In der Frühen Phase der PGE-Produktgenerationsentwicklung werden Entscheidungen unter einem hohen Grad an Unsicherheit getroffen. Gleichzeitig haben diese Entscheidungen einen bedeutenden Einfluss auf den späteren Markterfolg von Produkten. Somit ist eine frühzeitige und kontinuierliche Validierung für den Erfolg zukünftiger Produkte notwendig. In diesem Beitrag wird ein Ansatz präsentiert, der es erlaubt, grundlegende Produkteigenschaften in der Frühen Phase der PGE-Produktgenerationsentwicklung zu beschreiben und zu modellieren. Des Weiteren werden die unterschiedlichen Beschreibungsmodelle analysiert und miteinander verglichen. Anschließend wird veranschaulicht, welche Modelle und Technologien genutzt werden können, um die gewünschten Produkteigenschaften zu validieren. Im Hinblick auf die Validierungsmethode bestimmen die Ergebnisse einer durchgeführten Expertenbefragung die Relevanz von einzelnen Umfeldern. Abschließend wird eine szenariobasierte Methode zur Validierung von Produktprofilen angeleitet und auf Grundlage eines konkreten Produktprofils bewertet.

The piston/cylinder pair is the key lubricating interface of axial piston pumps. It suffers from excessive wear due to the huge lateral force, especially under high output pressure. In order to achieve predictive maintenance, it is significant to detect the performance degradation of the piston/cylinder pair. In this paper, a method to predict the wear of the piston/cylinder pair is proposed. The wear regions and corresponding wear depths under different conditions are investigated. The distributive characteristic parameters of the oil film are obtained, which can reflect the load-bearing and lubrication conditions at each region of the friction pair. Based on the oil film characteristic parameters, the most suitable wear model is chosen to calculate the wear depth, and then the entire wear profile of the piston/cylinder pair is obtained. The experimental investigation is carried out, and the results show that the accuracy of the wear regions and corresponding wear depth prediction is high. This method can be used to pump healthy management and choose the suitable working conditions of the axial piston pump.

Zahlreiche chirurgische Assistenzsysteme sind in der klinischen Praxis im Einsatz, um die Genauigkeit und Sicherheit medizinischer Eingriffe zu erhöhen. Die Verwendung von Bildgebungsverfahren durch solche Systeme und die Teilautomatisierung von Prozessen kann einen weiteren Schritt in Richtung höherer Effizienz chirurgischer Interventionen und höherer Patientensicherheit darstellen. Dies stellt jedoch große Herausforderungen an die Systementwickler, welche zur Evaluation dieser Systeme während der Konstruktion geeignete Konzepte und Testmethoden benötigen. Diese Arbeit hat zwei wesentliche Zielsetzungen: Zum einen soll vorgestellt werden, wie zur zielführenden Entwicklung eines duplexsonographisch geführten, semiautomatisch arbeitenden Assistenzsystems zur Gefäßpräparation (ASTMA-System) ein anthropomorphes, physiologisches Phantom anhand zuvor definierter, für die Entwicklung relevanter, Anforderungen konstruiert wurde. Dieses ermöglichte es, die Arbeitsprozesse des Systems und deren Eignung bereits in vitro umfangreich zu testen. Zum andern soll dargestellt werden, wie das Phantom hinsichtlich dieser Anforderungen in einer Studie validiert wurde, um zu gewährleisten, dass dieses für die Systementwicklung erforderliche Eigenschaften aufwies. Dadurch konnten wichtige Informationen über Nutzen und Limitierung der Verwendung des Phantoms und mögliche Probleme des ASTMA-Systems gewonnen werden. Hiermit soll demonstriert werden, wie ein Entwicklungs- und Validierungsansatz für ein Phantom als Testsystem zur Entwicklung und Evaluation ähnlicher komplexer medizintechnischer Systeme mit intraoperativer Bildgebung gestaltet werden kann und welchen Anforderungen solche Phantome genügen sollten. Dies kann dabei helfen, die Systementwicklung zielführend und ressourceneffizient durchzuführen, Probleme bereits während früher Entwicklungsschritte aufzudecken und zu lösen und die Eignung des Verfahrens des entwickelten Systems zu beurteilen.

Gas-liquid two-phase flows occur in many industrial applications and apparatuses. The design and optimization of such apparatuses and processes requires the numerical simulation of two-phase flows. However, two-phase flow simulations are still a challenging task, especially for industrial scales. Here, the simulation of large flow domains and high Reynolds number flows require a reduction of the resolved time-scales and length-scales by a high level of modeling to decrease the computational effort. Therefore, physics-based models are needed to depict the complex transport processes between the phases. Thus, two-phase flows are the object of ongoing research. Up to now, the majority of closure models for turbulence, interfacial forces or bubble breakup and coalescence were validated against experimental data derived from experiments in simple flow channel geometries like straight pipes. Their application for the simulation of two-phase flows with three-dimensional flow structures like e.g. recirculating areas, flow separation or strong velocity gradients requires constant experimental validation and further development. Hence, improved experimental methods are required for investigations of gas-liquid two-phase flows to provide reliable data for further development and validation of numerical flow simulation models. Therefore, experiments were performed in a constricted pipe under bubbly two-phase flow conditions. Three-dimensional flow structures were created by two types of flow constrictions for a variety of gas and liquid superficial velocities up to jg = 0.1400 m⋅s-1 and jl = 1.6110 m⋅s-1. The flow fields upstream and downstream of the flow constrictions were studied using ultrafast X-ray tomography and hot-film anemometry to obtain cross-sectional phase distribution, bubble characteristics and liquid velocity. The analysis of the ultrafast X-ray tomography image data was significantly improved by development of a histogram-based gas holdup calculation. Furthermore, the spatial dependence of the axial image plane distance was studied to improve the determination of axial bubble velocities and, thus, bubble sizes. The experimental method was advanced by simultaneous application of ultrafast X-ray tomography and hot-film anemometry. Eventually, the experimental data was compared to state-of-the-art Euler/Euler two-fluid simulations. The simulations were performed in the framework of a parallel doctoral thesis in the Experimental Thermal Fluid Dynamics department at the Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf by Ms. Sibel Tas-Koehler following the baseline approach. The results were compared in terms of the phase distribution, bubble sizes and gas velocity for two operating conditions using the homogeneous multiple size group model. / Zweiphasenströmungen aus Gasen und Flüssigkeiten treten in vielen industriellen Anwendungen und Apparaten auf. Um einen sicheren, zuverlässigen und optimalen Betrieb einzelner Komponenten und gesamter Anlagen zu gewährleisten, sind die Strömungen Gegenstand zahlreicher Untersuchungen. Numerische Simulationen sind ein unverzichtbares Instrument, um Prozesse unter diesen Aspekten zu bewerten. Die Simulation von Zweiphasenströmungen, insbesondere im industriellen Maßstab, ist jedoch nach wie vor eine anspruchsvolle Aufgabe. Um den Rechenaufwand zu verringern und die Simulation von großen Strömungsgebieten und Strömungen mit hohen Reynoldszahlen zu ermöglichen, ist ein hohes Maß an Modellierung notwendig. Gleichzeitig wurden die meisten Schließungsmodelle zur Beschreibung von Turbulenz, Grenzflächenkräften oder Blasenzerfall und -koaleszenz für einfache Geometrien wie beispielsweise gerade Rohre entwickelt. Die Anwendung dieser Modelle für die Simulation von Zweiphasenströmungen mit dreidimensionalen Strömungsstrukturen, wie z.B. Rezirkulationsgebieten, Strömungsablösungen oder starken Geschwindigkeitsgradienten, erfordert eine ständige experimentelle Validierung und Weiterentwicklung. Dies wiederum erfordert eine immer höhere Auflösung der eingesetzten Messsysteme und steigende Qualität der experimentellen Daten. Um verlässliche Daten für die Weiterentwicklung und Validierung von Modellen für die numerische Strömungssimulation zu erhalten sind daher verbesserte experimentelle Methoden zur Untersuchung von Gas-Flüssig-Strömungen erforderlich. Aus diesem Grund wurden Experimente an einer Blasenströmung in einem Rohr mit einer Strömungsverengung durchgeführt. Zwei Arten von Verengungen wurden genutzt, um dreidimensionale Strömungsstrukturen für eine Vielzahl von Betriebsbedingungen zu erzeugen. Diese sind durch Gas- und Flüssigkeitsleerrohrgeschwindigkeiten bis zu jg = 0.1400 m⋅s-1 und jl = 1.6110 m⋅s-1 definiert. Um die Phasenverteilung im Querschnitt der Strömung, Blaseneigenschaften und die Flüssigphasengeschwindigkeit stromauf- und -abwärts der Verengung zu ermittelt, wurde die Strömung mit Hilfe der ultraschnellen Röntgentomographie und Heißfilm-Anemometrie untersucht. Die Datenanalyse für die Bilddaten der ultraschnellen Röntgentomographie wurde durch die Entwicklung einer Histogramm-basierten Gasgehaltsberechnung erheblich verbessert. Um die Bestimmung der axialen Blasengeschwindigkeiten und damit der Blasengrößen zu verbessern, wurde außerdem die räumliche Abhängigkeit des axialen Bildebenenabstands untersucht. Die experimentellen Methoden wurden durch die gleichzeitige Anwendung von ultraschneller Röntgentomographie und Heißfilm-Anemometrie weiterentwickelt. Die experimentellen Daten wurden mit dem Stand der Technik von Euler/Euler-Zweiphasen-Simulationen verglichen. Die Simulationen wurden im Rahmen eines parallelen Promotionsvorhabens in der Abteilung Experimentelle Thermofluiddynamik am Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf von Frau Sibel Tas-Köhler durchgeführt und folgten der Baseline-Modell Strategie. Die Ergebnisse wurden unter Verwendung des homogenen Modells mehrerer Größenklassen bezüglich der Phasenverteilung, der Blasengrößen und der Gasgeschwindigkeit für zwei Betriebsbedingungen verglichen.

Job Crafting – durch Beschäftigte initiierte Veränderungen des Jobs – hat in der Wissenschaft und Praxis in den letzten Jahren einen hohen Stellenwert eingenommen. Die Job Crafting Literatur hebt besonders die positive Seite des Job Craftings hervor – sowohl auf inter- als auch intraindividueller Ebene. Allerdings scheinen Job Crafting und seine Folgen komplexer zu sein und benötigen ein besseres Verständnis. Daher war das Ziel der Dissertation bisherige Job Crafting Theorien anhand von drei Ansätzen zu erweitern. Dafür habe ich vier Studien durchgeführt, aus denen drei Manuskripte hervorgingen. Erstens, in Studie 1 bezog ich mich auf die ressourcen-konsumierende Natur des Job Craftings und fand einen kurvilinearen Job Crafting-Effekt auf das Arbeitsengagement. Dies galt nur für erschöpfte Beschäftigte (d.h. Moderationseffekt). Zweitens, Studie 2 fokussierte sich auf den fluktuierenden Anteil des Job Craftings innerhalb von Beschäftigten (d.h. intraindividuelle Ebene) und untersuchte reziproke Beziehungen zwischen Job Crafting, Arbeitsengagement und Leistung von einer zur nächsten Woche. Daten aus einer wöchentlichen Tagebuchstudie wurden mit Hilfe eines Random-Intercept Cross-Lagged Panel Modells (RI-CLPM) analysiert. Es gab keine reziproken Beziehungen zwischen Job Crafting, Arbeitsengagement und Leistung auf intraindividueller Ebene zwischen den Wochen, die Beziehungen waren sehr heterogen. Drittens, in Studien 3 und 4 haben wir die Approach-Avoidance Job Crafting Skala basierend auf dem Approach-Avoidance Crafting Model entwickelt und validiert. Die Skala bildet Approach und Avoidance Crafting als unabhängige Faktoren ab und misst 8 verschiedene Dimensionen resultierend aus einer hierarchischen Struktur, die frühere Job Crafting Konzepte integriert. Unsere Ergebnisse zeigten inkrementelle Validität von Approach und Avoidance Crafting bei der Vorhersage von arbeitsbezogenen Outcomes. / Job crafting – employee-initiated changes to the job – has received a high priority in science and practice in the recent years. Job crafting literature often emphasizes its positive effects – both at the between-person and within-person level. However, job crafting and its consequences seem to be more complex and, thus needs further understanding. Doing so, the aim of the dissertation was to expand current job crafting theories by using three approaches. Therefore, I conducted four studies resulting in three manuscripts. Firstly, in Study 1, I referred to the resource-consuming nature of job crafting and found a curvilinear effect (U-shaped curve) of the job crafting strategy crafting social resources (i.e., increasing social resources) on work engagement. This only applied to exhausted employees (i.e., a moderation effect). Secondly, in Study 2 focused on the fluctuating portion of job crafting within employees and investigated reciprocal relationships between job crafting, work engagement, and performance from one week to the next at the within-person level. Data from a weekly diary study were analyzed with a random-intercept cross-lagged panel model (RI-CLPM). There were no reciprocal relationships between job crafting, work engagement, and performance at the within-person level across weeks, rather the relations were more heterogeneous than anticipated. Thirdly, in Study 3 and 4, we developed and validated the Approach-Avoidance Job Crafting Scale based on my approach-avoidance crafting model. The scale depicts approach and avoidance crafting as two independent factors and assesses eight different job crafting dimensions. These result from a hierarchical structure in which previous job crafting concepts are integrated. Our results showed that approach and avoidance crafting have incremental validity in predicting work-related outcomes beyond previous job crafting scales.

Background The present study investigated the psychometric properties of the newly developed English version of the Giessen Subjective Complaint List-8 (GBB-8), a questionnaire assessing psychosomatic symptoms with regard to exhaustion, gastrointestinal, musculoskeletal and cardiovascular. Methods A U.S. sample of 638 participants (47.6% female) was recruited by MTurk to participate in this cross-sectional online survey. Validation instruments included the Patient Health Questionnaire-4, Perceived Stress Scale, short version of the Trier Inventory for Chronic Stress. Results Reliability was high with ω’s between .80 and .86 for all subscales. Confirmatory factor analyses yielded comparable good model fit for a four-dimensional model as well as a higher order model. Multi-group confirmatory factor analyses confirmed measurement invariance of the GBB-8 across sex and age. Regarding convergent validity, correlations with other instruments were highly significant and of large magnitude as expected. Conclusion The English version of the GBB-8 has shown excellent psychometric properties. Therefore, it can be recommended for the assessment of psychosomatic complaints in contexts where short screening instruments are necessary.

Diese Dissertation beschäftigt sich mit der passiven Probenahme von hydrophoben organischen Schadstoffen in Oberflächengewässern: Polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), polychlorierte Biphenyle (PCB), polybromierte Biphenylether (PBDE), Organochlorpestizide (u. a. HCH, DDX) und weitere hydrophobe Pestizide. Die Zielstellung dieser Arbeit lag bei der Validierung des Silikonstabs als Alternativmethode im Gewässermonitoring zu konventionellen Probenahmetechniken wie Schöpf- und Wochenmischproben der Wasserphase sowie Schwebstoffanalysen. Die Probenahme mit dem Silikonstab erfolgte durch dessen Exposition im Gewässer für einen Zeitraum zwischen einer Woche und mehreren Monaten. Nach Einholung wurden die im Silikonstab akkumulierten Schadstoffe (Analyten) mittels instrumenteller Analytik quantifiziert. Die Probenaufgabe erfolgte ohne vorherige Lösungsmittelextraktion durch direktes Erhitzen des Silikonstabs, wodurch die Analyten vom Polymer desorbieren (Thermodesorption). Die durch Hitze freigesetzten Analyten wurden direkt auf eine chromatographische Trennsäule gegeben und massenspektroskopisch quantifiziert. Nach Erhalt der Ergebnisse der Silikonstab-Analytik gibt es verschiedene Herangehensweisen für die Berechnung der zeitgemittelten Analytkonzentrationen im Gewässer, die in dieser Arbeit vorgestellt und diskutiert werden. Dazu gehören die Verwendung von experimentellen Daten aus Kalibrierversuchen und Berechnungen auf Grundlage von physikochemischen Eigenschaften der Analyten wie dem Sammler-Wasser-Verteilungskoeffizienten. Im Zuge dieser Arbeit wurde die Aufnahmekinetik des Silikonstabs bei verschiedenen Temperaturen und Fließgeschwindigkeiten mit Hilfe von Kalibrierversuchen untersucht. Die gewonnenen experimentellen Daten wurden für die Entwicklung von Rechenmodellen herangezogen, mit denen das Aufnahmeverhalten vorgesagt werden soll. Es wurden Sammler-Wasser-Verteilungskoeffizienten für den Silikonstab u. a. mit der Kosolvenzmethode bestimmt und als Parameter für die Berechnung von zeitgemittelten Analytkonzentrationen des Gewässers verwendet. Für die Validierung wurde der Silikonstab in zwei Gewässergütemessstationen der Fließgewässer Mulde (Dessau) und Elbe (Magdeburg) in Durchflussbehältern exponiert und die zeitgemittelten Analytkonzentrationen mit verschiedenen Rechenmodellen bestimmt. Die erhaltenen Werte werden mit gleichzeitig entnommenen Wochenmischproben der Wasserphase sowie monatlichen Schwebstoffproben verglichen und die Eignung des Silikonstabs als alternative Probenahmemethode für das Umweltmonitoring von Oberflächengewässern diskutiert.

Für den zielgerichteten Einsatz von präventiven und mitigativen Notfallmaßnahmen sowie zur Beurteilung ihrer Wirksamkeit während auslegungsüberschreitender Unfälle in Druckwasserreaktoren aber auch für Hinweise zum Störfallverlauf und für die Abschätzung der Auswirkungen auf die Anlagenumgebung müssen geeignete Störfallinstrumentierungen vorhanden sein. Insbesondere der Zustand des Reaktordruckbehälterinventars (RDB-Inventar) während der In-Vessel-Phase eines auslegungsüberschreitenden Unfalls lässt sich mit aktuellen Störfallinstrumentierungen nur stark eingeschränkt überwachen, wodurch die o. g. Forderungen nicht erfüllt werden können. Die vorliegende Arbeit beinhaltet detaillierte Untersuchungen für die Entwicklung einer Störfallinstrumentierung, welche eine durchgängige Zustandsüberwachung des RDB-Inventars während der In-Vessel-Phase eines auslegungsüberschreitenden Unfalls ermöglicht. Die Störfallinstrumentierung basiert auf der Messung und Klassifikation von unterschiedlichen Gammaflussverteilungen, welche während der In-Vessel-Phase außerhalb des Reaktordruckbehälters auftreten können. Ausgehend von der Analyse zum Stand von Wissenschaft und Technik wird der modell-basierte Ansatz für Structural Health Monitoring-Systeme genutzt, um eine grundlegende Vorgehensweise für die Entwicklung der Störfallinstrumentierung zu erarbeiten. Anschließend erfolgt eine detaillierte Analyse zu den Vorgängen während der In-Vessel-Phase und eine daraus abgeleitete Definition von Kernzuständen für einen generischen Kernschmelzunfall. Für die definierten Kernzustände werden mittels Simulationen (Monte-Carlo-Simulationen zum Gammastrahlungstransport in einem zu dieser Arbeit parallel laufenden Vorhaben) Gammaflüsse außerhalb des Reaktordruckbehälters berechnet. Die Simulationsergebnisse dienen dem Aufbau von Datenbasen für die Entwicklung und Analyse eines Modells zur Klassifikation von Gammaflussverteilungen. Für die Entwicklung des Klassifikationsmodells kommen drei diversitäre und unabhängig arbeitende Klassifikationsverfahren (Entscheidungsbaum, k-nächste-Nachbarn-Klassifikation, Multilayer Perzeptron) zur Anwendung, um die Identifikationsgenauigkeit und Robustheit der Störfallinstrumentierung zu erhöhen. Die abschließenden Betrachtungen umfassen die Validierung der Störfallinstrumentierung mittels eines Versuchstandes zur Erzeugung unterschiedlicher Gammaflussverteilungen. Im Ergebnis der Untersuchungen konnte die prinzipielle Funktionsweise der entwickelten Störfallinstrumentierung nachgewiesen werden. Unter der Voraussetzung, die Gültigkeit der definierten Kernzustände zu untermauern sowie weitere, nicht in dieser Arbeit betrachtete Kernschmelzszenarien mit in die Entwicklung der Störfallinstrumentierung einzubeziehen, steht somit insbesondere für zukünftige Kernkraftwerke mit Druckwasserreaktoren eine Möglichkeit für die messtechnische Überwachung des RDB-Inventars während auslegungsüberschreitender Unfälle bereit. Die Arbeit leistet einen wesentlichen Beitrag auf dem Gebiet der Reaktorsicherheitsforschung sowie für den sicheren Betrieb von kerntechnischen Anlagen.

Mit der Entwicklung eines stochastischen Modells zur Abbildung des Bewegungsverhaltens von Passagieren wird die Basis für eine virtuelle Anwendungsumgebung geschaffen, mit der die Passagierabfertigungsprozesse im Flughafenterminal und die hierfür notwendigen Infrastrukturen modelliert, implementiert, untersucht und gezielt optimiert werden können. Es werden vorhandene wissenschaftliche Modellansätze zur mikroskopischen Agentensimulation kritisch gewürdigt und Anforderungen an das zu entwickelnde Bewegungsmodell abgeleitet. Das eigens entwickelte stochastische Bewegungsmodell stellt die Erweiterung eines räumlich diskreten mikroskopischen Modells auf Basis eines zellularen Automaten dar, wobei Defizite aufgrund der verwendeten diskreten Gitterstruktur bereits auf Modellebene kompensiert werden. Zu den Erweiterungen zählen die autonome Umgebungsanalyse und die Routenplanung des Agenten, die Abbildung weitreichender Wechselwirkungen zwischen den Agenten und die Berücksichtigung von gruppendynamischen Entscheidungen. Durch die Validierung des stochastischen Bewegungsmodells anhand des Fundamentaldiagramms für Fußgänger kann gezeigt werden, dass das Modell in der Lage ist, den charakteristischen Verlauf der Geschwindigkeit in Relation zur Agentendichte quantitativ abzubilden. Auch typische, in der Realität beobachtbare Selbstorganisationseffekte können durch das Modell reproduziert werden. Für die Anwendung des stochastischen Modells zur Abbildung des Bewegungsverhaltens von Passagieren im Flughafenterminal wird das Modell durch empirisch erhobene Passagierbewegungsdaten kalibriert. Die Datenerhebung erfolgt am Flughafen Dresden unter Verwendung eines entwickelten videogestützten Bewegungsverfolgungssystems und erlaubt eine gezielte Kalibrierung hinsichtlich der Passagierparameter: Geschlecht, Reisemotivation (privat oder geschäftlich), Gruppengröße sowie Gepäckart und -anzahl. Für die Erstellung der virtuellen Terminalumgebung werden die Passagierabfertigungsprozesse eingehend analysiert und die Prozesszeiten der jeweiligen Abfertigungsstationen durch spezifische Wahrscheinlichkeitsverteilungen modelliert. Hierfür stehen empirische Datenerhebungen am Flughafen Stuttgart zur Verfügung, die eine detaillierte Prozessanalyse hinsichtlich der Passagierparameter und der Prozessparameter (Erfahrung des Personals, Reaktionszeiten bei Störungen) erlauben. Im Anschluss an die Kalibrierung des stochastischen Bewegungsmodells und die Modellierung der Passagierabfertigungsprozesse erfolgt die Entwicklung einer Anwendungsumgebung für die Implementierung des virtuellen Flughafens. Durch den modularen Aufbau der Anwendungsumgebung ist eine effiziente Implementierung der Flughafenstrukturen (Grundriss, Flugplan, Personaleinsatz), der Abfertigungsprozesse und des stochastischen Bewegungsmodells möglich. Die Anwendungsumgebung stellt dabei einen übergeordneten Rahmen dar, durch den eine allgemeine Nutzerschnittstelle (Konfigurationsumgebung), eine grafische Ergebnisaufbereitung und die dreidimensionale Abbildung des Bewegungsverhaltens der Passagiere zur Verfügung steht. Die Anwendung des entwickelten stochastischen Bewegungsmodells erfolgt für die Validierung der Passagierabfertigungsprozesse (Check-In und Sicherheitskontrolle), für die Entwicklung einer passagierbezogener Prozessbewertung und für die vollständige Abbildung der Terminalprozesse (Abflug) am Beispiel des Flughafens Dresden. Durch die Analyse des Einstiegsverhaltens der Passagiere in ein Verkehrsflugzeug werden die Notwendigkeit des Einsatzes stochastischer Bewegungsmodelle und das Potential mikroskopischer Modellierungsansätze verdeutlicht. Das entwickelte stochastische Bewegungsmodell kann das Passagierverhalten auch in komplexen Umgebungen umfänglich widerspiegeln und die entwickelte Anwendungsumgebung stellt einen idealen Rahmen für die Modellanwendung und -weiterentwicklung dar. Durch die anwendungsorientierten Implementierungen steht eine Vielzahl von geeigneten Detaillösungen zur Verfügung, um den zukünftigen wissenschaftlichen und praxisrelevanten Herausforderungen der Personendynamik zu begegnen. / The development of a stochastic motion model allows for using a virtual application environment, to reproduce passenger motion behavior and handling processes at airport terminals. Based on the introduced scientific approaches for microscopic agent simulation, requirements for an application-oriented motion model are derived. The developed model is a substantial extension of a stochastic cellular automata approach, where the deficiencies due to the discrete grid structure are compensated on a fundamental level. The model development is completed by adding agent-oriented environment analysis, route planning, and mid-range agent interaction. The stochastic motion model proves its capabilities for a quantitative reproduction of the characteristic shape of the common fundamental diagram of pedestrian dynamics. Moreover, generic self-organization effects are reproduced by the model. For the application of the stochastic approach for modeling the motion behavior of passengers inside an airport terminal, a comprehensive acqusition of data at Dresden International Airport provides a solid basis. A video-supported tracking environment allows for an efficient categorization of passengers and analysis of their motion behavior regarding to their gender, travel purpose (private or business), group size, and baggage types and quantities. In addition to the passenger-related data, the process time of passenger handling at each station at Stuttgart Airport is analyzed in detail and transformed to statistic probabilities by functional data fitting. Finally, the calibrated stochastic motion model is prepared for passenger dynamics at airport terminals. After the successful development and calibration, the implementation of the motion model in a virtual application environment is accomplished. To implement the terminal structure, the passenger handling processes, and the individual passenger motion behavior common programming interfaces are used as well as specific components for linking model and animation requirements. The application of the stochastic motion models aims at the validation of passenger handling process on the basis of empirical data from Stuttgart airport and at the development of a passenger-oriented process evaluation using Dresden Airport environment. The simulation of passenger dynamics at airport terminals points out that the stochastic motion model reproduces the motion behavior of passengers close to reality. Due to the application-oriented implementation a variety of appropriate solutions are available for future scientific and operational challenges related to passenger dynamics.

The achievable accuracy of hygrothermal building component simulation is significantly dependent on the applied material functions. These functions are determined by the material modelling marking the connection between the basic storage and transport parameters which are obtained from basic measurements, and the storage and transport coefficients which are defined within the balance and flow equations. It is the aim of the present study to develop a flexible and widely applicable material model which is not restricted to the current level of the transport theory. Furthermore, limits and options of this model are to be validated by means of four building materials on the basis of special transient moisture profile measurements. The study’s starting point is a comprehensive investigation of both, the different existing modelling approaches and the available experimental methods to determine basic hygrothermal material parameters. On this basis, the material modelling is set into the context of the heat and moisture transport theory derived from thermodynamics. The involved limits and restrictions are highlighted and options as well as requirements for further developments are pointed out. The developments this study focuses on comprise three fields: experiments for basic property determination, material modelling, and experiments for material model validation. The set of basic material investigation methods has been extended by the drying experiment under defined conditions. The different influences on the drying as well as its application to hygrothermal material model calibration are pointed out and appraised. On this basis, a drying apparatus is designed, built and applied. Ultimately, standardisation criteria and the derivation of a single-value drying coefficient are evaluated. Appropriate extensions are indicated. Based on the bundle of tubes approach, an own material model is developed. It is coupled with a mechanistical approach accounting for serial and parallel structured moisture transport phenomena. The derived liquid water conductivity is adjusted by the help of measured conductivity data close to saturation as well as within the hygroscopic moisture range. Subsequently, two internal modelling parameters are calibrated which is done by numerical simulation of the water uptake and the drying experiment under consideration of the hysteresis of moisture storage. Facilitating its application to the obtained laboratory data, the material model has been implemented into a computer program. It is applied to the four building materials brick, lime-sand brick, aerated concrete and calcium silicate. The adjusted material functions are shown and discussed. In all four cases, the calibration provides an excellent agreement between measured and calculated material behaviour. As experimental basis of the material model validation, the instantaneous profile measurement technique (IPM) has been extended to be applied in Building Physics. Special equipment is developed and measurement procedures are designed. Different models to derive the water content from dielectric data obtained by Time Domain Reflectometry (TDR) measurements are evaluated and implemented. Ultimately, an extensive program of transient moisture profile measurements within the hygroscopic and the overhygroscopic moisture content range is conducted and evaluated. Within the frame of validation, the developments on the experimental as well as on the modelling fields are combined. The IPM experiments are recalculated on the basis of the measured initial and boundary conditions applying the adjusted and calibrated material functions. The comparison of measured and calculated data reveals the power of the developed material modelling just as the consequences of the simplifications made on the transport theory level. The distinct influences of the hysteresis of moisture storage consisting of effects depending on the process history and effects depending on the process dynamics, are proven. By the presented study, the material modelling has been decisively further developed, the set of basic measurement methods has been extended by a substantial experiment and the instantaneous profile measurement technique has been made applicable to Building Physics. Moreover, the influences of the process history and the process dynamics on the moisture transport and the resulting moisture profiles could be shown and proven. By that, not only a material model is now available which perfectly applies to the requirements of flexibility, applicability and extendability. The obtained data provides also a powerful basis for further research and development. / Die Genauigkeit hygrothermischer Bauteilsimulation hängt maßgeblich von den verwendeten Materialfunktionen ab. Sie werden durch die Materialmodellierung bestimmt, welche die Verbindung zwischen den aus Basisexperimenten gewonnenen Speicher- und Transportparametern sowie den innerhalb der Bilanz- und Flussgleichungen definierten Speicher- und Transportkoeffizienten herstellt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist zum einen die Entwicklung eines flexiblen, breit anwendbaren und gleichzeitig nicht auf den gegenwärtigen Stand der Transporttheorie beschränkten Materialmodells. Dessen Grenzen und Möglichkeiten sollen zum anderen auf der Grundlage spezieller instationärer Feuchteprofilmessungen anhand von vier Baustoffen untersucht und aufgezeigt werden. Ausgangspunkt der Arbeit ist eine ausführliche Beleuchtung sowohl der vorhandenen Modellansätze als auch der zur Verfügung stehenden experimentellen Methoden zur Bestimmung hygrothermischer Basisparameter. Auf dieser Grundlage wird die Materialmodellierung in den Kontext der aus der Thermodynamik abgeleiteten Wärmeund Feuchtetransporttheorie eingeordnet. Die damit verbundenen Grenzen und Einschränkungen werden hervorgehoben und Entwicklungsmöglichkeiten sowie weiterer Entwicklungsbedarf aufgezeigt. Dieser umfasst drei Bereiche: die Experimente zur Bestimmung von Basisparametern, die Materialmodellierung, sowie Experimente zur Modellvalidierung. Die Reihe der Basisexperimente wird um den Trocknungsversuch unter definierten Bedingungen erweitert. Die verschiedenen Einflüsse auf die Trocknung und deren Anwendung in der Kalibrierung hygrothermischer Materialmodellierung werden herausgestellt und bewertet. Darauf aufbauend wird eine Apparatur entworfen, gebaut und angewendet. Schließlich werden Kriterien zur Standardisierung und Ableitung eines Einzahlenkennwertes evaluiert. Sinnvolle Erweiterungen werden aufgezeigt. Es wird ein eigenes Materialmodell auf der Grundlage eines Porenbündelansatzes hergeleitet, welches mit einem mechanistischen Ansatz gekoppelt wird, der den Feuchtetransport in seriell und parallel strukturierte Bereiche untergliedert. Die abgeleitete Flüssigwasserleitfähigkeit wird anhand von Leitfähigkeitsmessdaten im nahe gesättigten sowie im hygroskopischen Feuchtebereich justiert. Zwei interne Modellparameter werden anschließend unter Berücksichtigung der Hysterese der Feuchtespeicherung anhand des Aufsaug- und des Trocknungsversuches kalibriert. Das Materialmodell ist zur Erleichterung der Anwendung in ein Computerprogramm zur Anpassung an die Labordaten implementiert worden. Das Programm wird auf die vier Baustoffe Ziegel, Kalksandstein, Porenbeton und Calciumsilikat angewendet. Die entsprechend angepassten Materialfunktionen werden gezeigt und diskutiert. Im Rahmen der Kalibrierung wird eine hervorragende Übereinstimmung zwischen gemessenem und berechnetem Materialverhalten erreicht. Zur Modellvalidierung wird die Augenblicksprofilmethode (IPM) für die bauphysikalische Anwendung erweitert. Spezielle Apparaturen werden entwickelt und Versuchsabläufe entworfen. Modelle zur Ableitung des Wassergehaltes aus mit Hilfe der Time Domain Reflectometry (TDR) gewonnenen Dielektrizitätsmessdaten werden evaluiert und implementiert. Schließlich wird ein umfangreiches Programm an Feuchteprofilmessungen im hygroskopischen und überhygroskopischen Feuchtebereich umgesetzt und ausgewertet. Im Rahmen der Validierung werden die Entwicklungen auf experimenteller sowie auf Modellierungsebene zusammengeführt. Die IPM Experimente werden anhand der gemessenen Anfangs- und Randbedingungen und auf der Grundlage der angepassten und kalibrierten Materialfunktionen nachgerechnet. Der Vergleich zwischen Messung und Rechnung offenbart die Stärke der entwickelten Materialmodellierung ebenso, wie den Einfluss der auf Ebene der Transporttheorie getroffenen Vereinfachungen. Ein deutlicher Einfluss der sich aus der Prozessgeschichte sowie der Prozessdynamik zusammensetzenden Hysterese der Feuchtespeicherung kann nachgewiesen werden. Mit der vorliegenden Arbeit ist somit nicht nur die Materialmodellierung entscheidend weiterentwickelt, die Reihe der einfachen Basisexperimente um einen wesentlichen Versuch erweitert und die Augenblicksprofilmethode für bauphysikalische Belange anwendbar gemacht worden, es wurden auch die Einflüsse der Prozessgeschichte, und erstmals auch der Prozessdynamik, auf den Feuchtetransport sowie die sich einstellenden Feuchteprofile deutlich aufgezeigt und nachgewiesen. Es ist demnach nicht nur ein Materialmodell, welches den gestellten Anforderungen an Flexibilität, breite Anwendbarkeit und Erweiterbarkeit genügt, entwickelt worden, es wird mit den gewonnenen Messdaten auch die Grundlage weiterer Forschung zur Verfügung gestellt.