Les réservoirs dits « tight gas » sont constitués de grès de faible perméabilité ayant des propriétés petro-physiques susceptibles de nuire à la productivité du gisement. Une importante zone de transition est observée in situ dans laquelle ni l’eau ni le gaz ne sont suffisamment mobiles pour permettre une extraction industrielle : c’est ce que l’on appellera le « permeability jail ». Cette étude vise principalement à caractériser l’influence du chargement mécanique (via l’utilisation de différentes pressions de confinement) et de la nature des roches (roches provenant de différents puits et prélevées à différentes profondeurs) sur les courbes de perméabilité relative au gaz et les caractéristiques poro-mécaniques de ces roches. La porosité accessible à l’eau mesurée est de 2 à 12%. La perméabilité intrinsèque au gaz a mis en évidence de fortes disparités sans lien avec la porosité des échantillons. Une grande sensibilité de la perméabilité relative au confinement a été observée dès l’application de pressions de confinement de 15 à 30 MPa. Deux familles d’échantillons ont ainsi été identifiées. Les échantillons les plus perméables (perméabilité compris entre 100 – 1000 μD), sont peu sensibles au confinement et leur perméabilité relative ne chute qu’à partir de saturations de l’ordre de 50%. Les échantillons les moins perméables apparaissent beaucoup plus sensibles à la fois au confinement et à la saturation.Des méthodes classiquement utilisées dans le domaine pétrolier reposant sur l’interprétation d’essais de porosimétrie par intrusion mercure, ont également été mise en œuvre pour évaluer les perméabilités relatives et les comparer aux mesures expérimentales / So-called tight gas reservoirs are constituted of low permeability sandstones, which petro-physical properties may interfere with proper gas recovery. They have a low absolute permeability (below 0.1 mD under ambient conditions), a porosity lower than 10%, and a strong sensitivity to in situ stresses as compared to conventional reservoirs. Moreover, an important transition zone is observed in situ, where partial water saturation is present, and which may extend over several hundred meters over the free water table. In such zone, where water saturation is on the order of 40-50%, neither gas nor water seems sufficiently mobile for industrial extraction: this is the permeability jail. Our aim is to assess their actual petro-physical properties, namely porosity, gas permeability under varying hydrostatic stress and water saturation level, in relation with sandstone microstructure. Accessible water porosity measured is between 2 to 12%. The intrinsic permeability to gas did not appeared related to the porosity of samples. A high sensitivity of gas permeability to confinement was observed. Two families of samples were identified. The more permeable samples (permeability between 100-1000 μD), are relatively insensitive to confinement and their relative permeability decrease for water saturation higher than 50%. Less permeable samples appear much more sensitive to mechanical loading and saturation.Methods classically used in oil and gas industry based on the interpretation of mercury intrusion porosimetry tests have also been used to evaluate relative permeability and compared with experimental measurements

Ce travail a pour objectif principal l'étude des interactions entre les compartiments procaryotiques des zones méso- et bathypélagique avec les différentes fractions du carbone organique dissout (DOC) océanique. Des mesures d'assimilation de monomères (3H-Glucose), de dégradation de molécules complexes (3H-EPS et HMW-DOC), et de production hétérotrophe procaryotique (PHP/3H-Leucine) ont été réalisées le long de la colonne d'eau en Mer Méditerranée Nord Occidentale (Golfe du Lion, sites DYFAMED, ANTARES) et en Océan Atlantique Nord-Est (site PAP). Au cours des ces études, toutes les mesures réalisées au-delà de 1000 m de profondeur ont été effectuées dans des conditions in situ de haute pression hydrostatique (> à 10 MPa, HP) et comparées à des mesures réalisées sous pression atmosphérique (0,1 MPa, ATM). Cette double mesure détermine le rôle de la pression hydrostatique sur les activités microbiennes profondes via un rapport Pe pour pressure effect (= mesure HP / mesure ATM). Les résultats démontrent que les activités microbiennes mesurées en conditions HP sont plus importantes qu'en conditions ATM en période de stratification des eaux, (Pe moyen de 4,01, n=120), et confirment la capacité des procaryotes du domaine océanique profond à dégrader des molécules organiques complexes. Par ailleurs et à une échelle cellulaire, les populations métaboliquement actives du milieu profond dégradent les 3H-EPS à une vitesse 6 fois plus rapide que leur homologue de surface, indiquant la capacité des procaryotes autochtones profonds à dégrader des molécules plus complexes en conditions de haute pression. / This main objective of this work is the study of interactions between prokaryotic compartments of meso-and bathypelagic zones with different size classes of dissolved organic carbon (DOC). Several measurements of monomers assimilation (3H-Glucose), of complex molecules degradation (3H-EPS and HMW-DOC) and prokaryotic heterotrophic production were realized through the water column of NW Mediterranean Sea (Gulf of Lion, DYFAMED and ANTARES station) and NE Atlantic Ocean (PAP site). During these studies, all measurements realized below 1000 m depth, were carry out under in situ condition of hydrostatic pressure (> 10 MPa, HP) and compared to their decompressed counterpart measurements, realized at atmospheric pressure (0.1 MPa, ATM). These coupled measurements determine the role of hydrostatic pressure on deep sea microbial activity following the Pressure effect (Re) ration (=HP measurement / ATM measurement). The results show that microbial activities measured under HP condition during stratified water period, were more important than those measured under ATM condition (mean Pe = 4.01, n=120), and confirm the abilities of deep sea prokaryotes to degrade complex organic molecules. Moreover, the cell-specific activity of deep sea prokaryotes in 3H-EPS degradation are 6 time more active than the surface, indicating the ability of autochthonous deep sea prokaryotes to degrade complex molecules under high conditions of pressure.

Hydrostatische Zylinderantriebe mit drehzahlvariablem Pumpenantrieb stellen modulare translatorische Antriebssysteme dar, die die Vorteile der elektrome-chanischen und hydraulischen Domänen verbinden. Zusätzlich bieten diese sog. elektrohydrostatischen Kompaktantriebe den Vorteil einer einfach umsetzbaren, diskret variablen Übersetzung. Diese erlaubt es, bei Arbeitsspielen mit dedizierten Eil- und Kraftphasen den elektrischen Antriebsmotor kleiner auszulegen als bei einer Referenz mit fester Übersetzung. Dadurch kann Downsizing-Potential in Bezug auf Größe und Masse des elektrischen Antriebsmotors und der Leistungselektronik erschlossen werden. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst die möglichen Ersparnisse durch diese Technologie beleuchtet und die prinzipiellen Möglichkeiten einer schaltbaren Übersetzung dargestellt. Es wird eine Methodik erarbeitet, die es erlaubt, den gesamten Lösungsraum diskret umschaltbarer elektrohydrostatischer Kompaktantriebe systematisch zu erfassen und zu bewerten. Schließlich werden anhand von zwei Demonstratoren die Grenzen und Potentiale der Technologie experimentell untersucht und unterschiedliche, im Rahmen der Arbeit erarbeitete Strategien für den Umschaltvorgang zwischen zwei Übersetzungsstufen validiert. / Hydrostatic cylinder drives with variable speed pumps pose a modern form of modular translational drive systems, which merge the benefits of both electro-mechanic and hydraulic domains. Beyond that, these so called electrohydrostatic compact drives feature a possibility of implementing a discrete variable trans-ission ratio in a cost-effective manner. In the case of work cycles with dedicated rapid and force strokes, this allows the electric drive motor to be designed smaller than in the case of a reference with a fixed transmission ratio. In this way, downsizing potential can be exploited in terms of the size and mass of the electric drive motor and power electronics. In this thesis, the possible gains through this technology are first examined and the fundamental possibilities of a variable transmission are presented. A methodology is developed that allows the entire solution space of discretely switchable electrohydrostatic compact drives to be systematically mapped and evaluated. Finally, the limits and potentials of the technology are investigated experimentally by means of two demonstrators, and different strategies for the switching process between two transmission stages developed in the course of the thesis are validated.

This diploma thesis “Analysis of powertrain impact on pull power capacity of a tractor” is focused on evaluation of measured data gained from performance testing of tractors Claas Arion 640 for two different types of transmission. There are also discussed the measuring methods and there is detailed described the function of measured transmissions.

Der regionalen Schwerefeldmodellierung in polaren Gebieten kommt in vielerlei Hinsicht eine besondere und wachsende Bedeutung zu. Einerseits sind hochauflösende und präzise Geoidmodelle eine wichtige Eingangsgröße bei der Untersuchung und Quantifizierung geophysikalischer, ozeanographischer bzw. glaziologischer Phänomene, z. B. bei der Bestimmung der mittleren dynamischen Ozeantopographie oder der Anwendung des Schwimmgleichgewichts im Bereich von Schelfeisen, Meereis oder subglazialen Seen. Zudem werden sie allgemein zur Referenzierung von Höhenmodellen benötigt. Andererseits sind, aufgrund der unvermeidbaren polaren Datenlücken von Satellitenbeobachtungen jenseits der Grenzbreite (sog. „Polloch“), terrestrische Schweredaten auch für die globale Schwerefeldmodellierung unerlässlich. Jedoch sind die verfügbaren terrestrischen (bodennahen) Schwerebeobachtungen insbesondere im Gebiet der Antarktis äußerst lückenhaft und heterogen. So entspricht das tatsächliche Auflösungsvermögen selbst aktueller kombinierter Schwerefeldmodelle wie EGM2008 oder EIGEN-6C über dem antarktischen Kontinent lediglich dem der reinen Satellitenmodelle aus GRACE bzw. GOCE. Des Weiteren sind Standardverfahren der regionalen Geoidmodellierung hier nicht ohne Weiteres anwendbar. Neben der Heterogenität der Daten als praktischer Herausforderung muss aus theoretischer Sicht dem zusätzlichen Dichtekontrast durch das Eis Rechnung getragen werden. Die vorliegende kumulative Dissertation greift diese Problematik auf. Während die einzelnen Publikationen die Ergebnisse ausgewählter regionaler Fallstudien präsentieren, soll die folgende zusammenfassende Abhandlung einen doppelten Bogen spannen, indem die geophysikalischen Phänomene gleichzeitig als zu untersuchende Anwendungsgebiete und als Einflussfaktoren im Kontext der regionalen Geoidmodellierung beschrieben werden. So wird am Beispiel der Weddellsee gezeigt, wie die Meereisbedeckung die Qualität und Zuverlässigkeit der mithilfe der Satellitenaltimetrie abgeleiteten Schwerefeldmodelle beeinträchtigt. Diese Modelle bilden derzeit die alleinige Datengrundlage für die hochauflösenden globalen Modelle im Gebiet des Antarktischen Ozeans. Zugleich wird anhand des verfeinerten regionalen Modells und daraus abgeleiteter geostrophischer Geschwindigkeiten demonstriert, dass selbst lückenhafte und heterogene terrestrische Daten hier einen wesentlichen Beitrag zur simultanen Kalibrierung und Vereinheitlichung des Datenbestandes leisten können. Im Ergebnis konnten in den küstennahen Gewässern Differenzen von mehreren Dezimetern gegenüber Geoidhöhen aus EGM2008 festgestellt werden, welche teils auf systematische Abweichungen und teils auf Rauschen im globalen Modell zurückzuführen sind. Über dem Festland erreicht dessen Vernachlässigungsfehler im quadratischen Mittel sogar 0,75 m und Maxima von über 3 m. Ein weiteres verfeinertes und, dank geeigneter Eingangsdaten, sehr genaues und hochauflösendes Geoidmodell wird für die Region um den Vostoksee in der Ostantarktis abgeleitet. In Kombination mit Eisoberflächenhöhen und Eisdicken gelingt es, das Schwimmgleichgewicht des subglazialen Sees nachzuweisen. Das gegenüber GOCE zusätzlich gewonnene Geoidsignal ist hier mit 0,56 m Standardabweichung zwar etwas kleiner, jedoch wird im Vergleich mit der residualen Auslenkung des Seespiegels (0,26 m Standardabweichung) auch für diese Anwendung der signifikante und gegenüber dem Auflösungsvermögen von GOCE auch notwendige Beitrag eines regionalen Geoidmodells deutlich. Für das hydrostatische Gleichgewicht eines subglazialen Sees ist streng genommen das tatsächliche Schwerepotential in Höhe des Seespiegels maßgeblich. Dessen Berechnung erfordert eine Fortsetzung des Störpotentials nach unten innerhalb der Topographie, welche konzeptionell in engem Zusammenhang mit dem bekannten Geoid-Quasigeoid-Separationsterm steht. Dessen oft angenommene Approximation mithilfe der Bougueranomalie kann, angesichts der heutigen Anforderungen an ein modernes zentimetergenaues Geoid, gerade in rauem Gelände zu ungenau sein. In Anlehnung an aktuelle Arbeiten auf diesem Gebiet wird ein verallgemeinerter und zugleich verfeinerter Ansatz zur praktischen Berechnung des Terms erarbeitet. Am Beispiel des Himalaya werden die einzelnen Anteile im Rahmen einer Simulationsstudie quantifiziert und insbesondere ihre Sensitivität gegenüber dem Integrationsradius der Topographie untersucht. Besonderes Augenmerk liegt ebenso auf dem indirekten Effekt der Topographie in Bezug auf das Potential, welcher, im Gegensatz zur Anwendung eines planaren Modells, in sphärischer Betrachtungsweise nicht verschwindet. / In many respects, regional gravity field modeling in polar areas is of special, and growing, interest. On the one hand, high-resolution and precise geoid models are an important input parameter to investigate and quantify manifold geophysical, oceanographical and glaciological phenomena, e.g., the determination of the mean dynamic ocean topography, or the application of the hydrostatic equilibrium condition in the areas of ice shelves, sea ice, or subglacial lakes. Moreover, geoid models are in general needed as a reference for height models. On the other hand, because of the unavoidable polar data gaps in satellite measurements due to the inclination (the so-called “polar gap”), terrestrial gravity data are indispensable also for global gravity field modeling. However, the available terrestrial (ground-based) gravity datasets, in particular of Antarctica, are very sparse and heterogeneous. For example, over the Antarctic continent the true resolution of even the most recent combined global geopotential models such as EGM2008 or EIGEN-6C only corresponds to that of the satellite-only models derived from GRACE and GOCE, respectively. Furthermore, standard techniques of regional geoid modeling cannot be readily used in this area. Apart from the heterogeneity of the data as a practical challenge the additional density contrast implied by the covering sheet needs to be accounted for from the theoretical point of view. This complex situation is the starting point for the present cumulative dissertation. Whereas the individual publications present the results of selected regional case studies, the intention of the following summary is to draw an integrated picture aiming at explaining the geophysical phenomena as both applications and influencing factors in the context of regional geoid modeling. Using the example of the Weddell Sea it is shown how sea-ice coverage affects the quality and reliability of marine gravity field models derived from radar satellite altimetry. At present, these models are the only input data to the high-resolution global geopotential models. At the same time, the refined regional model and geostrophic velocities derived thereof are employed to demonstrate how even sparse and heterogeneous terrestrial gravity data may provide a contribution to simultaneously calibrate and unify the available datasets. As a result, near the coast differences at the order of some decimeters could be observed in comparison with EGM2008, originating partly from systematic effects and noise in the global model. In the continental areas, its omission error even yields a standard deviation of 0.75 m and attains a maximum of more than 3 m. Another refined and, owing to appropriate input data, very precise and highly resolving geoid model is derived for the region around subglacial Lake Vostok. In combination with ice-surface heights and ice thickness data it is used to provide observational evidence that the lake is in a state of hydrostatic equilibrium. There, the additional geoid signal w.r.t. GOCE is a bit smaller (0.56 m standard deviation). However, considering the residual deviations of the apparent lake level (0.26 m standard deviation) the significant and necessary, as compared to the resolution of GOCE, contribution of a regional geoid model to this application is shown. In a strict sense, the relevant quantity to evaluate the hydrostatic equilibrium condition of a subglacial lake is the actual geopotential at the anticipated lake level. Its computation requires a downward continuation of the disturbing potential inside the topography, which is closely related to the concept of the well-known geoid-quasigeoid separation term. In the past, this term was frequently described as an approximation by means of the Bouguer anomaly. However, considering the modern requirements of the “one-centimeter geoid” this approximation may be too coarse over rough terrain. Following recent works in this field, a generalized yet refined approach for practical implementation of the term is developed. The individual constituents of the term are quantified. In particular, their sensitivity against the radius up to which topography is taken into account is investigated. For this simulation study, the Himalaya mountain region served as test area. Furthermore, special focus is given to the indirect of topography on the potential which, contrary to applying a planar model, does not vanish in the spherical approach.

In der Arbeit wird das thermo-mechanische Verhalten eines in der optischen Industrie oft verwendeten Klebstoffs zur Klebung opto-mechanischer Bauteile experimentell untersucht und für numerische Anwendungen hinreichend genaue mathematisch und physikalisch geeignet modelliert (Linse, Spiegel, etc.). Durch die Tatsache das diese Klebstoffe bei Raumtemperatur ihre Glasübergangstemperatur besitzen zeigen die Untersuchungen eine äußerst starke Veränderung der Materialeigenschaften über der Temperatur. Hervorzuheben sind die Zug-/Druckasymmetrie des elastischen Modul und die hydrostatisch abhängige Plastizität. Abgerundet werden diese Untersuchungen mit der Ermittlung der temperaturabhängigen thermischen Ausdehnung und des rein mechanisch wirksamen chemischen Schrumpf beim Abbinde-Prozess. Zu Beachten ist dass diese Untersuchungen bei Dehnraten konstanten Experimenten erfolgten. Kriech- bzw. Relaxationseffekte wurde aus dem Umfang dieser Arbeit ausgeschlossen. In erster Linie ist es von Interesse die Basis zu schaffen quasistatische thermisch und mechanische beanspruchte Klebungen untersuchen zu können. Die angesprochenen vernachlässigten Effekte können auf dieser Basis zukünftig untersucht und damit in der Modellierung berücksichtigt werden. Durch die im Rahmen der Arbeit gewonnenen Erkenntnisse werden Empfehlungen zur Auslegung solcher geklebter opto-mechanischer Baugruppen mit Standardmaterialmodellen wie das VON-MISES Plastizitätsmodell gegeben. Zusätzlich wird die Entwicklung eines zukünftigen Materialmodells, dass die genauere Modellierung der zuvor genannten Effekte gestattet, skizziert.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis IV Mathematische Operatoren und Notationen V Symbolverzeichnis VI 1 Einleitung 1.1 Problemstellung und Motivation 1.2 Zielsetzung 1.3 Stand der Technik 1.4 Aufbau von Klebungen und Klebstoffen 1.5 Mechanisches Verhalten von Klebungen 2 Grundlagen der Kontinuumsmechanik 2.1 Deformation und Verzerrung 2.2 Bilanzgleichungen 2.3 Konstitutive Gleichungen 2.3.1 Elastisches Materialverhalten 2.3.2 Invarianten des Spannungstensors und -deviators 2.3.3 Plastizität mit isotroper Verfestigung 2.3.4 Plastizitätsmodell nach VON MISES 2.3.5 Lineares DRUCKER-PRAGER-Modell 2.3.6 Weiterentwickelte DRUCKER-PRAGER-Modelle 2.4 Randwertproblem 2.5 Schwache Form der lokalen Impulsbilanz 3 Experimente zur Materialcharakterisierung 3.1 Uniaxialer Zugversuch 3.1.1 Prüfmaschine und -aufbau 3.1.2 Festlegung der Prüfgeschwindigkeit 3.1.3 Auswertung des Zugversuchs 3.1.4 Temperaturabhängige Zugversuche 3.2 Uniaxialer Druckversuch 3.2.1 Prüfmaschine und Auswertung Inhaltsverzeichnis II 3.2.2 Ergebnisse aus dem Druckversuch 3.3 Dreipunktbiegeversuch 3.3.1 Probenform und Prüfaufbau 3.3.2 Auswertungen beim Dreipunktbiegeversuch 3.3.3 Dehnratenkonstanten Prügeschwindigkeit 3.3.4 Temperaturabhängige Dreipunktbiegeexperimente 3.4 Zugscherversuch für dicke Fügeteile 3.4.1 Prüfmaschine und -aufbau 3.4.2 Probenform und Herstellung 3.4.3 Prüfgeschwindigkeit 3.4.4 Verschiebungsmessung 3.4.5 Auswertungen beim Zugscherversuch 3.4.6 Ergebnisse der Zugscherversuche 3.5 Temperaturabhängiger Ausdehnungskoeffizient 3.6 Messung des chemischen Schrumpfs 3.7 Invariantendarstellung bei Raumtemperatur 3.8 Zusammenfassung der Versuchsergebnisse 4 Simulationen 4.1 Finite-Elemente-Methode 4.1.1 LS-DYNA und MSC.Marc 4.1.2 Nichtlineare Optimierung 4.2 Parameteridentifikation aus den Experimenten 4.2.1 Einachsiger Zugversuch 4.2.2 Einachsiger Druckversuch 4.2.3 Dreipunktbiegeversuch 4.2.4 Zugscherversuch für dicke Fügeteile 5 Demonstratorexperimente und -simulationen 5.1 Zugscherverbund von Überlappungsklebungen 5.2 Demonstrator für chemischen Schrumpf 5.2.1 Einfluss einer reduzierten Klebelänge 5.3 Demonstrator für thermische Ausdehnung 6 Zusammenfassung und Ausblick

A novel Electro-Hydrostatic Actuator (EHA) prototype – designed to operate on subsea gate valves in deep and ultra-deep water – is analysed and qualified in terms of functionality under design and normative constraints. The prototype is assembled in a test bench for load control in a hyperbaric chamber where the high subsea environmental pressure can be emulated. The process variables under evaluation are monitored through a set of pressure and position sensors, which are part of the prototype design. The experimental results demonstrate a robust behaviour of the actuator concerning the imposed external pressure and load forces even with a forced limitation in its power input. Moreover, the prototype performs consistently throughout the entire endurance trial, asserting high reliability. With the results obtained, the subsea EHA concept is effectually eligible to a technology readiness level 4, according to the API 17N.

The combination of hydrostatics and mechanical gearboxes cannot only improve system efficiency but also the usability of mobile machines. A possible solution could be a synchronized gearbox with two gears. Compared to the pure hydrostatic drivetrain, mobile machines with such a combination can have a larger drive torque with the first gear and higher efficiency at high speed. However, the calibration effort of this traditional drivetrain system is enormous; moreover, with a flow-based control, the degrees of freedom to achieve optimum shift performance in all conditions are limited. By adopting the primary torque control concept, we propose a novel hydrostatic-mechanical drivetrain control algorithm so that the holistic shift performance is better whilst the calibration effort is dramatically reduced by systematically adjusting only one hyper-parameter. Experienced engineers and machine operators validated the advantages mentioned here by a series of field experiments. Besides synchronized gearboxes, the controller proposed in this paper is also generalized to other kinds of mechanical transmissions.

Pressure oscillation in hydrostatic drive trains can cause noise and damage to components. They impair function and reliability. The visualization of the oscillation mode helps to clarify the causal relationships in the hydrostatic drive train and is a basis for the development of remedial measures. Analysis of the pressure oscillation situation, however, can only be carried out in the complete system, since line branching and the impedance of the hydrostats have an influence on the resonance frequencies and the oscillation modes. If only the line length between the components is considered in the pressure oscillation analysis, neither the calculated frequencies nor the position of the pressure antinodes where possible remedial measures are to be placed are correct. This paper presents the metrological determination of the impedance of a hydrostat on a functional test bench (“mobile impedance measurement”) and the preparation of the measurement data for the subsequent simulative pressure oscillation analysis of a hydraulic drive train.

Recent Power On Demand approaches, realized by using speed and/or displacement variable pump units, led to a significant increase of energy efficiency on hydraulic forming presses. In this paper we follow up on this development by laying the focus on the energy management and storage design of such machinery. With a derived fluidtronical model, we compare five different topologies that supply and manage the power flow for a forming press with die cushion. Our evaluation criteria are: energy consumption, minimization of the infeed power, and qualitative costs. For a representative forming cycle, the losses occurring on each of the drivetrain components and the power electronics accessory are derived in detail. We expect that this research will lead to deeper investigation of more intelligent energy management systems that use multiple storages in an optimal way and further learn and adapt during operation.