Die Bauteileigenschaften von Bauteilen und Baugruppen im Karosseriebau werden maßgeblich durch die während des Tiefziehprozesses auftretenden Formänderungen und Verfestigungen beeinflusst. In der vorliegenden Arbeit wird daher die Umformsimulation in eine repräsentative virtuelle Prozesskette des Karosseriebaus integriert. Dazu wird zunächst die Datenübertragung zwischen den einzelnen Simulationsprogrammen in der Prozesskette Umformen - Fügen - Crash realisiert. Mit der anschließend durchgeführten Sensitivitätsanalyse wird festgestellt, welche Größen einen signifikanten Einfluss auf die Folgesimulationen haben. Aufbauend auf den Ergebnissen der Sensitivitätsanalyse wird eine Methode zur Gestaltung von einfachen Ankonstruktionen zur Verbesserung der Qualität der Ergebnisse der inversen Umformsimulation entwickelt und an einem Bauteil aus dem Karosseriebau validiert. Mit den durch die einfache Ankonstruktion erzielten Verbesserungen in den Ergebnissen der inversen Umformsimulation kann die entwickelte Methode einen Beitrag zur Erhöhung der Qualität der nachfolgenden Prozesssimulationen in der Prozesskette leisten.

Der vorliegende Beitrag befasst sich mit dem Einsatz von Motion-Skeletten bei der kinematischen Analyse von zwei- und dreidimensionalen Getriebestrukturen. Im ersten Teil werden verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, welche Pro/ENGINEER für die Mechanismus-Analyse bietet und bezüglich ihrer Eignung für kinematische Strukturen verglichen. Am Beispiel einer exzentrischen Schubkurbel wird anschließend der Aufbau und die Funktionsweise eines Motion-Skelettes erklärt. Neben der reinen kinematischen Analyse einer solchen Struktur wird auch der Einsatz von BMX zur Optimierung von Koppelgetrieben gezeigt.

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.

Der Begriff ¨Parameteridentifikation¨ bedeutet die Berechnung von Parametern eines (i. a. nichtlinearen) Modells eines physikalischen Prozesses durch Minimierung eines Fehlerquadratfunktionals aus gemessenen und mit Hilfe des Modells berechneten Vergleichswerten. Unter einer ¨Parameterschätzung¨ wird zusätzlich die Bestimmung von Konfidenzintervallen der optimalen Parameter und von Korrelationskoeffizienten der Parameter untereinander verstanden. In der vorliegenden Untersuchung wurde eine Parameterschätzung am Beispiel elastisch-plastischer Deformationsgesetze für kleine Verzerrungen vorgenommen, wobei als experimentelle Vergleichswerte sowohl lokale Größen (Spannungen) als auch globale Größen (Biegemoment und Längskraft) zur Verfügung standen. Die Integration des nichtlinearen Deformationsgesetzes erfolgte mit Hilfe des impliziten Euler-Verfahrens. Die Sensitivitätsanalyse zur Bestimmung der für die anschließende Optimierung benötigten Ableitungen der Vergleichsgrößen nach den Parametern ist eingebettet in den Integrationsalgorithmus. Zur Optimierung der Zielfunktion wurde das Levenberg-Marquardt-Verfahren verwendet. Anhand von Berechnungsergebnissen für unterschiedliche Modellfunktionen bei Einbeziehung verschiedenartiger Versuche werden Beispiele für erfolgreiche Parameterschätzungen sowie für das Auftreten systematischer Fehler und überparametrisierter Modelle angegeben. / The aim of the ``parameter identification'' is the calculation of parameters of a (generally nonlinear) model of a physical process by minimization of a least squares functional containing differences between measured and numerical calculated comparative quantities. ``Parameter estimation'' includes additionally the determination of confidence intervals of the optimal parameters and the calculation of correlation coefficients of the parameters to each other. The present investigation deals with the parameter estimation in case of an elastic-plastic deformation law for small strains considering both local quantities (stresses) and global quantities (bending moment and longitudinal force) as experimental values. The integration of the nonlinear deformation law has been done by the implicit Euler method. The sensitivity analysis to determine the derivatives of the comparative quantities with respect to the parameters needed for the optimization process is embedded into the integration algorithm.The optimization of the objective function has been carried out using the Levenberg-Marquardt algorithm. Numerical results of the successful parameter estimation in case of different models and analyzing various experiments are presented. Some examples detecting the occurance of systematic errors and overparameterized models are given.

Die Bewirtschaftung der knappen Ressource sauberen Wassers setzt das Verständnis der Wasserhaushaltsprozesse voraus. Mit prozessorientierten Modellen können Wasserbilanzen für unterschiedliche Standortbedingungen berechnet werden, wenn die Modelle zuvor an repräsentativen Zeitreihen, die die notwendige hydrologische Information enthalten, kalibriert und die Sensitivität ihrer Parameter analysiert wurden. Am Groß-Lysimeter St. Arnold (Westfalen) werden seit 1966 neben den meteorologischen Parametern tägliche Sickerwasserraten gemessen, die für diesen Zweck hervorragend geeignet sind, weil sie integrale Bilanzgrößen über die je 400m² x 3,50m großen Podsol-Bodenkörper und ihre Vegetationsbestände darstellen. Auf den drei Lysimetern wachsen Gras, ein Eichen-/Buchen- bzw. ein Kiefernbestand. Für die Untersuchung der Wasserhaushaltsprozesse wird das "LYsimeter outFlow and Evapotranspiration model" LYFE, entwickelt. Es verknüpft die Richards-Gleichung mit einem Interzeptionsmodell, das den Niederschlag in Infiltration, Blatt- und Streuinterzeption aufspaltet. Die Evapotranspirations-(ET)-Raten werden alternativ mit der Penman- oder Monteith-Formel berechnet. Die Simulationen vollziehen die gemessenen täglichen Sickerwasserraten aller drei Lysimeter unter den Klimavariabilitäten des gesamten Zeitraums von 34 Jahren nach. Am Graslysimeter ist die Sensitivität der ET-Parameter gering, so dass unterschiedlich aufwendige Methoden zur Bestimmung der bodenhydraulischen Parameter verglichen und bewertet werden können: die statischen Stechzylindermessungen der Retention und gesättigten Leitfähigkeit, der Verdunstungsversuch und verschiedene Pedotransferfunktionen (PTF). Die Simulation mit den Parametern des Verdunstungsversuchs ergeben eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen Sickerwasserraten, während die Parameter der statischen Messungen durch die inverse Modellierung mindestens eines Parameters angepasst werden müssen. Von den PTF erzielen die kontinuierliche und die Klassen-PTF von Wösten die besten Übereinstimmungen. Der Wasserhaushalt der Baumbestände wird von der Interzeption dominiert. Dies gilt insbesondere für die Interzeptionsverdunstung im Winterhalbjahr, die die Unterschiedlichkeit der Wasserbilanz von Laub- und Nadelbaumbeständen verursacht. Wenn die ET mit der Penman-Formel berechnet wird, können die Raten der Evaporation und Transpiration nur schlecht abgeschätzt werden und steigen nicht mit dem Wachstum der Bestände. Durch die Verwendung der Monteith-Formel werden diese Probleme behoben. Darüberhinaus zeigt das Modell die unterschiedliche Wirkung von Transpiration und Interzeptionsverdunstung auf den Jahresgang der Sickerwasserraten und ermöglicht so die Angabe ihrer jeweiligen Beiträge zum Wasserhaushalt. Mit dem kalibrierten Modell können die lysimetrischen Messungen auf andere Standorte übertragen werden, um die langfristige Wasserbilanz zeitlich hochaufgelöst zu bestimmen. Daher kann LYFE im Rahmen regionaler Wasserhaushaltsuntersuchungen eingesetzt werden.

This work is an amalgamation of Theoretical Physics and Applied Mathematics applied on an Epidemiological problem. / Ziel dieser Doktorarbeit ist ein mathematisches Modell zu entwickeln, um eine mögliche Ausbreitung des West-Nil-Virus (WNV) in Deutschland zu simulieren und zu bewerten. Das entwickelte Werkzeug soll auch auf eine weitere, durch Zecken übertragene Krankheit, dem Krim-Kongo-Hämorrhagischen Fieber (CCHFV) angewendet werden. Die durch den Klimawandel verursachte globalen Erwärmung unterstützt auch die Verbreitung und Entwicklung verschiedener Vektorpopulationen. Dabei hat eine Temperaturerhöhung einen positiven Einfluss auf den Lebenszyklus des Vektors und die Zunahme der Vektoraktivität. In dieser Arbeit haben wir ein Differentialgleichungsmodell (ODE) entwickelt, um den Einfluss eines regelmäßigen Eintrags von Infektionserregern auf die empfängliche Population unter Berücksichtigung des Temperatureinflusses zu verstehen. Als Ergebnis haben wir einen analytischen Ausdruck der Basisreproduktionszahl und deren Wechselwirkung mit der Temperatur gefunden. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt, wie wichtig das Verhältnis der anfälligen Mücken zur lokalen Wirtspopulation ist. Als ein zentrales Ergebnis haben wir den zukünftigen Temperaturverlauf auf Basis der Modellergebnisse des IPCC in unser Modell integriert und Bedingungen gefunden, unter denen es zu einer dauerhaften Etablierung des West-Nil-Virus in Deutschland kommt. Darüber hinaus haben wir die entwickelten mathematischen Modelle verwendet, um verschiedene Szenarien zu untersuchen, unter denen sich CCHFV möglicherweise in einer naiven Population etablieren kann, und wir haben verschiedene Kontrollszenarien mathematisch abgeleitet, um die Belastung von einer Infektion durch Zecken zu bewältigen. / The objective of this thesis is to develop the necessary mathematical model to assess the potential spread of West Nile Virus (WNV) in Germany and employ the developed tool to analyse another tick-borne disease Crimean- Congo Hemorrhagic Fever (CCHFV). Given the backdrop of global warming and the climate change, increasing temperature has benefitted the vector population. The increase in the temperature has a positive influence in the life cycle of the vector and the increase in its activities. In this thesis, we have developed an Ordinary Differential Equation (ODE) model system to understand the influence of the periodic introduction of infectious agents into the local susceptible population while taking account of influence of temperature. As results, we have found an analytic expression of the basic reproduction number and its interplay with the temperature. The sensitivity analysis shows us the importance of the ratio between the susceptible mosquitoes to the local host population. As a central result we have extrapolated the temperature trend under different IPCC conditions and found the condition under which the circulation of West Nile Virus will be permanent in Germany. Furthermore, we have utilised the developed mathematical models to examine different scenarios under which CCHFV can potentially establish in a naive population along with we mathematically derived different control scenarios to manage the burden of tick infection.

Composite laminates are an important subject of modern technology and engineering. The most common mode of failure in these materials is probably interlaminar fracture (delamination). Delamination growth under applied fatigue loads usually leads to structural integrity loss of the composite laminate, and hence its catastrophic failure. It is known that several parameters can affect the fatigue fracture performance of laminates. These include the constituent material properties, composite geometry, fatigue load variables or environmental factors. The knowledge about effects of these parameters on fatigue delamination growth can lead to a better understanding of composite fatigue fracture behaviour. Effects of some of these parameters can be elucidated by undertaking appropriate sensitivity analysis combined with the finite element method (FEM) and related software. The purpose of this work was three-fold. The first goal was the elaboration and computational implementation of FEM-based numerical strategies for the sensitivity analysis of interface fatigue crack propagation in elastic composite laminates. The second goal of this work was the numerical determination and investigation of displacement and stress fields near the crack tip, contact pressures along crack surfaces, mixed mode angle, energy release rate and the number of cumulative fatigue cycles. The third aim of the present study was to use the developed strategies to evaluate numerically the sensitivity gradients of the total energy release rate and fatigue life with respect to design variables of the curved boron/epoxy-aluminium (B/Ep-Al) composite laminate in two different material configurations under cyclic shear of constant amplitude. This study provided novel strategies for undertaking sensitivity analysis of the delamination growth under fatigue loads for elastic composite laminates using the package ANSYS. The numerical results of the work shed more light on mechanisms of interfacial crack propagation under cyclic shear in the case of a curved B/Ep-Al composite laminate. Moreover, the outcome of the sensitivity gradients demonstrated some advantages for using the sensitivity analysis to pinpoint directions for the optimisation of fatigue fracture performance of elastic laminates. The strategies proposed in this work can be used to study the sensitivity of the interface fatigue crack propagation in other elastic laminates, if the crack propagates at the interface between the elastic and isotropic components. However, the strategies can be potentially extended to composites with interfacial cracks propagating between two non-isotropic constituents under a constant amplitude fatigue load. Finally, the strategies can also be used to undertake the sensitivity analysis of composite fatigue life with respect to variables of fatigue load.

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.

Der vorliegende Beitrag befasst sich mit dem Einsatz von Motion-Skeletten bei der kinematischen Analyse von zwei- und dreidimensionalen Getriebestrukturen. Im ersten Teil werden verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, welche Pro/ENGINEER für die Mechanismus-Analyse bietet und bezüglich ihrer Eignung für kinematische Strukturen verglichen. Am Beispiel einer exzentrischen Schubkurbel wird anschließend der Aufbau und die Funktionsweise eines Motion-Skelettes erklärt. Neben der reinen kinematischen Analyse einer solchen Struktur wird auch der Einsatz von BMX zur Optimierung von Koppelgetrieben gezeigt.