 4 Berechnung und Optimierung der abgestrahlten Schallleistung 5 Strukturintensität als Mittel zur Bewertung akustischer Quellen 6 Schlussfolgerungen 7 Zusammenfassung und Ausblick A Anhang

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung und Charakterisierung eines mikromechanischen kraftgekoppelten Schwingsystems für die resonante Detektion niederfrequenter Schwingungen. Es wird ein neuartiges Prinzip vorgestellt, das es ermöglicht, niederfrequente Vibrationen frequenzselektiv zu erfassen. Mittels Amplitudenmodulation wird das niederfrequente Signal in einen höheren Frequenzbereich umgesetzt. Durch Ausnutzung der mechanischen Resonanzüberhöhung wird aus dem breitbandigen Signal ein schmales Band herausgefiltert, die anderen Frequenzbereiche werden unterdrückt. Auf diese Weise wird direkt die spektrale Information des niederfrequenten Signals gewonnen. Eine Fourier-Transformation ist hierbei nicht notwendig. Die Abstimmung des Sensors erfolgt über eine Wechselspannung und führt dadurch zu einer einfachen Auswertung. Die Schwerpunkte der Arbeit liegen in den theoretischen Untersuchungen zum neuartigen Sensorprinzip, in der Entwicklung einer mikromechanischen Sensorstruktur zum Einsatz des neuen Prinzips sowie in der Entwicklung und Charakterisierung eines Messsystems zur Detektion niederfrequenter mechanischer Schwingungen mit dem neuen Sensor. / This thesis describes the development and characterization of a micromechanical force coupled oscillator system for the resonant detection of low frequency vibrations. It presents a novel working principle that enables spectral measurements of low frequency vibrations. The low frequency spectral content is converted into a higher frequency range by means of amplitude modulation. Due to the mechanical resonance a narrow band is filtered out of the wide band vibration signal. The remaining frequency content is suppressed. Hence, the spectral information is directly obtained with the sensor system without a fast Fourier transform. The tuning is done with an AC voltage resulting in a simple analysis. The main focuses of the work are the theoretical analysis of this novel sensor principle, the development of the micromechanical sensor structure for the use of the novel principle as well as the development and characterization of a measurement system for the spectral detection of low frequency mechanical vibrations with the developed sensor system.

In the present work, the implications of ion irradiation on the magnetostatic and dynamic properties of soft magnetic Py/Ta (Py = Permalloy: Ni80Fe20) single and multilayer films have been investigated with the main objective of finding a way to determine their saturation magnetization. Both polar magneto-optical Kerr effect (MOKE) and vector network analyzer ferromagnetic resonance (VNA-FMR) measurements have proven to be suitable methods to determine µ0MS, circumventing the problem of the unknown effective magnetic volume that causes conventional techniques such as SQUID or VSM to fail. Provided there is no perpendicular anisotropy contribution in the samples, the saturation magnetization can be determined even in the case of strong interfacial mixing due to an inherently high number of Py/Ta interfaces and/or ion irradiation with high fluences. Another integral part of this work has been to construct a VNA-FMR spectrometer capable of performing both azimuthal and polar angle-dependent measurements using a magnet strong enough to saturate samples containing iron. Starting from scratch, this comprised numerous steps such as developing a suitable coplanar waveguide design, and writing the control, evaluation, and fitting software. With both increasing ion fluence and number of Py/Ta interfaces, a decrease of saturation magnetization has been observed. In the case of the 10×Py samples, an immediate decrease of µ0MS already sets in at small ion fluences. However, for the 1×Py and 5×Py samples, the saturation magnetization remains constant up to a certain ion fluence, but then starts to rapidly decrease. Ne ion irradiation causes a mixing and broadening of the interfaces. Thus, the Py/Ta stacks undergo a transition from being polycrystalline to amorphous at a critical fluence depending on the number of interfaces. The saturation magnetization is found to vanish at a Ta concentration of about 10–15 at.% in the Py layers. The samples possess a small uniaxial anisotropy, which remains virtually unaffected by the ion fluence, but slightly reduces with an increasing number of Py/Ta interfaces. In addition to magnetostatics, the dynamic properties of the samples have been investigated as well. The Gilbert damping parameter α increases with both increasing number of Py/Ta interfaces and higher ion fluences, with the former having a stronger influence. The inhomogeneous linewidth broadening ΔB0 increases as well with increasing number of Py/Ta interfaces, but slightly decreases for higher ion fluences. / In dieser Dissertation ist der Einfluss von Ionenbestrahlung auf die magnetostatischen und dynamischen Eigenschaften von weichmagnetischen Py/Ta-Einzel- und Multilagen (Py = Permalloy: Ni80Fe20) untersucht worden, wobei das Hauptziel gewesen ist, eine Methode zur Bestimmung der Sättigungsmagnetisierung zu finden. Sowohl polare magneto-optische Kerr-Effektmessungen (MOKE) als auch ferromagnetische Resonanzmessungen mittels eines Vektornetzwerkanalysators (VNA-FMR) haben sich als geeignet erwiesen, um µ0MS zu bestimmen, wobei das Problem des unbekannten effektiven magnetischen Volumens umgangen wird, welches bei der Verwendung von Techniken wie SQUID oder VSM auftreten würde. Unter der Voraussetzung, dass die Proben keinen senkrechten magnetischen Anisotropiebeitrag besitzen, kann die Sättigungsmagnetisierung selbst im Fall starker Grenzflächendurchmischung infolge einer großen Anzahl an Py/Ta-Grenzflächen und/oder Ionenbestrahlung mit hohen Fluenzen bestimmt werden. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit ist die Konstruktion eines VNA-FMR-Spektrometers gewesen, welches vollautomatisiert ist, polare und azimutale Winkelabhängigkeiten messen kann und einen Magneten besitzt, der Proben, die Eisen beinhalten, sättigen kann. Von Grund auf beginnend umfasste dies zahlreiche Schritte wie z. B. die Entwicklung eines geeigneten koplanaren Wellenleiterdesigns sowie das Schreiben von Steuerungs-, Auswertungs- und Fitprogrammen. Mit steigender Fluenz und Zahl an Py/Ta-Grenzflächen ist eine Abnahme der Sättigungsmagnetisierung beobachtet worden. Im Fall der 10×Py-Proben findet diese bereits bei kleinen Fluenzen statt. Im Gegensatz dazu bleibt µ0MS der 1×Py- und 5×Py-Proben bis zu einer bestimmten Fluenz konstant, bevor sie sich dann umso schneller verringert. Die Bestrahlung mit Ne-Ionen verursacht eine Durchmischung und Verbreiterung der Grenzflächen. Infolgedessen erfahren die Py/Ta-Proben bei einer kritischen Fluenz, die von der Zahl der Grenzflächen abhängig ist, einen Phasenübergang von polykristallin zu amorph. Die Sättigungsmagnetisierung verschwindet ab einer Ta-Konzentration von etwa 10–15 Atom-% in den Py-Schichten. Die Proben besitzen eine kleine uniaxiale Anisotropie, die praktisch unbeeinflusst von der Fluenz ist, sich jedoch mit steigender Zahl an Py/Ta-Grenzflächen leicht verringert. Neben den statischen sind auch die dynamischen magnetischen Eigenschaften der Proben untersucht worden. Der Gilbert-Dämpfungsparameter α erhöht sich sowohl mit steigender Zahl an Py/Ta-Grenzflächen als auch mit höheren Fluenzen, wobei Erstere einen größeren Einfluss hat. Die inhomogene Linienverbreiterung ΔB0 nimmt ebenfalls mit steigender Zahl an Py/Ta-Grenzflächen zu, verringert sich jedoch bei größeren Fluenzen leicht.

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