@phdthesis{Hatahet,
  author    = {Hatahet, Tareq},
  title     = {On the Analysis of the Disproportionate Structural Collapse in RC Buildings},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3740},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20180329-37405},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {243},
  abstract  = {Increasing structural robustness is the goal which is of interest for structural engineering community. The partial collapse of RC buildings is subject of this dissertation. Understanding the robustness of RC buildings will guide the development of safer structures against abnormal loading scenarios such as; explosions, earthquakes, fine, and/or long-term accumulation effects leading to deterioration or fatigue. Any of these may result in local immediate structural damage, that can propagate to the rest of the structure causing what is known by the disproportionate collapse. This work handels collapse propagation through various analytical approaches which simplifies the mechanical description of damaged reinfoced concrete structures due to extreme acidental event.},
  subject      = {Beton},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Zhu,
  author    = {Zhu, Pengtao},
  title     = {The Variability of the Void Ratio of Sand and its Effect on Settlement and Infinite Slope Stability},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3741},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20180403-37411},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {164},
  abstract  = {The uncertainty of a soil property can significantly affect the physical behavior of soil, so as to influence geotechnical practice. The uncertainty can be expressed by its stochastic parameters, including the mean, the standard deviation, and the spatial correlation length. These stochastic parameters are regarded as constant value in most of the former studies. The main aim of this thesis is to prove whether they are depth-dependent, and to evaluate the effect of this depth-dependent character on both the settlement and the infinite slope stability during rainwater infiltration. A stochastic one-dimensional settlement simulation is carried out using random finite element method with the von Wolffersdorff hypoplastic model, so as to evaluate the effect of stress level on the stochastic parameters of void ratio related parameters of sand. It is found that these stochastic parameters are both stress-dependent and depth-dependent. The non-stationary random field, considering the depth-dependent character of these stochastic parameters, can be generated through the distortion of the stationary random field. The one-dimensional settlement analysis is carried out to evaluation the effect of the depth-dependent character of the stochastic parameters of void ratio on the strain. It is found that the depth-dependent character has low effect on the strain. The deterministic analysis of infinite slope stability during rainwater infiltration is simulated. The transient seepage is carried out using finite difference method, while the steady state seepage is simulated using the analytical solution. The saturated hydraulic conductivity (ks) is taken as the only variable. The results show that the depth-dependent ks has a significant influence on the stability of the slope when the negative flux is high. Without considering the depth-dependent character, can overestimate the factor of safety of the slope. A slope can fail if the depth-dependent character is considered, while it is stable if the depth-dependent character is neglected. The failure time of the slope with a greater depth-dependent ks is earlier during transient infiltration. Meanwhile, the stochastic infinite slope stability analysis during infiltration, is also carried out to highlight the effect of the depth-dependent character of the stochastic parameters of ks. The results show that: the probability of failure is significantly increased if the depth-dependent character of mean is considered, while, it is moderately reduced if the depth-dependent character of the standard deviation is accounted. If the depth-dependent character of both the mean and standard deviation of ks is considered, the depth-dependent mean value plays a dominant influence on the results. Furthermore, the depth-dependent character of the spatial correlation length can slightly reduce the probability of failure.},
  subject      = {Bodenunruhe},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Seiffarth,
  author    = {Seiffarth, Torsten},
  title     = {Sorptionsverhalten von Cu2+ und NH4+ an Bentoniten unter Ber{\"u}cksichtigung von Nebengemengteilen sowie Struktur{\"a}nderungen nach moderater W{\"a}rmebehandlung},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1979},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20130718-19791},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {133},
  abstract  = {Bentonite sind quellf{\"a}hige Tone, die h{\"a}ufig in der Umwelttechnik (in Abdichtungsbauwerken oder in der Bodensanierung) eingesetzt werden. Ziel der Arbeit war die Kl{\"a}rung, wie eine unterschiedliche Kationenbelegung mit Cu2+ und NH4+ die Eigenschaften der Bentonite bei Raumtemperatur und nach moderater W{\"a}rmebehandlung (300 - 450°C) beeinflusst. Im Blickpunkt stand insbesondere die gleichzeitige Pr{\"a}senz von Kupfer- und Ammoniumionen, die als Vertreter f{\"u}r h{\"a}ufig auftretende Inhaltsstoffe von W{\"a}ssern in der Umgebung von technischen Bentoniten ausgew{\"a}hlt wurden. Die Untersuchungen zur Cu2+-Sorption bei Raumtemperatur und nach moderater W{\"a}rmebehandlung (300 - 450°C) erfolgten an Pulverproben von zwei technischen Bentoniten, die sich in der urspr{\"u}nglichen Kationenbelegung, Art und Anteil an Nebengemengteilen, sowie der Schichtladungsverteilung in den Montmorilloniten unterscheiden. Vor der W{\"a}rmebehandlung wurden die Bentonite durch Kontakt mit verschieden konzentrierten Kupfer- und Ammoniuml{\"o}sungen mit unterschiedlichen Gehalten der Kationen Cu2+, NH4+, Na+, Ca2+, Mg2+ belegt. Der Eintrag von Kupferionen in die Bentonite durch Kationenaustausch bei Raumtemperatur wurde erwartungsgem{\"a}ß durch pr{\"a}sente Nebengemengteile (wie Carbonat) beeinflusst, so dass die Kupferionen zus{\"a}tzlich spezifisch adsorbiert und in festen Phasen angereichert wurden. Die Cu2+-Fixierung infolge der W{\"a}rmebehandlung wurde vom Cu2+-Totalgehalt in den Bentoniten, der Pr{\"a}senz von Nebengemengteilen und die Schichtladungsverteilung in den Montmorilloniten beeinflusst. Es waren generell Behandlungstemperaturen von > 400°C erforderlich, um Cu2+-Fixierungsraten von > 95\% zu erzielen. Waren w{\"a}hrend der W{\"a}rmebehandlung neben Cu2+-Ionen gleichzeitig NH4+-Ionen in den Bentoniten pr{\"a}sent, konnte die Cu2+-Fixierungstemperatur herabgesetzt werden. Die Deammonisierung (NH4+ --> NH3 + H+) der NH4+-belegten Bentonite fand gr{\"o}ßtenteils unterhalb der Dehydroxylierungstemperatur der Bentonite statt. Durch Untersuchungen (XRD, FTIR, NMR, ESR) zum Mechanismus der Cu2+-Einbindung in die Bentonite an speziell aufbereiteten Proben (carbonatfrei, < 2 µm) konnte nachgewiesen werden, dass in den Cu2+-belegten Montmorilloniten die Cu2+-Ionen infolge der W{\"a}rmebehandlung nicht bis in die Oktaederschicht der Tonminerale vordringen, sondern nur bis in die Tetraederschicht wandern. In den NH4+-belegten Montmorilloniten treten im Zusammenhang mit der Deammonisierung keine zus{\"a}tzlichen Struktur{\"a}nderungen (wie Aufl{\"o}sung der Oktaederschicht) infolge der W{\"a}rmebehandlung auf.},
  subject      = {Bentonit},
  language  = {de}
}
@article{SchuchKaps,
  author    = {Schuch, Kai and Kaps, Christian},
  title     = {Maturation and Structure Formation Processes in Binders with Aqueous Alkali-Silicate Solutions},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3597},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20170907-35979},
  pages     = {1 -- 16},
  abstract  = {Maturation and structure formation processes can lead to crack formation in silicate and aluminosilicate binders (e.g. for coating materials...) through restricted deformation, loss of strength and thus to loss of durability. These processes are evaluated with silicate materials with an outlook on aluminosilicate binders.},
  subject      = {Waterglass},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Peters,
  author    = {Peters, Simone},
  title     = {The Influence of Power Ultrasound on Setting and Strength Development of Cement Suspensions},
  isbn      = {ISBN 978-3-00-055602-9},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.2744},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20170210-27446},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {146},
  abstract  = {Ein aktuelles Thema in der Forschung der Betonindustrie ist die gezielte Steuerung des Erstarrens und der Entwicklung der (Fr{\"u}h)Festigkeit von Betonen und M{\"o}rteln. Aus {\"o}konomischer Sicht sind außerdem die Reduktion der CO2-Emission und die Schonung von Ressourcen und Energie wichtige Forschungsschwerpunkte. Eine M{\"o}glichkeit zum Erreichen dieser Ziele ist es, die Reaktivit{\"a}t/Hydratation der silikatischen Klinkerphasen gezielt anzuregen. Neben den bereits bekannten M{\"o}glichkeiten der Hydratationsbeschleunigung (u.a. W{\"a}rmebehandlung, Zugabe von Salzen) bietet die Anwendung von Power-Ultraschall (PUS) eine weitere Alternative zur Beschleunigung der Zementhydratation. Da bis zum jetzigen Zeitpunkt noch keine Erfahrungen zum Einsatz von PUS in der Zementchemie vorliegen, sollen mit der vorliegenden Arbeit grundlegende Kenntnisse zum Einfluss von PUS auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen erarbeitet werden. Dazu wurde die Arbeit in f{\"u}nf Hauptuntersuchungsabschnitte aufgeteilt. Im ersten Teil wurden optimale PUS-Parameter wie Amplitude und Energieeintrag ermittelt, die eine effiziente Beschleunigung der Portlandzement(CEM I)hydratation bei kurzen Beschallzeiten und begrenzter Zementleimtemperaturerh{\"o}hung erlauben. Mit Hilfe unabh{\"a}ngiger Untersuchungsmethoden (Bestimmung des Erstarrungsbeginns, der Festigkeitsentwicklung, zerst{\"o}rungsfreier Ultraschallpr{\"u}fung, isothermer W{\"a}rmeflusskalorimetrie, hochaufl{\"o}sender Rasterelektronmikroskopie (REM) wurde die Wirkung von PUS auf den Hydratationsverlauf von CEM I-Suspensionen charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Behandlung von CEM I-Suspensionen mit PUS grunds{\"a}tzlich ein beschleunigtes Erstarren und eine beschleunigte (Fr{\"u}h)Festigkeitsentwicklung hervorruft. Anhand von REM-Untersuchungen konnte eindeutig nachgewiesen werden, dass die Beschleunigung der CEM I-Hydratation mit einer beschleunigten Hydratation der Hauptklinkerphase Alit korreliert. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurden die Ursachen der Aktivierung der Alithydratation untersucht. Dazu wurden Untersuchungen an Einzelsystemen des CEM I (silikatische Klinkerphase) durchgef{\"u}hrt. Es ist bekannt, das die Hydratation der Hauptklinkerphase Alit (in der reinen Form Tricalciumsilikat 3CaO*SiO2; C3S) durch L{\"o}sungs-/F{\"a}llungsreaktionen (Bildung von Calcium-Silikat-Hydrat Phasen, C-S-H Phasen) bestimmt wird. Mit Hilfe von Untersuchungen zur Aufl{\"o}sung (C3S) und Kristallbildung (C-S-H Phasen) in L{\"o}sungen und Suspensionen (Aufzeichnung der elektrischen Leitf{\"a}higkeit sowie Bestimmung der Ionenkonzentrationen der w{\"a}ssrigen Phase, REM-Charakterisierung der Pr{\"a}zipitate) wurde die Beeinflussung dieser durch eine PUS-Behandlung charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass in partikelfreien L{\"o}sungen (prim{\"a}re Keimbildung) eine PUS-Behandlung keinen Einfluss auf die Kinetik der Kristallisation von C-S-H Phasen hervorruft. Das heißt, auch die durch PUS eingetragene Energie reicht offensichtlich nicht aus, um in Abwesenheit von Oberfl{\"a}chen die C-S-H Phasen Bildung zu beschleunigen. Das weist darauf hin, dass die Bildung von C-S-H Phasen nicht durch eine Beschleunigung von Ionen in der L{\"o}sung (erh{\"o}hte Diffusion durch Anwendung von PUS) hervorgerufen wird. Eine Beschleunigung des Kristallisationsprozesses (Keimbildung und Wachstum von C-S-H Phasen) durch PUS wird nur in Anwesenheit von Partikeln in der L{\"o}sung (Suspension) erzielt. Das belegen Ergebnisse, bei denen die Bildung erster C-S-H Phasen bei geringer {\"U}bers{\"a}ttigung (heterogene Keimbildung, in Anwesenheit von Oberfl{\"a}chen) erfolgt. Unter diesen Bedingungen konnte gezeigt werden, dass PUS innerhalb der ersten 30 Minuten der Hydratation eine erh{\"o}hte F{\"a}llung von ersten C-S-H Phasen bewirkt. Diese fungieren dann vermutlich w{\"a}hrend der Haupthydratation als Keim bzw. geeignete Oberfl{\"a}che zum beschleunigten Aufwachsen von weiteren C-S-H Phasen. Weiterhin ist vorstellbar, dass (in Analogie zu anderen Bereichen der Sonochemie) PUS durch Kavitation Schockwellen hervorruft, welche Partikel und w{\"a}ssriges Medium beschleunigen und damit erh{\"o}hte Partikelbewegungen und -kollisionen induziert. Dies wiederum bewirkt, dass die anf{\"a}nglich auf der C3S-Oberfl{\"a}che gebildeten C-S-H Phasen teilweise wieder entfernt werden. Damit ist das Inl{\"o}sunggehen von Ca- und Si-Ionen aus dem C3S weiterhin m{\"o}glich. Um den genauen Mechanismus weiter zu charakterisieren sollten mit geeigneten Methoden weitere Untersuchungen durchgef{\"u}hrt werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Einfluss von PUS auf das Fließverhalten von CEM I-Suspensionen untersucht. Aus der Anwendung von PUS in anderen technischen Bereichen sind unter anderem Effekte wie das Entl{\"u}ften, das Homogenisieren und das Dispergieren von Suspensionen und Emulsionen mittels PUS bekannt. Mit Hilfe der Bestimmung des Luftporengehaltes, Sedimentationsversuchen und cryo-SEM Untersuchungen wurde der Einfluss von PUS auf CEM I-Suspensionen charakterisiert. Die Ergebnisse belegen, dass durch PUS eine verbesserte Homogenit{\"a}t und Dispergierung der CEM I-Suspension erzielt wird. Damit wird f{\"u}r CEM I-Suspensionen unterschiedlichster w/z-Werte eine verbesserte Fließf{\"a}higkeit festgestellt. Ergebnisse der Bestimmung von Ausbreitmaßen und Trichterauslaufzeiten zeigen, dass PUS einen direkten Einfluss vor allem auf die Viskosit{\"a}t der CEM I-Suspensionen besitzt. Werden Fließmitteln (FM) der CEM I-Suspension zugegeben, wird nicht in jedem Fall eine verbesserte Fließf{\"a}higkeit festgestellt. Hier scheint unter bestimmten Voraussetzungen (w/z-Wert, FM-Gehalt, PUS) die Reaktion zwischen Aluminat- und Sulfatphase des Klinkers gest{\"o}rt. Zur eindeutigen Kl{\"a}rung dieses Sachverhaltes bedarf es jedoch weiterer quantitativer Untersuchungen zum Reaktionsumsatz. Im dritten Teil der Arbeit wurden die am CEM I gewonnenen Erkenntnisse zum Einfluss von PUS auf die Hydratation an Portland-H{\"u}ttensand(H{\"U}S)-Zement-Systemen verifiziert. Daf{\"u}r wurden auch in diesem Teil der Arbeit zun{\"a}chst die optimalen PUS-Parameter festgelegt und der Einfluss auf das Erstarrung- und Erh{\"a}rtungsverhalten dokumentiert. Untersuchungsmethoden sind unter anderem die Bestimmung des Erstarrungsbeginns und der (Fr{\"u}h)Festigkeitsentwicklung, Temperaturaufzeichnungen und isothermale W{\"a}rmeflusskalorimetrie sowie REM. Die Ergebnisse zeigen, dass auch die Reaktion von H{\"U}S-Zementen durch PUS beschleunigt wird. Weiterf{\"u}hrende Untersuchungen belegen, dass die erzielte Beschleunigung vorwiegend auf der Beschleunigung der Alitkomponente des CEM I beruht. Im Fokus der Teile vier und f{\"u}nf dieser Arbeit stand die Anwendbarkeit der PUS-Technik unter praktischen Bedingungen. Zum einen wurde die Anwendbarkeit von PUS in fertig gemischten M{\"o}rteln beurteilt. Anhand des Vergleichs wichtiger Frisch- und Festm{\"o}rteleigenschaften unterschiedlich hergestellter M{\"o}rtel (beschallt im Anschluss an konventionelle Mischtechnik, beschallt im Anschluss an Suspensionsmischtechnik mit anschließender Zumischung der Gesteinsk{\"o}rnung und nicht beschallt) wird gezeigt, dass im Fall von M{\"o}rteln mit hohem Leimanteil eine durch PUS induzierte beschleunigte Festigkeitsentwicklung auch mit herk{\"o}mmlichen Mischabl{\"a}ufen (ohne aufwendige Umstellung des Mischprozesses) m{\"o}glich ist. Abschließend wird untersucht, ob der Herstellungsprozess von Wandbauteilen im Fertigteilwerk durch den Einsatz von PUS optimiert werden kann und ob eine Einbindung der PUS-Technik in den Fertigungsprozess ohne gr{\"o}ßeren Aufwand m{\"o}glich ist. Dazu wurden in einem ersten Schritt die Frisch- und Festbetoneigenschaften eines aktuell angewendeten selbstverdichtenden Betons im Labormaßstab (M{\"o}rtel) in Abh{\"a}ngigkeit einer PUS-Behandlung dokumentiert und mit der seiner unbeschallten Referenz verglichen. Aufgrund der durch PUS verursachten verbesserten Fließ- und Festigkeitseigenschaften kann die beschallte M{\"o}rtelrezeptur hinsichtlich Fließmittelgehalt und Dauer der W{\"a}rmebehandlung optimiert werden. Somit werden ca. 30 \% der Fließmittelzugabe und 40 \% der Dauer der W{\"a}rmebehandlung eigespart. Eine Einbindung der PUS-Technik in das betrachtete Fertigteilwerk ist nach {\"U}berpr{\"u}fung der konstruktiven Gegebenheiten der Fertigungsstrukturen ohne gr{\"o}ßeren Aufwand m{\"o}glich.},
  subject      = {Cement},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schoeler,
  author    = {Sch{\"o}ler, Axel},
  title     = {Hydration of multi-component cements containing clinker, slag, type-V fly ash and limestone},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.2622},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20160705-26221},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {189},
  abstract  = {Problemstellung und Zielsetzung 1. Die Herstellung von Portlandzementklinker tr{\"a}gt zu etwa 5 bis 8 \% zur j{\"a}hrlichen Emissionsmenge an menschlich generiertem CO2 bei. Dies ist begr{\"u}ndet in der Verwendung von fossilen Brennstoffen (ca. 40 \% des gesamten CO2) und in der Ents{\"a}uerung des stark kalksteinhaltigen Rohmehls (ca. 60 \% des gesamten CO2). 2. Verschiedene Strategien zur Verringerung des Ausstoßes an CO2 werden angewandt. Dies sind insbesondere die Optimierung der Prozessf{\"u}hrung bei der Klinkerherstellung, die Verwendung alternativer Brennstoffe und die teilweise Substitution des Klinkeranteils in Zementen mit mehreren Hauptbestandteilen durch Zementersatzstoffe, sogenannte SCM (supplementary cementitious materials), wobei H{\"u}ttensand, Flugasche und Kalksteinmehl die meist verwendeten Materialien darstellen. 3. Durch die Reduktion des Klinkeranteils k{\"o}nnen quatern{\"a}re Systeme nicht nur einen Beitrag zur Reduzierung von CO2-Emissionen leisten. Ebenfalls ist es mit derartigen Systemen m{\"o}glich H{\"u}ttensande und Flugaschen m{\"o}glichst {\"o}konomisch einzusetzen und gegebenenfalls auf Engp{\"a}sse bei deren Verf{\"u}gbarkeit zu reagieren. 4. H{\"u}ttensande und Flugaschen zeigen {\"A}hnlichkeiten in ihrer prinzipiellen chemischen Zusammensetzung, so dass {\"a}hnliche Hydratphasen w{\"a}hrend ihrer Reaktion in Anwesenheit von Portlandzement gebildet werden k{\"o}nnen. Im Vergleich zu tern{\"a}ren Systemen, die neben Kalkstein auch H{\"u}ttensand oder Flugasche enthalten, kann bei quatern{\"a}ren Zementen, die neben Kalkstein sowohl H{\"u}ttensand als auch Flugasche enthalten, eine {\"a}hnliche Phasenentwicklung und damit auch {\"a}hnliche Festigkeitsentwicklung erwartet werden. 5. Die Verwendung von SCM als Zementersatzstoff ist durch die im Vergleich zu Portlandzement deutlich langsamere Reaktion und die dadurch bedingte ebenfalls langsamere Festigkeitsentwicklung begrenzt. Dies betrifft insbesondere die Entwicklung innerhalb der ersten 28 Tage. Dementsprechend ist es unerl{\"a}sslich die Reaktivit{\"a}t von SCM wie H{\"u}ttensanden und Flugaschen eingehend zu untersuchen um die Reaktionsf{\"a}higkeit- und Geschwindigkeit und somit die Festigkeitsentwicklung zu steigern. 6. Die fr{\"u}he Reaktion der Hauptklinkerphasen ist weitgehend untersucht und beschrieben, wobei entsprechende Studien meist hochverd{\"u}nnte Modellsysteme betrachten. Jedoch gibt es kaum Hinweise inwiefern diese Erkenntnisse auf konzentrierte Systeme bei realistischen Wasser-Feststoff Verh{\"a}ltnissen {\"u}bertragen werden k{\"o}nnen. Entsprechende Untersuchungen sind n{\"o}tig um die Wechselwirkungen von Portlandzement und SCM in der Fr{\"u}hphase der Reaktion zu beschreiben. Stand der Wissenschaft 7. In verd{\"u}nnten Systemen f{\"u}hrt steigender Ca-Gehalt zu einer niedrigeren Aufl{\"o}sungsrate von C3S und C2S. 8. Bestimmende Faktoren der Aufl{\"o}sung von C3S sind sowohl die Unters{\"a}ttigung bez{\"u}glich C3S als auch die {\"U}bers{\"a}ttigung in Bezug auf C-S-H. 9. Erh{\"o}hte Al-Konzentrationen f{\"u}hren zur Verz{\"o}gerung der Hydratation von C3S. Dies kann begr{\"u}ndet sein durch die Einbindung von Al in C-S-H und eine dadurch bedingte deutlich langsamere Wachstumsrate von C-(A)-S-H. Ebenfalls scheint ein verz{\"o}gernder Effekt von Al auf die Aufl{\"o}sung von C3S m{\"o}glich. 10. Die Oberfl{\"a}che von Kalkstein bietet besonders gute Bedingungen f{\"u}r die Keimbildung von C-S-H, so dass im Vergleich zu anderen SCM in Anwesenheit von Kalkstein deutlich mehr C-S-H Keime gebildet werden. 11. Die Reaktivit{\"a}t von H{\"u}ttensand und Flugasche wird einerseits durch die Korngr{\"o}sse, andererseits jedoch auch durch die intrinsische Reaktivit{\"a}t des amorphen Anteils selbst bestimmt. 12. In amorphen (Calcium)Aluminosilikaten f{\"u}hrt ein steigender Gehalt an Netzwerkmodifizierern, wie z.B. CaO, zu einem st{\"a}rker depolymerisierten Glasnetzwerk und damit zu steigender Reaktivit{\"a}t. Die Wirkung von amphoteren Oxiden (Al2O3, Fe2O3) die sowohl als Netzwerkmodifizierer als auch als Netzwerkbildner auftreten k{\"o}nnen ist nicht vollst{\"a}ndig gekl{\"a}rt. 13. CO2 haltige Monophasen besitzen im Vergleich zu Monosulfoaluminat eine h{\"o}here thermodynamische Stabilit{\"a}t, wodurch Ettringit stabilisiert wird. Durch das hohe spezifische Volumen von Ettringit wird ein Maximum an Raumausf{\"u}llung, dadurch eine geringere Porosit{\"a}t und in Folge ein Maximum an Festigkeit erreicht. 14. Kalkstein reagiert nur in geringem Ausmaß entsprechend dem zur Reaktion vorhandenen Al2O3, wobei sich zun{\"a}chst Hemicarboaluminat, sp{\"a}ter Monocarboaluminat bildet. Dabei wird Al2O3 nicht nur durch den Portlandzement selbst, sondern auch durch die Aufl{\"o}sung von SCM, insbesondere von Flugasche, zur Verf{\"u}gung gestellt. Methodik 15. Der Einfluss von SCM auf die fr{\"u}he Hydratation von Portlandzement in bin{\"a}ren (d.h. H{\"u}ttensand oder Flugasche oder Quarz) und tern{\"a}ren (d.h. Flugasche und Kalkstein) Systemen wurde mittels isothermer Kalorimetrie und Porenl{\"o}sungsanalysen untersucht. {\"U}ber die chemische Zusammensetzung der Porenl{\"o}sung ermittelte S{\"a}ttigungsindices und L{\"o}slichkeitsprodukte wurden in Bezug zur W{\"a}rmeentwicklung gesetzt. Basierend auf den ermittelten Daten wurde evaluiert, inwiefern Mechanismen die die Hydratation von reinen Klinkerphasen in verd{\"u}nnten Systemen bestimmen ebenfalls in Zementpasten unter realistischen Bedingungen maßgebend sind. 16. Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf die Reaktivit{\"a}t von Gl{\"a}sern bei hohem pH (>13) wurde mittels Ionenchromatographie in hoch verd{\"u}nnten Systemen untersucht. Puzzolanit{\"a}tstests wurden an vereinfachten Modellsystemen sowie an Portlandzement-Glass-Systemen durchgef{\"u}hrt. Das Reaktionsverhalten der Gl{\"a}ser wurde {\"u}ber isotherme Kalorimetrie und thermogravimetrische Experimente untersucht. {\"U}ber Massenbilanzkalkulationen kann der Gehalt an gebundenem Wasser in Funktion der Menge an reagiertem Glas berechnet werden. Ein Abgleich mit gebundenem Wasser bestimmt {\"u}ber thermogravimetrische Untersuchungen erlaubt es, den Reaktionsgrad der Gl{\"a}ser abzusch{\"a}tzen. Zus{\"a}tzliche Experimente mittels selektiver L{\"o}sung wurden zu Vergleichszwecken durchgef{\"u}hrt. 17. Die Reaktionskinetik von quatern{\"a}ren Pasten die sowohl Kalksteinmehl als auch H{\"u}ttensand und Flugasche enthalten wurden bis zum Alter von 28 Tagen mittels isothermer Kalorimetrie und Experimenten zum chemischen Schwinden untersucht. Erg{\"a}nzend wurden Festigkeitspr{\"u}fungen an M{\"o}rtelprismen durchgef{\"u}hrt. 18. Quatern{\"a}re Pasten wurden ebenfalls hinsichtlich der gebildeten Hydratphasen bis zu einem Alter von 182 Tagen untersucht. Hierzu wurden basierend auf thermodynamischen Modellierungen volumetrische Berechnungen zum gesamten Phasenvolumen als Funktion des Kalkstein- und des Flugaschen- bzw. H{\"u}ttensandgehalts durchgef{\"u}hrt. Erg{\"a}nzt durch thermogravimetrische Ermittlung des Gehalts an gebundenem Wasser und Portlandit, sowie mittels qualitativen r{\"o}ntgendiffraktometrischen Untersuchungen wurden die Ergebnisse der thermodynamischen Berechnungen mit der Festigkeitsentwicklung von M{\"o}rtelprismen abgeglichen. 19. Porenl{\"o}sungen von quatern{\"a}ren Systemen wurden bis zu einem Alter von 728 Tagen mittels Ionenchromatographie und pH-Bestimmung analysiert. {\"U}ber die ermittelten Konzentrationen wurden S{\"a}ttigungsindices f{\"u}r relevante Phasen ermittelt. Im Hinblick auf den Einfluss des H{\"u}ttensandes wurden Porenl{\"o}sungen f{\"u}r ausgew{\"a}hlte Systeme bei verschiedenen H{\"u}ttensandgehalten (20 und 30 M.\%) bei 91 Tagen, sowie f{\"u}r die gesamten Matrix bis zu 91 Tagen, auf verschiedene Schwefelspecies untersucht. Im Wesentlichen erzielte Ergebnisse 20. Untersuchungen zur fr{\"u}hen Reaktionskinetik von bin{\"a}ren Systemen zeigten einen st{\"a}rkeren W{\"a}rmefluss in Anwesenheit von SCM, bedingt durch erh{\"o}hte f{\"u}r die Keimbildung zur Verf{\"u}gung stehende Oberfl{\"a}che sowie eine geringere ({\"U}ber)S{\"a}ttigung bez{\"u}glich C-S-H. Erh{\"o}hte Ca-Konzentrationen f{\"u}hrten nicht zu langsamerer Aufl{\"o}sung von C3S, wie dies f{\"u}r reine Phasen bei hoher Verd{\"u}nnung beobachtet wurde. Im Gegensatz zu Untersuchungen in Reinstsystemen f{\"u}hrten h{\"o}here Ca-Konzentrationen nicht zu geringeren Reaktionsraten von C3S. Die schnellste Reaktion wurde bei Anwesenheit von Kalkstein, d.h. den h{\"o}chsten Ca-Konzentrationen, beobachtet. Die grunds{\"a}tzliche Reaktionscharakteristik zeigt einen inversen Bezug zur Unters{\"a}ttigung bez{\"u}glich C3S, wobei h{\"o}here Unters{\"a}ttigung zu schnellerer Reaktion f{\"u}hrt. Wie ebenfalls in Reinstsystemen bei hoher Verd{\"u}nnung beobachtet, f{\"u}hrt die Anwesenheit von Aluminium zur Verz{\"o}gerung der Reaktion. H{\"o}here SO42--Konzentrationen wurden in Anwesenheit von Flugasche beobachtet was die Ettringitausf{\"a}llung verhinderte und zu h{\"o}heren Al-Konzentrationen f{\"u}hrt. Dieser Mechanismus f{\"u}hrt zu h{\"o}heren Al-Konzentrationen in Gegenwart von Quarz, H{\"u}ttensand und Kalkstein im Gegensatz zu Anwesenheit von Flugasche. 21. Die fr{\"u}he Hydratation von quatern{\"a}ren Systemen wird in Anwesenheit von Kalkstein deutlich beschleunigt, w{\"a}hrend Flugasche zu einer Verz{\"o}gerung f{\"u}hrt. Im Gegensatz zu einem Referenzsystem mit inertem Quarz konnte mittels isothermer Kalorimetrie und chemischem Schwinden eine Reaktionsbeschleunigung in Anwesenheit von H{\"u}ttensand nachgewiesen werden. Weitere Zugaben an Flugasche, Kalkstein oder Mischungen von beiden f{\"u}hrten zu einer weiteren Beschleunigung, wobei die Unterschiede zwischen diesen Materialien zu gering sind um eine klare Unterscheidung zu erm{\"o}glichen. 22. Bei allen zur Glasaufl{\"o}sung- bzw. Reaktivit{\"a}t durchgef{\"u}hrten Experimenten zeigten sich identische Trends, d.h. steigende Reaktivit{\"a}t und Aufl{\"o}sungsgeschwindigkeit mit steigendem Anteil an Netzwerkmodifizierern innerhalb der Glasstruktur. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass Al2O3 in s{\"a}mtlichen betrachteten Glaszusammensetzungen vorwiegend als Netzwerkmodifizierer vorliegt. Die thermogravimetrische Bestimmung von gebundenem Wasser bei den Modellsystemen und den glashaltigen Zementen kann {\"u}ber Massenbilanzberechnungen als Funktion des Anteils an reagiertem Glas zur Absch{\"a}tzung des Glasreaktionsgrades verwendet werden. 23. Zu fr{\"u}hen Zeiten von bis zu 7 Tagen hat der Anteil an H{\"u}ttensand, Flugasche oder Kalkstein keinen wesentlichen Einfluss auf die Festigkeitsentwicklung. Zu sp{\"a}teren Zeiten wurde {\"u}ber thermodynamische Berechnungen ein Reaktionsgrad des enthaltenen CaCO3 (Calcit) von 2 bis 5 M.\% ermittelt. Dies f{\"u}hrt zur Bildung von Hemicarboaluminat und Monocarboaluminat wodurch Ettringit indirekt stabilisiert wird. In Folge ergibt sich ein h{\"o}heres absolutes Volumen der gebildeten Hydratphasen und damit h{\"o}here Festigkeiten wie Festigkeitsuntersuchungen an M{\"o}rtelprismen zeigen. Dabei h{\"a}ngt der Reaktionsgrad des CaCO3 vom verf{\"u}gbaren Al2O3 ab, welches neben dem Portlandzement selbst auch durch die Reaktion von H{\"u}ttensand, im Besonderen aber durch die Aufl{\"o}sung der Flugasche zur Verf{\"u}gung steht. 24. Allgemein hat die Anwesenheit von H{\"u}ttensand und Flugasche in Gegenwart von Kalkstein wenig Einfluss auf die gebildeten Hydratphasen. Die sukzessive Substitution von H{\"u}ttensand durch Flugasche f{\"u}hrt zu einer geringen Abnahme von Portlandit und C-S-H und beg{\"u}nstigt die Bildung von mehr Monocarboaluminat und Hemicarboaluminat. Portlandit reagiert puzzolanisch mit der Flugasche wobei sich C-S-H bildet. Dennoch f{\"u}hrt die geringe Reaktivit{\"a}t der Flugasche zu geringerem Gehalt an C-S-H was wiederrum sinkendes gesamtes Hydratphasenvolumen und damit niedrigere Festigkeitswerte generiert. Allerdings ist der Einfluss gering und alle untersuchten Systeme erreichen die Festigkeitsklasse 42.5 N entsprechend EN 196-1. 25. Analog zur Hydratphasenbildung zeigten Untersuchungen der Porenl{\"o}sungschemie von quatern{\"a}ren Systemen durchweg {\"a}hnliche Ergebnisse. Entsprechend dem Gehalt an Flugasche sind die st{\"a}rksten Variationen in den Al-Konzentrationen zu verzeichnen, welche mit steigendem Gehalt an Flugasche und mit fortschreitender Hydratation ansteigen. Weiterhin ist zu sp{\"a}teren Zeiten Portlandit bei hohen Gehalten an Flugasche zusehends unters{\"a}ttigt, w{\"a}hrend die Unters{\"a}ttigung bez{\"u}glich Str{\"a}tlingit abnimmt, was auf die Aufl{\"o}sung von Portlandit hinweist. 26. Der absolute Gehalt an SO3 in der Porenl{\"o}sung wird dominiert von Sulfat (SO42-), w{\"a}hrend die Konzentrationen von Sulfit (SO32-) und Thiosulfat (S2O32-) sehr niedrig waren. Nach 2 Tagen lagen ca. 90 \% des gesamten Schwefels in Form von SO42- vor. Nach 91 Tagen waren dies ca. 36 \% w{\"a}hrend ca. 28 \% als S2O32- vorlagen. Bei h{\"o}heren Gehalten an H{\"u}ttensand sind dabei nach 7 Tagen h{\"o}here Konzentrationen an SO32- und S2O32- feststellbar.},
  subject      = {Hydrauliche Bindemittel},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mai,
  author    = {Mai, Luu},
  title     = {Structural Control Systems in High-speed Railway Bridges},
  issn      = {1610-7381},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.2339},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20141223-23391},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {147},
  abstract  = {Structural vibration control of high-speed railway bridges using tuned mass dampers, semi-active tuned mass dampers, fluid viscous dampers and magnetorheological dampers to reduce resonant structural vibrations is studied. In this work, the addressed main issues include modeling of the dynamic interaction of the structures, optimization of the parameters of the dampers and comparison of their efficiency. A new approach to optimize multiple tuned mass damper systems on an uncertain model is proposed based on the H-infinity optimization criteria and the DK iteration procedure with norm-bounded uncertainties in frequency domain. The parameters of tuned mass dampers are optimized directly and simultaneously on different modes contributing significantly to the multi-resonant peaks to explore the different possible combinations of parameters. The effectiveness of the present method is also evaluated through comparison with a previous method. In the case of semi-active tuned mass dampers, an optimization algorithm is derived to control the magnetorheological damper in these semi-active damping systems. The use of the proposed algorithm can generate various combinations of control gains and state variables. This can lead to the improvement of the ability of MR dampers to track the desired control forces. An uncertain model to reduce detuning effects is also considered in this work. Next, for fluid viscous dampers, in order to tune the optimal parameters of fluid viscous dampers to the vicinity of the exact values, analytical formulae which can include structural damping are developed based on the perturbation method. The proposed formulae can also be considered as an improvement of the previous analytical formulae, especially for bridge beams with large structural damping. Finally, a new combination of magnetorheological dampers and a double-beam system to improve the performance of the primary structure vibration is proposed. An algorithm to control magnetorheological dampers in this system is developed by using standard linear matrix inequality techniques. Weight functions as a loop shaping procedure are also introduced in the feedback controllers to improve the tracking ability of magnetorheological damping forces. To this end, the effectiveness of magnetorheological dampers controlled by the proposed scheme, along with the effects of the uncertain and time-delay parameters on the models, are evaluated through numerical simulations. Additionally, a comparison of the dampers based on their performance is also considered in this work.},
  subject      = {High-speed railway bridge},
  language  = {en}
}
@article{Zhang,
  author    = {Zhang, Yongzheng},
  title     = {Nonlocal dynamic Kirchhoff plate formulation based on nonlocal operator method},
  series = {Engineering with Computers},
  volume    = {2022},
  journal   = {Engineering with Computers},
  publisher = {Springer},
  address   = {London},
  doi       = {10.1007/s00366-021-01587-1},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220209-45849},
  pages     = {1 -- 35},
  abstract  = {In this study, we propose a nonlocal operator method (NOM) for the dynamic analysis of (thin) Kirchhoff plates. The nonlocal Hessian operator is derived based on a second-order Taylor series expansion. The NOM does not require any shape functions and associated derivatives as 'classical' approaches such as FEM, drastically facilitating the implementation. Furthermore, NOM is higher order continuous, which is exploited for thin plate analysis that requires C1 continuity. The nonlocal dynamic governing formulation and operator energy functional for Kirchhoff plates are derived from a variational principle. The Verlet-velocity algorithm is used for the time discretization. After confirming the accuracy of the nonlocal Hessian operator, several numerical examples are simulated by the nonlocal dynamic Kirchhoff plate formulation.},
  subject      = {Angewandte Mathematik},
  language  = {en}
}
@article{RabczukGuoZhuangetal.,
  author    = {Rabczuk, Timon and Guo, Hongwei and Zhuang, Xiaoying and Chen, Pengwan and Alajlan, Naif},
  title     = {Stochastic deep collocation method based on neural architecture search and transfer learning for heterogeneous porous media},
  series = {Engineering with Computers},
  volume    = {2022},
  journal   = {Engineering with Computers},
  publisher = {Springer},
  address   = {London},
  doi       = {10.1007/s00366-021-01586-2},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220209-45835},
  pages     = {1 -- 26},
  abstract  = {We present a stochastic deep collocation method (DCM) based on neural architecture search (NAS) and transfer learning for heterogeneous porous media. We first carry out a sensitivity analysis to determine the key hyper-parameters of the network to reduce the search space and subsequently employ hyper-parameter optimization to finally obtain the parameter values. The presented NAS based DCM also saves the weights and biases of the most favorable architectures, which is then used in the fine-tuning process. We also employ transfer learning techniques to drastically reduce the computational cost. The presented DCM is then applied to the stochastic analysis of heterogeneous porous material. Therefore, a three dimensional stochastic flow model is built providing a benchmark to the simulation of groundwater flow in highly heterogeneous aquifers. The performance of the presented NAS based DCM is verified in different dimensions using the method of manufactured solutions. We show that it significantly outperforms finite difference methods in both accuracy and computational cost.},
  subject      = {Maschinelles Lernen},
  language  = {en}
}
@article{KapsSchuchStaeblein,
  author    = {Kaps, Christian and Schuch, Kai and St{\"a}blein, Stefan},
  title     = {Silicate coatings for concrete components with waterglass systems by means of neutral salt initiation},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.2588},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20160601-25888},
  pages     = {1 -- 14},
  abstract  = {The objective of the investigations was the proof of the use of the neutral salt initiation as a construction material in the protecting silicate coating of concrete components, e.g. factory finished parts or reinforced concrete construction parts, by means of waterglass fused silica suspensions},
  subject      = {Silicate},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Abeltshauser,
  author    = {Abeltshauser, Rainer},
  title     = {Identification and separation of physical effects of coupled systems by using defined model abstractions},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.2860},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20170314-28600},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  abstract  = {The thesis investigates at the computer aided simulation process for operational vibration analysis of complex coupled systems. As part of the internal methods project "Absolute Values" of the BMW Group, the thesis deals with the analysis of the structural dynamic interactions and excitation interactions. The overarching aim of the methods project is to predict the operational vibrations of engines. Simulations are usually used to analyze technical aspects (e. g. operational vibrations, strength, ...) of single components in the industrial development. The boundary conditions of submodels are mostly based on experiences. So the interactions with neighboring components and systems are neglected. To get physically more realistic results but still efficient simulations, this work wants to support the engineer during the preprocessing phase by useful criteria. At first suitable abstraction levels based on the existing literature are defined to identify structural dynamic interactions and excitation interactions of coupled systems. So it is possible to separate different effects of the coupled subsystems. On this basis, criteria are derived to assess the influence of interactions between the considered systems. These criteria can be used during the preprocessing phase and help the engineer to build up efficient models with respect to the interactions with neighboring systems. The method was developed by using several models with different complexity levels. Furthermore, the method is proved for the application in the industrial environment by using the example of a current combustion engine.},
  subject      = {Strukturdynamik},
  language  = {en}
}
@article{Lahmer,
  author    = {Lahmer, Tom},
  title     = {FEM-Based determination of real and complex elastic, dielectric, and piezoelectric moduli in piezoceramic materials},
  series = {IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control},
  journal   = {IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3608},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20171030-36083},
  abstract  = {We propose an enhanced iterative scheme for the precise reconstruction of piezoelectric material parameters from electric impedance and mechanical displacement measurements. It is based on finite-element simulations of the full three-dimensional piezoelectric equations, combined with an inexact Newton or nonlinear Landweber iterative inversion scheme. We apply our method to two piezoelectric materials and test its performance. For the first material, the manufacturer provides a full data set; for the second one, no material data set is available. For both cases, our inverse scheme, using electric impedance measurements as input data, performs well.},
  subject      = {Finite-Elemente-Methode},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schrader,
  author    = {Schrader, Kai},
  title     = {Hybrid 3D simulation methods for the damage analysis of multiphase composites},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.2059},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20131021-20595},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {174},
  abstract  = {Modern digital material approaches for the visualization and simulation of heterogeneous materials allow to investigate the behavior of complex multiphase materials with their physical nonlinear material response at various scales. However, these computational techniques require extensive hardware resources with respect to computing power and main memory to solve numerically large-scale discretized models in 3D. Due to a very high number of degrees of freedom, which may rapidly be increased to the two-digit million range, the limited hardware ressources are to be utilized in a most efficient way to enable an execution of the numerical algorithms in minimal computation time. Hence, in the field of computational mechanics, various methods and algorithms can lead to an optimized runtime behavior of nonlinear simulation models, where several approaches are proposed and investigated in this thesis. Today, the numerical simulation of damage effects in heterogeneous materials is performed by the adaption of multiscale methods. A consistent modeling in the three-dimensional space with an appropriate discretization resolution on each scale (based on a hierarchical or concurrent multiscale model), however, still contains computational challenges in respect to the convergence behavior, the scale transition or the solver performance of the weak coupled problems. The computational efficiency and the distribution among available hardware resources (often based on a parallel hardware architecture) can significantly be improved. In the past years, high-performance computing (HPC) and graphics processing unit (GPU) based computation techniques were established for the investigationof scientific objectives. Their application results in the modification of existing and the development of new computational methods for the numerical implementation, which enables to take advantage of massively clustered computer hardware resources. In the field of numerical simulation in material science, e.g. within the investigation of damage effects in multiphase composites, the suitability of such models is often restricted by the number of degrees of freedom (d.o.f.s) in the three-dimensional spatial discretization. This proves to be difficult for the type of implementation method used for the nonlinear simulation procedure and, simultaneously has a great influence on memory demand and computational time. In this thesis, a hybrid discretization technique has been developed for the three-dimensional discretization of a three-phase material, which is respecting the numerical efficiency of nonlinear (damage) simulations of these materials. The increase of the computational efficiency is enabled by the improved scalability of the numerical algorithms. Consequently, substructuring methods for partitioning the hybrid mesh were implemented, tested and adapted to the HPC computing framework using several hundred CPU (central processing units) nodes for building the finite element assembly. A memory-efficient iterative and parallelized equation solver combined with a special preconditioning technique for solving the underlying equation system was modified and adapted to enable combined CPU and GPU based computations. Hence, it is recommended by the author to apply the substructuring method for hybrid meshes, which respects different material phases and their mechanical behavior and which enables to split the structure in elastic and inelastic parts. However, the consideration of the nonlinear material behavior, specified for the corresponding phase, is limited to the inelastic domains only, and by that causes a decreased computing time for the nonlinear procedure. Due to the high numerical effort for such simulations, an alternative approach for the nonlinear finite element analysis, based on the sequential linear analysis, was implemented in respect to scalable HPC. The incremental-iterative procedure in finite element analysis (FEA) during the nonlinear step was then replaced by a sequence of linear FE analysis when damage in critical regions occured, known in literature as saw-tooth approach. As a result, qualitative (smeared) crack initiation in 3D multiphase specimens has efficiently been simulated.},
  subject      = {high-performance computing},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Nouri,
  author    = {Nouri, Hamidreza},
  title     = {Mechanical Behavior of two dimensional sheets and polymer compounds based on molecular dynamics and continuum mechanics approach},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4670},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220713-46700},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {152},
  abstract  = {Compactly, this thesis encompasses two major parts to examine mechanical responses of polymer compounds and two dimensional materials: 1- Molecular dynamics approach is investigated to study transverse impact behavior of polymers, polymer compounds and two dimensional materials. 2- Large deflection of circular and rectangular membranes is examined by employing continuum mechanics approach. Two dimensional materials (2D), including, Graphene and molybdenum disulfide (MoS2), exhibited new and promising physical and chemical properties, opening new opportunities to be utilized alone or to enhance the performance of conventional materials. These 2D materials have attracted tremendous attention owing to their outstanding physical properties, especially concerning transverse impact loading. Polymers, with the backbone of carbon (organic polymers) or do not include carbon atoms in the backbone (inorganic polymers) like polydimethylsiloxane (PDMS), have extraordinary characteristics particularly their flexibility leads to various easy ways of forming and casting. These simple shape processing label polymers as an excellent material often used as a matrix in composites (polymer compounds). In this PhD work, Classical Molecular Dynamics (MD) is implemented to calculate transverse impact loading of 2D materials as well as polymer compounds reinforced with graphene sheets. In particular, MD was adopted to investigate perforation of the target and impact resistance force . By employing MD approach, the minimum velocity of the projectile that could create perforation and passes through the target is obtained. The largest investigation was focused on how graphene could enhance the impact properties of the compound. Also the purpose of this work was to discover the effect of the atomic arrangement of 2D materials on the impact problem. To this aim, the impact properties of two different 2D materials, graphene and MoS2, are studied. The simulation of chemical functionalization was carried out systematically, either with covalently bonded molecules or with non-bonded ones, focusing the following efforts on the covalently bounded species, revealed as the most efficient linkers. To study transverse impact behavior by using classical MD approach , Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS) software, that is well-known among most researchers, is employed. The simulation is done through predefined commands in LAMMPS. Generally these commands (atom style, pair style, angle style, dihedral style, improper style, kspace style, read data, fix, run, compute and so on) are used to simulate and run the model for the desired outputs. Depends on the particles and model types, suitable inter-atomic potentials (force fields) are considered. The ensembles, constraints and boundary conditions are applied depends upon the problem definition. To do so, atomic creation is needed. Python codes are developed to generate particles which explain atomic arrangement of each model. Each atomic arrangement introduced separately to LAMMPS for simulation. After applying constraints and boundary conditions, LAMMPS also include integrators like velocity-Verlet integrator or Brownian dynamics or other types of integrator to run the simulation and finally the outputs are emerged. The outputs are inspected carefully to appreciate the natural behavior of the problem. Appreciation of natural properties of the materials assist us to design new applicable materials. In investigation on the large deflection of circular and rectangular membranes, which is related to the second part of this thesis, continuum mechanics approach is implemented. Nonlinear F{\"o}ppl membrane theory, which carefully release nonlinear governing equations of motion, is considered to establish the non-linear partial differential equilibrium equations of the membranes under distributed and centric point loads. The Galerkin and energy methods are utilized to solve non-linear partial differential equilibrium equations of circular and rectangular plates respectively. Maximum deflection as well as stress through the film region, which are kinds of issue in many industrial applications, are obtained.},
  subject      = {Molekulardynamik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Jenabidehkordi,
  author    = {Jenabidehkordi, Ali},
  title     = {An Efficient Adaptive PD Formulation for Complex Microstructures},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4742},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20221124-47422},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {118},
  abstract  = {The computational costs of newly developed numerical simulation play a critical role in their acceptance within both academic use and industrial employment. Normally, the refinement of a method in the area of interest reduces the computational cost. This is unfortunately not true for most nonlocal simulation, since refinement typically increases the size of the material point neighborhood. Reducing the discretization size while keep- ing the neighborhood size will often require extra consideration. Peridy- namic (PD) is a newly developed numerical method with nonlocal nature. Its straightforward integral form equation of motion allows simulating dy- namic problems without any extra consideration required. The formation of crack and its propagation is known as natural to peridynamic. This means that discontinuity is a result of the simulation and does not demand any post-processing. As with other nonlocal methods, PD is considered an expensive method. The refinement of the nodal spacing while keeping the neighborhood size (i.e., horizon radius) constant, emerges to several nonphysical phenomena. This research aims to reduce the peridynamic computational and imple- mentation costs. A novel refinement approach is introduced. The pro- posed approach takes advantage of the PD flexibility in choosing the shape of the horizon by introducing multiple domains (with no intersections) to the nodes of the refinement zone. It will be shown that no ghost forces will be created when changing the horizon sizes in both subdomains. The approach is applied to both bond-based and state-based peridynamic and verified for a simple wave propagation refinement problem illustrating the efficiency of the method. Further development of the method for higher dimensions proves to have a direct relationship with the mesh sensitivity of the PD. A method for solving the mesh sensitivity of the PD is intro- duced. The application of the method will be examined by solving a crack propagation problem similar to those reported in the literature. New software architecture is proposed considering both academic and in- dustrial use. The available simulation tools for employing PD will be collected, and their advantages and drawbacks will be addressed. The challenges of implementing any node base nonlocal methods while max- imizing the software flexibility to further development and modification will be discussed and addressed. A software named Relation-Based Sim- ulator (RBS) is developed for examining the proposed architecture. The exceptional capabilities of RBS will be explored by simulating three dis- tinguished models. RBS is available publicly and open to further develop- ment. The industrial acceptance of the RBS will be tested by targeting its performance on one Mac and two Linux distributions.},
  subject      = {Peridynamik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Vogler,
  author    = {Vogler, Verena},
  title     = {A framework for artificial coral reef design: Integrating computational modelling and high precision monitoring strategies for artificial coral reefs - an Ecosystem-aware design approach in times of climate change},
  isbn      = {978-3-00-074495-2},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4611},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220322-46115},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {243},
  abstract  = {Tropical coral reefs, one of the world's oldest ecosystems which support some of the highest levels of biodiversity on the planet, are currently facing an unprecedented ecological crisis during this massive human-activity-induced period of extinction. Hence, tropical reefs symbolically stand for the destructive effects of human activities on nature [4], [5]. Artificial reefs are excellent examples of how architectural design can be combined with ecosystem regeneration [6], [7], [8]. However, to work at the interface between the artificial and the complex and temporal nature of natural systems presents a challenge, i.a. in respect to the B-rep modelling legacy of computational modelling. The presented doctorate investigates strategies on how to apply digital practice to realise what is an essential bulwark to retain reefs in impossibly challenging times. Beyond the main question of integrating computational modelling and high precision monitoring strategies in artificial coral reef design, this doctorate explores techniques, methods, and linking frameworks to support future research and practice in ecology led design contexts. Considering the many existing approaches for artificial coral reefs design, one finds they often fall short in precisely understanding the relationships between architectural and ecological aspects (e.g. how a surface design and material composition can foster coral larvae settlement, or structural three-dimensionality enhance biodiversity) and lack an integrated underwater (UW) monitoring process. Such a process is necessary in order to gather knowledge about the ecosystem and make it available for design, and to learn whether artificial structures contribute to reef regeneration or rather harm the coral reef ecosystem. For the research, empirical experimental methods were applied: Algorithmic coral reef design, high precision UW monitoring, computational modelling and simulation, and validated through parallel real-world physical experimentation - two Artificial Reef Prototypes (ARPs) in Gili Trawangan, Indonesia (2012-today). Multiple discrete methods and sub techniques were developed in seventeen computational experiments and applied in a way in which many are cross valid and integrated in an overall framework that is offered as a significant contribution to the field. Other main contributions include the Ecosystem-aware design approach, Key Performance Indicators (KPIs) for coral reef design, algorithmic design and fabrication of Biorock cathodes, new high precision UW monitoring strategies, long-term real-world constructed experiments, new digital analysis methods and two new front-end web-based tools for reef design and monitoring reefs. The methodological framework is a finding of the research that has many technical components that were tested and combined in this way for the very first time. In summary, the thesis responds to the urgency and relevance in preserving marine species in tropical reefs during this massive extinction period by offering a differentiated approach towards artificial coral reefs - demonstrating the feasibility of digitally designing such 'living architecture' according to multiple context and performance parameters. It also provides an in-depth critical discussion of computational design and architecture in the context of ecosystem regeneration and Planetary Thinking. In that respect, the thesis functions as both theoretical and practical background for computational design, ecology and marine conservation - not only to foster the design of artificial coral reefs technically but also to provide essential criteria and techniques for conceiving them. Keywords: Artificial coral reefs, computational modelling, high precision underwater monitoring, ecology in design.},
  subject      = {Korallenriff},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Staeudel,
  author    = {St{\"a}udel, J{\"u}rgen},
  title     = {Development, Implementation and Operation of Integrated Sanitation Systems Based on Material-Flows - Integrated Sanitation in the City of Darkhan, Mongolia - A Practicable Example},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3179},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20170512-31794},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  abstract  = {The world society faces a huge challenge to implement the human right of "access to sanitation". More and more it is accepted that the conventional approach towards providing sanitation services is not suitable to solve this problem. This dissertation examines the possibility to enhance "access to sanitation" for people who are living in areas with underdeveloped water and wastewater infrastructure systems. The idea hereby is to follow an integrated approach for sanitation, which allows for a mutual completion of existing infrastructure with resource-based sanitation systems. The notion "integrated sanitation system (iSaS)" is defined in this work and guiding principles for iSaS are formulated. Further on the implementation of iSaS is assessed at the example of a case study in the city of Darkhan in Mongolia. More than half of Mongolia's population live in settlements where yurts (tents of Nomadic people) are predominant. In these settlements (or "ger areas") sanitation systems are not existent and the hygienic situation is precarious. An iSaS has been developed for the ger areas in Darkhan and tested over more than two years. Further on a software-based model has been developed with the goal to describe and assess different variations of the iSaS. The results of the assessment of material-flows, monetary-flows and communication-flows within the iSaS are presented in this dissertation. The iSaS model is adaptable and transferable to the socio-economic conditions in other regions and climate zones.},
  subject      = {Abwasser},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Amiri,
  author    = {Amiri, Fatemeh},
  title     = {Computational modelling of fracture with local maximum entropy approximations},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.2631},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20160719-26310},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {130},
  abstract  = {The key objective of this research is to study fracture with a meshfree method, local maximum entropy approximations, and model fracture in thin shell structures with complex geometry and topology. This topic is of high relevance for real-world applications, for example in the automotive industry and in aerospace engineering. The shell structure can be described efficiently by meshless methods which are capable of describing complex shapes as a collection of points instead of a structured mesh. In order to find the appropriate numerical method to achieve this goal, the first part of the work was development of a method based on local maximum entropy (LME) shape functions together with enrichment functions used in partition of unity methods to discretize problems in linear elastic fracture mechanics. We obtain improved accuracy relative to the standard extended finite element method (XFEM) at a comparable computational cost. In addition, we keep the advantages of the LME shape functions,such as smoothness and non-negativity. We show numerically that optimal convergence (same as in FEM) for energy norm and stress intensity factors can be obtained through the use of geometric (fixed area) enrichment with no special treatment of the nodes near the crack such as blending or shifting. As extension of this method to three dimensional problems and complex thin shell structures with arbitrary crack growth is cumbersome, we developed a phase field model for fracture using LME. Phase field models provide a powerful tool to tackle moving interface problems, and have been extensively used in physics and materials science. Phase methods are gaining popularity in a wide set of applications in applied science and engineering, recently a second order phase field approximation for brittle fracture has gathered significant interest in computational fracture such that sharp cracks discontinuities are modeled by a diffusive crack. By minimizing the system energy with respect to the mechanical displacements and the phase-field, subject to an irreversibility condition to avoid crack healing, this model can describe crack nucleation, propagation, branching and merging. One of the main advantages of the phase field modeling of fractures is the unified treatment of the interfacial tracking and mechanics, which potentially leads to simple, robust, scalable computer codes applicable to complex systems. In other words, this approximation reduces considerably the implementation complexity because the numerical tracking of the fracture is not needed, at the expense of a high computational cost. We present a fourth-order phase field model for fracture based on local maximum entropy (LME) approximations. The higher order continuity of the meshfree LME approximation allows to directly solve the fourth-order phase field equations without splitting the fourth-order differential equation into two second order differential equations. Notably, in contrast to previous discretizations that use at least a quadratic basis, only linear completeness is needed in the LME approximation. We show that the crack surface can be captured more accurately in the fourth-order model than the second-order model. Furthermore, less nodes are needed for the fourth-order model to resolve the crack path. Finally, we demonstrate the performance of the proposed meshfree fourth order phase-field formulation for 5 representative numerical examples. Computational results will be compared to analytical solutions within linear elastic fracture mechanics and experimental data for three-dimensional crack propagation. In the last part of this research, we present a phase-field model for fracture in Kirchoff-Love thin shells using the local maximum-entropy (LME) meshfree method. Since the crack is a natural outcome of the analysis it does not require an explicit representation and tracking, which is advantageous over techniques as the extended finite element method that requires tracking of the crack paths. The geometric description of the shell is based on statistical learning techniques that allow dealing with general point set surfaces avoiding a global parametrization, which can be applied to tackle surfaces of complex geometry and topology. We show the flexibility and robustness of the present methodology for two examples: plate in tension and a set of open connected pipes.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Nanthakumar,
  author    = {Nanthakumar, S.S.},
  title     = {Inverse and optimization problems in piezoelectric materials using Extended Finite Element Method and Level sets},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.2709},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20161128-27095},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  abstract  = {Piezoelectric materials are used in several applications as sensors and actuators where they experience high stress and electric field concentrations as a result of which they may fail due to fracture. Though there are many analytical and experimental works on piezoelectric fracture mechanics. There are very few studies about damage detection, which is an interesting way to prevent the failure of these ceramics. An iterative method to treat the inverse problem of detecting cracks and voids in piezoelectric structures is proposed. Extended finite element method (XFEM) is employed for solving the inverse problem as it allows the use of a single regular mesh for large number of iterations with different flaw geometries. Firstly, minimization of cost function is performed by Multilevel Coordinate Search (MCS) method. The XFEM-MCS methodology is applied to two dimensional electromechanical problems where flaws considered are straight cracks and elliptical voids. Then a numerical method based on combination of classical shape derivative and level set method for front propagation used in structural optimization is utilized to minimize the cost function. The results obtained show that the XFEM-level set methodology is effectively able to determine the number of voids in a piezoelectric structure and its corresponding locations. The XFEM-level set methodology is improved to solve the inverse problem of detecting inclusion interfaces in a piezoelectric structure. The material interfaces are implicitly represented by level sets which are identified by applying regularisation using total variation penalty terms. The formulation is presented for three dimensional structures and inclusions made of different materials are detected by using multiple level sets. The results obtained prove that the iterative procedure proposed can determine the location and approximate shape of material subdomains in the presence of higher noise levels. Piezoelectric nanostructures exhibit size dependent properties because of surface elasticity and surface piezoelectricity. Initially a study to understand the influence of surface elasticity on optimization of nano elastic beams is performed. The boundary of the nano structure is implicitly represented by a level set function, which is considered as the design variable in the optimization process. Two objective functions, minimizing the total potential energy of a nanostructure subjected to a material volume constraint and minimizing the least square error compared to a target displacement, are chosen for the numerical examples. The numerical examples demonstrate the importance of size and aspect ratio in determining how surface effects impact the optimized topology of nanobeams. Finally a conventional cantilever energy harvester with a piezoelectric nano layer is analysed. The presence of surface piezoelectricity in nano beams and nano plates leads to increase in electromechanical coupling coefficient. Topology optimization of these piezoelectric structures in an energy harvesting device to further increase energy conversion using appropriately modified XFEM-level set algorithm is performed .},
  subject      = {Finite-Elemente-Methode},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Ehrhardt,
  author    = {Ehrhardt, Dirk},
  title     = {ZUM EINFLUSS DER NACHBEHANDLUNG AUF DIE GEF{\"U}GEAUSBILDUNG UND DEN FROST-TAUMITTELWIDERSTAND DER BETONRANDZONE},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3688},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20171120-36889},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {235},
  abstract  = {Die Festigkeitsentwicklung des Zementbetons basiert auf der chemischen Reaktion des Zementes mit dem Anmachwasser. Durch Nachbehandlungsmaßnahmen muss daf{\"u}r gesorgt werden, dass dem Zement gen{\"u}gend Wasser f{\"u}r seine Reaktion zur Verf{\"u}gung steht, da sonst ein Beton mit minderer Qualit{\"a}t entsteht. Die vorliegende Arbeit behandelt die grunds{\"a}tzlichen Fragen der Betonnachbehandlung bei Anwendung von Straßenbetonen. Im Speziellen wird die Frage des erforderlichen Nachbehandlungsbedarfs von h{\"u}ttensandhaltigen Kompositzementen betrachtet. Die Wirkung der Nachbehandlung wird anhand des erreichten Frost-Tausalz-Widerstandes und der Gef{\"u}geausbildung in der unmittelbaren Betonrandzone bewertet. Der Fokus der Untersuchungen lag auf abgezogenen Betonoberfl{\"a}chen. Es wurde ein Modell zur Austrocknung des jungen Betons erarbeitet. Es konnte gezeigt werden, dass in einer fr{\"u}hen Austrocknung (Kapillarphase) keine kritische Austrocknung der Betonrandzone einsetzt, sondern der Beton ann{\"a}hrend gleichm{\"a}ßig {\"u}ber die H{\"o}he austrocknet. Es wurde ein Nomogramm entwickelt, mit dem die Dauer der Kapillarphase in Abh{\"a}ngigkeit der Witterung f{\"u}r Straßenbetone abgesch{\"a}tzt werden kann. Eine kritische Austrocknung der wichtigen Randzone setzt nach Ende der Kapillarphase ein. F{\"u}r Betone unter Verwendung von Zementen mit langsamer Festigkeitsentwicklung ist die Austrocknung der Randzone nach Ende der Kapillarphase besonders ausgepr{\"a}gt. Im Ergebnis zeigen diese Betone dann einen geringen Frost-Tausalz-Widerstand. Mit Zementen, die eine 2d-Zementdruckfestigkeit ≥ 23,0 N/mm² aufweisen, wurde unabh{\"a}ngig von der Zementart (CEM I oder CEM II/B-S) auch dann ein hoher Frost-Tausalz-Widerstand erreicht, wenn keine oder eine schlechtere Nachbehandlung angewendet wurde. F{\"u}r die Praxis ergibt sich damit eine einfache M{\"o}glichkeit der Vorauswahl von geeigneten Zementen f{\"u}r den Verkehrsfl{\"a}chenbau. Betone, die unter Verwendung von Zementen mit langsamere Festigkeitsentwicklung hergestellt werden, erreichen einen hohen Frost-Tausalz-Widerstand nur mit einer geeigneten Nachbehandlung. Die Anwendung von fl{\"u}ssigen Nachbehandlungsmitteln (NBM gem{\"a}ß TL NBM-StB) erreicht eine {\"a}hnliche Wirksamkeit wie eine 5 t{\"a}gige Feuchtnachbehandlung. Voraussetzung f{\"u}r die Wirksamkeit der NBM ist, dass sie auf eine Betonoberfl{\"a}che ohne sichtbaren Feuchtigkeitsfilm (feuchter Glanz) aufgespr{\"u}ht werden. Besonders wichtig ist die Beachtung des richtigen Auftragszeitpunktes bei k{\"u}hler Witterung, da hier aufgrund der verlangsamten Zementreaktion der Beton l{\"a}nger Anmachwasser abst{\"o}ßt. Ein zu fr{\"u}her Auftrag des Nachbehandlungsmittels f{\"u}hrt zu einer Verschlechterung der Qualit{\"a}t der Betonrandzone. Durch Bereitstellung hydratationsabh{\"a}ngiger Transportkenngr{\"o}ßen (Feuchtetransport im Beton) konnten numerische Berechnungen zum Zusammenspiel zwischen der Austrocknung, der Nachbehandlung und der Gef{\"u}geentwicklung durchgef{\"u}hrt werden. Mit dem erstellten Berechnungsmodell wurden Parameterstudien durchgef{\"u}hrt. Die Berechnungen best{\"a}tigen die wesentlichen Erkenntnisse der Laboruntersuchungen. Dar{\"u}ber hinaus l{\"a}sst sich mit dem Berechnungsmodell zeigen, dass gerade bei langsam reagierenden Zementen und k{\"u}hler Witterung ohne eine Nachbehandlung eine sehr d{\"u}nne Randzone (ca. 500 µm - 1000 µm) mit stark erh{\"o}hter Kapillarporosit{\"a}t entsteht.},
  subject      = {Beton},
  language  = {de}
}