Die Option Mechanism Dynamics (MDO) von Creo Parametric ist ein Tool aus dem Bereich Starrkörperdynamik. Im Kern des Vortrags steht jedoch die MDO-Funktion 3D-Kontakt, die einzigartig mit elastischen Körpern arbeitet. Im Vortrag wird die Vorgehensweise bei der dynamischen Simulation eines Rutschreifens auf GFK-Wasserrutschen erläutert, abschließend werden Animationsbeispiele präsentiert.

Diese Arbeit zeigt den explorativen Ansatz ein künstliches neuronales Netz (kNN) und Daten einer auf dem Ski befindlichen inertialen Messeinheit (IMU) zu verwenden, um auf die Fahrgeschwindigkeit zu schließen. Für das Training des kNN wird dabei die 3D Geschwindigkeit einer auf dem Ski befindlichen GNSS-Antenne als Zielwert verwendet. / This work shows the exploratory approach of using an artificial neural network (kNN) and data from an inertial measurement unit (IMU) located on the ski to infer the ski speed. For the training of the kNN, the 3D speed of a GNSS antenna on the ski is used as a target value.

Measuring the liquid velocity and turbulence parameters in multiphase flows is a challenging task. In general, measurements based on optical methods are hindered by the presence of the gas phase. In the present work, it is shown that this leads to a sampling bias. Here, particle image velocimetry (PIV) is used to measure the liquid velocity and turbulence in a bubble column for different gas volume flow rates. As a result, passing bubbles lead to a significant sampling bias, which is evaluated by the mean liquid velocity and Reynolds stress tensor components. To overcome the sampling bias a window averaging procedure that waits a time depending on the locally distributed velocity information (hold processor) is derived. The procedure is demonstrated for an analytical test function. The PIV results obtained with the hold processor are reasonable for all values. By using the new procedure, reliable liquid velocity measurements in bubbly flows, which are vitally needed for CFD validation and modeling, are possible. In addition, the findings are general and can be applied to other flow situations and measuring techniques.

Ein transversales Störungssystem im Nahen Osten, die Dead Sea Transform (DST), trennt die Arabische Platte von der Sinai-Mikroplatte und erstreckt sich von Süden nach Norden vom Extensionsgebiet im Roten Meer über das Tote Meer bis zur Taurus-Zagros Kollisionszone. Die sinistrale DST bildete sich im Miozän vor etwa 17 Ma und steht mit dem Aufbrechen des Afro-Arabischen Kontinents in Verbindung. Das Untersuchungsgebiet liegt im Arava Tal zwischen Totem und Rotem Meer, mittig über der Arava Störung (Arava Fault, AF), die hier den Hauptast der DST bildet.<br /> <br /> Eine Reihe seismischer Experimente, aufgebaut aus künstlichen Quellen, linearen Profilen über die Störung und entsprechend entworfenen Empfänger-Arrays, zeigt die Untergrundstruktur in der Umgebung der AF und der Verwerfungszone selbst bis in eine Tiefe von 3-4 km. Ein tomographisch bestimmtes Modell der seismischen Geschwindigkeiten von P-Wellen zeigt einen starken Kontrast nahe der AF mit niedrigeren Geschwindigkeiten auf der westlichen Seite als im Osten. Scherwellen lokaler Erdbeben liefern ein mittleres P-zu-S Geschwindigkeitsverhältnis und es gibt Anzeichen für Änderungen über die Störung hinweg. Hoch aufgelöste tomographische Geschwindigkeitsmodelle bestätigen der Verlauf der AF und stimmen gut mit der Oberflächengeologie überein. <br /> <br /> Modelle des elektrischen Widerstands aus magnetotellurischen Messungen im selben Gebiet zeigen eine leitfähige Schicht westlich der AF, schlecht leitendes Material östlich davon und einen starken Kontrast nahe der AF, die den Fluss von Fluiden von einer Seite zur anderen zu verhindern scheint. Die Korrelation seismischer Geschwindigkeiten und elektrischer Widerstände erlaubt eine Charakterisierung verschiedener Lithologien im Untergrund aus deren physikalischen Eigenschaften. Die westliche Seite lässt sich durch eine geschichtete Struktur beschreiben, wogegen die östliche Seite eher einheitlich erscheint. Die senkrechte Grenze zwischen den westlichen Einheiten und der östlichen scheint gegenüber der Oberflächenausprägung der AF nach Osten verschoben zu sein.<br /> <br /> Eine Modellierung von seismischen Reflexionen an einer Störung deutet an, dass die Grenze zwischen niedrigen und hohen Geschwindigkeiten eher scharf ist, sich aber durch eine raue Oberfläche auf der Längenskala einiger hundert Meter auszeichnen kann, was die Streuung seismischer Wellen begünstigte. Das verwendete Abbildungsverfahren (Migrationsverfahren) für seismische Streukörper basiert auf Array Beamforming und der Kohärenzanalyse P-zu-P gestreuter seismischer Phasen. Eine sorgfältige Bestimmung der Auflösung sichert zuverlässige Abbildungsergebnisse.<br /> <br /> Die niedrigen Geschwindigkeiten im Westen entsprechen der jungen sedimentären Füllung im Arava Tal, und die hohen Geschwindigkeiten stehen mit den dortigen präkambrischen Magmatiten in Verbindung. Eine 7 km lange Zone seismischer Streuung (Reflektor) ist gegenüber der an der Oberfläche sichtbaren AF um 1 km nach Osten verschoben und lässt sich im Tiefenbereich von 1 km bis 4 km abbilden. Dieser Reflektor markiert die Grenze zwischen zwei lithologischen Blöcken, die vermutlich wegen des horizontalen Versatzes entlang der DST nebeneinander zu liegen kamen. Diese Interpretation als lithologische Grenze wird durch die gemeinsame Auswertung der seismischen und magnetotellurischen Modelle gestützt. Die Grenze ist möglicherweise ein Ast der AF, der versetzt gegenüber des heutigen, aktiven Asts verläuft. Der Gesamtversatz der DST könnte räumlich und zeitlich auf diese beiden Äste und möglicherweise auch auf andere Störungen in dem Gebiet verteilt sein. / The Dead Sea Transform (DST) is a prominent shear zone in the Middle East. It separates the Arabian plate from the Sinai microplate and stretches from the Red Sea rift in the south via the Dead Sea to the Taurus-Zagros collision zone in the north. Formed in the Miocene about 17 Ma ago and related to the breakup of the Afro-Arabian continent, the DST accommodates the left-lateral movement between the two plates. The study area is located in the Arava Valley between the Dead Sea and the Red Sea, centered across the Arava Fault (AF), which constitutes the major branch of the transform in this region.<br /> <br /> A set of seismic experiments comprising controlled sources, linear profiles across the fault, and specifically designed receiver arrays reveals the subsurface structure in the vicinity of the AF and of the fault zone itself down to about 3-4 km depth. A tomographically determined seismic P velocity model shows a pronounced velocity contrast near the fault with lower velocities on the western side than east of it. Additionally, S waves from local earthquakes provide an average P-to-S velocity ratio in the study area, and there are indications for a variations across the fault. High-resolution tomographic velocity sections and seismic reflection profiles confirm the surface trace of the AF, and observed features correlate well with fault-related geological observations.<br /> <br /> Coincident electrical resistivity sections from magnetotelluric measurements across the AF show a conductive layer west of the fault, resistive regions east of it, and a marked contrast near the trace of the AF, which seems to act as an impermeable barrier for fluid flow. The correlation of seismic velocities and electrical resistivities lead to a characterisation of subsurface lithologies from their physical properties. Whereas the western side of the fault is characterised by a layered structure, the eastern side is rather uniform. The vertical boundary between the western and the eastern units seems to be offset to the east of the AF surface trace.<br /> <br /> A modelling of fault-zone reflected waves indicates that the boundary between low and high velocities is possibly rather sharp but exhibits a rough surface on the length scale a few hundreds of metres. This gives rise to scattering of seismic waves at this boundary. The imaging (migration) method used is based on array beamforming and coherency analysis of P-to-P scattered seismic phases. Careful assessment of the resolution ensures reliable imaging results.<br /> <br /> The western low velocities correspond to the young sedimentary fill in the Arava Valley, and the high velocities in the east reflect mainly Precambrian igneous rocks. A 7 km long subvertical scattering zone reflector is offset about 1 km east of the AF surface trace and can be imaged from 1 km to about 4 km depth. The reflector marks the boundary between two lithological blocks juxtaposed most probably by displacement along the DST. This interpretation as a lithological boundary is supported by the combined seismic and magnetotelluric analysis. The boundary may be a strand of the AF, which is offset from the current, recently active surface trace. The total slip of the DST may be distributed spatially and in time over these two strands and possibly other faults in the area.

In einem Verbundprojekt im Rahmen des Programms „Energie 2020+“ gefördert durch das BMBF koordiniert durch das HZDR arbeiteten 4 Universitäten, 2 Forschungszentren und ANSYS zusammen. Der vorliegende Bericht beschreibt die Arbeiten des HZDR, die im Zeitraum September 2009 bis Januar 2013 durchgeführt wurden. Das Vorhaben war auf die Entwicklung und Validierung von CFD-Modellen von unterkühltem Sieden bis zu Filmsieden gerichtet. Im Bericht werden die entwickelten und verwendeten Modelle dargestellt. Anhand der Nachanalyse von Experimenten wird auf die vorgeschlagene Kalibrierung der Modelle eingegangen. Wichtig ist hierbei eine genauere Beschreibung der Zwischenphasengrenzfläche, die durch Kopplung des Wandsiedemodells mit einem Populationsmodell erreicht werden kann. Anhand der Analyse von Bündelexperimenten konnte gezeigt werden, dass die gemessenen querschnittsgemittelten Messwerte mit einem Satz im Rahmen der Modellunsicherheiten kalibrierter Modellparameter reproduziert werden kann. Für die Berechnung der Verteilungsmuster des Dampfgehaltes im Kanalquerschnitt muss die Modellierung der Turbulenz beachtet werden. Die experimentellen Arbeiten waren auf die Untersuchung eines Brennelementbündels gerichtet. An einer Versuchsanordnung zu einem Brennelementbündel werden die turbulente einphasige Geschwindigkeit (PIV), der mittlere Gasgehalt (Gamma-Densitometrie) sowie der zeitlich und räumlich aufgelöste Gasgehalt (Hochgeschwindigkeits-Röntgentomographie) gemessen. Letztere Methode wurde in Rossendorf entwickelt.

In einem Verbundprojekt im Rahmen des Programms „Energie 2020+“ gefördert durch das BMBF koordiniert durch das HZDR arbeiteten 4 Universitäten, 2 Forschungszentren und ANSYS zusammen. Der vorliegende Bericht beschreibt die Arbeiten des HZDR, die im Zeitraum September 2009 bis Januar 2013 durchgeführt wurden. Das Vorhaben war auf die Entwicklung und Validierung von CFD-Modellen von unterkühltem Sieden bis zu Filmsieden gerichtet. Im Bericht werden die entwickelten und verwendeten Modelle dargestellt. Anhand der Nachanalyse von Experimenten wird auf die vorgeschlagene Kalibrierung der Modelle eingegangen. Wichtig ist hierbei eine genauere Beschreibung der Zwischenphasengrenzfläche, die durch Kopplung des Wandsiedemodells mit einem Populationsmodell erreicht werden kann. Anhand der Analyse von Bündelexperimenten konnte gezeigt werden, dass die gemessenen querschnittsgemittelten Messwerte mit einem Satz im Rahmen der Modellunsicherheiten kalibrierter Modellparameter reproduziert werden kann. Für die Berechnung der Verteilungsmuster des Dampfgehaltes im Kanalquerschnitt muss die Modellierung der Turbulenz beachtet werden. Die experimentellen Arbeiten waren auf die Untersuchung eines Brennelementbündels gerichtet. An einer Versuchsanordnung zu einem Brennelementbündel werden die turbulente einphasige Geschwindigkeit (PIV), der mittlere Gasgehalt (Gamma-Densitometrie) sowie der zeitlich und räumlich aufgelöste Gasgehalt (Hochgeschwindigkeits-Röntgentomographie) gemessen. Letztere Methode wurde in Rossendorf entwickelt.

Das Bewegungsdesign stellt einen wichtigen Aspekt beim Betrieb von ungleichmäßig übersetzenden Mechanismen dar. Durch Minimierung von Bewegungsparametern wie der Geschwindigkeit und Beschleunigung ist die Verringerung von Schwingungsamplituden sowie Bauteildeformationen infolge kinetostatischer Kräfte erzielbar. Weiterhin kann hierdurch der Verlauf des Antriebsmoments des Motors beeinflusst werden. Das reduzierte Massenträgheitsmoment J(φ) eines nichtlinear übersetzenden Mechanismus ist stellungsabhängig definiert durch die generalisierte Koordinate φ. Daher stellt die Minimierung von Beschleunigung und Geschwindigkeit mittels konstanter Grenzen über den gesamten Antriebsbereich eine Vereinfachung dar, welche die stellungsabhängige Trägheit außer Acht lässt. Der Beitrag stellt eine Möglichkeit zur Generierung der Grenzwerte für die Beschleunigung und Geschwindigkeit aus den Verläufen des reduzierten Massenträgheitsmoments J(φ) sowie dessen Ableitung nach der generalisierten Koordinate J‘(φ) vor. Die ermittelten Ober- und Untergrenzen dienen als Parameter für einen Optimierungsalgorithmus. Dieser nutzt den Ansatz der harmonischen Synthese um mit Hilfe der linearen Programmierung die Bewegungsfunktion zu generieren. Für einen Mechanismus mit einem Freiheitsgrad wird mittels eines herkömmlichen Ansatzes und mit dem neu vorgestellten Verfahren das optimale Bewegungsgesetz ermittelt. Mittels einer Mehrkörpersimulation werden neben Geschwindigkeit und Beschleunigung auch das resultierende Antriebsmoment und der Energiebedarf bilanziert.

Über 90% der Informationsaufnahme beim Fahren erfolgt über den visuellen Sinneskanal. Das Auge ist das einzige fernorientierte Sinnesorgan, das über die Blickbewegungen gezielt ausrichtbar ist und die Erfassung räumlich voraus liegender Objekte ermöglicht. Somit spielt das Blickverhalten der Kraftfahrer eine zentrale Rolle beim Steuern eines Fahrzeugs. Da die Informationsaufnahme und -verarbeitung die Grundlage für Handlungsentscheidungen, ihre Realisierung und Kontrolle im Straßenverkehr bilden, bestimmt das Blickverhalten des Kraftfahrers weitestgehend sein Fahrverhalten und ist dadurch auch für die Verkehrssicherheit von zentraler Bedeutung. Mit Hilfe moderner Messtechnik lassen sich die Blickbewegungen genau registrieren und das Blickverhalten kann beim Autofahren exakt erfasst werden. Dadurch stellt die Analyse des Blickverhaltens ein neues Verfahren dar, mit dem der wahrnehmungspsychologische Faktor in der Wechselwirkung zwischen Fahrer, Fahrzeug und Straße berücksichtigt werden kann. Das Blickverhalten der Fahrer ist ein hochselektiver dynamischer Vorgang, durch den eine präzise Wahrnehmung von beweglichen bzw. unbeweglichen Objekten, Geschwindigkeiten und räumlichen Ausdehnungen gewährleistet ist. Die Analyse des Blickverhaltens ermöglicht sowohl den zeitlichen als auch den räumlichen Verlauf des detaillierten Informationszuflusses zusammen mit den Aufmerksamkeitsverlagerungen zu erforschen. Wo und in welchem Zeitpunkt der Fahrer detailliert hinblickt, kann mithilfe der Blickverhaltensanalyse ermittelt werden. In der Literatur sind verschiedene Blickverhaltensmaße vorhanden, mit denen das zeitliche Verhalten der visuellen Aufmerksamkeitsverteilung, die räumliche Konzentration des Blickes und die Intensität der Informationsaufnahme untersucht und interpretiert werden können. In der vorliegenden Arbeit werden aus dem breiten Spektrum dieser Maße diejenigen ausgewählt, die bezüglich der gesuchten Abhängigkeiten am aussagekräftigsten sind. Das Blickverhalten der Kraftfahrer wird in erheblichem Maße von der Streckenge-ometrie bestimmt. Aus der Forschung ist bekannt, dass die Verhältnisse beim Lenken eines Fahrzeugs entlang geraden Strecken und innerhalb von Kurven bezüglich der Beanspruchung des Fahrers und der Blickkonzentration nicht gleich sind. In Kurven ist die Belastung höher im Vergleich zu den Geraden und das führt zu einer gesteigerten Aufmerksamkeit. Das Blickverhalten in Links- und Rechtskurven charakterisiert sich mit bestimmten Blickmustern, die sich voneinander deutlich unterscheiden. Diesbezüglich werden entsprechende Untersuchungen und Analysen auch unter Einbeziehung der vorhandenen Sichtweite durchgeführt. Der Einfluss der streckencharakteristischen Parameter auf das Fahrverhalten und das Unfallgeschehen ist auf dem Gebiet des Straßenentwurfs seit langer Zeit Untersuchungsgegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten. Auf Autobahnen sind jedoch nur wenige solche Untersuchungen vorhanden und ein Forschungsbedarf liegt auch diesbezüglich vor. In der Dissertation wurde die BAB A72 zwischen Hof und Chemnitz untersucht, die eine der ältesten Autobahnen Deutschlands ist und für die bekannt ist, dass sie Sicherheitsprobleme hat. Diese Bundesautobahn, die ursprünglich als Regionalautobahn sehr geländeangepasst trassiert worden ist, wurde im Zeitraum von 1990 bis 1995 grundhaft ausgebaut. Die Trasse ist unverändert geblieben und die Gradiente und der Querschnitt sind verbessert worden. Dadurch sind die Geschwindigkeiten deutlich gestiegen. So ein Ausbau kann zu Disproportionen in der räumlichen Linienführung führen. Auf der Autobahn A72 sind in einigen Abschnitten solche Disproportionen vorhanden. Ausdruck dafür ist das überdurchschnittlich hohe Unfallgeschehen. Die Verkehrssicherheit hat eine vorrangige Bedeutung für den Bau und den Betrieb jeder Straße. In der Arbeit wird durch das Blickverhalten von Fahrern mit einer neu entwickelten Methodik versucht, die Gründe für unsichere Abschnitte anders als mit den klassischen Methoden zu erforschen. Im Ergebnis werden Empfehlungen für einen Kurvenmindestradius und eine psychologische Mindestsichtweite untermauert.

Die vorliegende Arbeit schafft einen wichtigen Beitrag zum allgemeinen von fettgeschmierter Radialwellendichtungen. Es erfolgte eine breitangelegte experimentelle Einflussuntersuchung am Tribosystem Dichtung. Dies geschah sowohl durch Variation der Systemkenngrößen, wie z.B. Geschwindigkeit und Schmierstoff, als auch der tribologische Kenngrößen, wie z.B. Kontaktfläche oder -pressung durch die Wahl verschiedener Dichtungsbauarten- und Baugrößen. Durch Scherratenversuche wurde ein Viskositätsmodell für die Berechnung von strukturviskosen Fluiden und die Ableitung eines Temperaturberechnungsmodells für beliebige Wellendurchmesser realisiert. Anhand bestehender Ansätze wurden beide Modelle kombiniert genutzt zur Berechnung der Schmierfilmhöhe im Dichtspalt für die untersuchten Dichtungen. Hierbei wird der Unterschied zwischen Fett- und Ölcharakteristik herausgestellt. Durch eine erweiterte Geschwindigkeitsuntersuchung wird der Einfluss auf den Verlauf des GÜMBEL-Diagramms und seiner Funktion aufgezeigt.

In der numerischen Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, CFD) stellt die Berechnungsgeschwindigkeit einen kritischen Faktor dar. Insbesondere bei transienten Berechnungen oder bei der Simulation von umfangreichen Modellen können Berechnungen auf Hochleistungsrechnern mit mehreren hundert Kernen schnell zu einer zeitintensiven Aufgabe werden, die Tage oder sogar Wochen in Anspruch nimmt. Der Vortrag bietet einen detaillierten Einblick in die Möglichkeiten der GPU-Beschleunigung in Ansys Fluent und beleuchtet das Potenzial dieser innovativen Technologie. Zu Beginn wird der neue GPU-Solver in Ansys Fluent vorgestellt. Dieser Gleichungslöser nutzt die Rechenkapazität von Grafikprozessoren (GPUs), um CFD-Berechnungen durch extreme Parallelisierung effizienter durchzuführen als herkömmliche CPU-basierte Solver. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Methode ist die signifikante Reduzierung des Energieverbrauchs und der Hardware-Investitionskosten. Im Anschluss werden Benchmarks von CPU- gegenüber GPU-basierten Lösungen anhand verschiedener Anwendungsfälle präsentiert. Diese Benchmarks verdeutlichen die Leistungsfähigkeit und Effizienz von GPU-Solvern im Vergleich zu CPU-Solvern. So kann beispielsweise die Außenumströmung eines Fahrzeugs mit dem Coupled GPU Solver zehnmal schneller auf einer Nvidia A100 GPU berechnet werden als auf herkömmlicher HPC-Hardware mit 48 Kernen. Der Vortrag bietet auch einen Überblick über den aktuellen Funktionsumfang und die zukünftige Entwicklungsroadmap von Ansys Fluent. Dies gibt einen Einblick in die aktuellen Funktionen des Tools und die geplanten Entwicklungen für die Zukunft. Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die Lizenz- und Hardwareanforderungen. Dies hilft, die notwendigen Ressourcen für die Implementierung dieser Technologie in eigenen Projekten zu verstehen. Abschließend bietet der Vortrag einen Ausblick auf die Anwendung von Künstlicher Intelligenz (KI) für CFD. Mit der fortschreitenden Entwicklung der KI-Technologie eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Verbesserung und Beschleunigung von CFD-Berechnungen. Insgesamt bietet der Vortrag einen umfassenden Überblick über die Anwendung von GPU-Beschleunigung in moderner CFD-Software und die zukünftigen Entwicklungen in diesem Bereich. / Calculation speed is a critical factor in computational fluid dynamics (CFD). Especially for transient calculations or the simulation of extensive models, calculations on high-performance computers with several hundred cores can quickly become a time-consuming task that takes days or even weeks. The presentation offers a detailed insight into the possibilities of GPU acceleration in Ansys Fluent and highlights the potential of this innovative technology. At the beginning, the new GPU solver in Ansys Fluent will be introduced. This solver uses the computing power of graphics processing units (GPUs) to perform CFD calculations more efficiently than conventional CPU-based solvers through extreme parallelization. An additional advantage of this method is the significant reduction in energy consumption and hardware investment costs. Subsequently, benchmarks of CPU- versus GPU-based solutions will be presented based on different use cases. These benchmarks illustrate the performance and efficiency of GPU solvers compared to CPU solvers. For example, the external airflow of a vehicle can be calculated ten times faster with the Coupled GPU Solver on an Nvidia A100 GPU than on conventional HPC hardware with 48 cores. The presentation will also provide an overview of the current range of functions and the future development roadmap.