@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}
}
@misc{Piethe,
  type      = {Master Thesis},
  author    = {Piethe, Vivienne},
  title     = {Konfektionierung eines Calciumsulfat-Bindemittelsystems zur Herstellung volumenstabiler Fließestrichm{\"o}rtel},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3944},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20190902-39445},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {107},
  abstract  = {Bei einem markt{\"u}blichen Calciumsulfat-Fließestrich wurden in der Praxis sch{\"a}digende Volu-menexpansionen festgestellt. Diese sind ein Resultat aus dem Zusammenwirken des einge-setzten Bindemittel-Compounds und einer kritischen Gesteinsk{\"o}rnung. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Calciumsulfat-Bindemittelsystem zu konfektionieren, welches in der Lage ist, die im M{\"o}rtel festgestellten Volumenexpansionen zu unterbinden. Es sollen verschiedene Bindemittel- und Additivzusammensetzungen untersucht werden, welche in Verbindung mit der kritischen Gesteinsk{\"o}rnung die Herstellung eines volumenstabilen Fließestrichs erm{\"o}glichen. Dazu soll folgende Fragestellung beantwortet werden: Welche Ursachen hat die Volumenzunahme und wie ist diese zu minimieren bzw. unterbinden? Dabei werden unterschiedliche Bindemittelrezepturen aus α-Halbhydrat, Thermoanhydrit und Naturanhydrit, sowie verschiedene Additivzusammensetzungen hergestellt und untersucht. Durch L{\"a}ngen{\"a}nderungsmessungen in der Schwindrinne werden die Einfl{\"u}sse der Binde-mittel, der Additivzusammensetzungen und der Wasser/Bindemittel-Werte auf das L{\"a}n-gen{\"a}nderungsverhalten untersucht. Mittels Variation der einzelnen Compound-Bestandteile kann festgestellt werden, dass der Stabilisierer die L{\"a}ngen{\"a}nderung negativ beeinflusst. Dieser bindet freies Wasser, welches f{\"u}r eine Reaktion zwischen Bindemittel und Gesteins-k{\"o}rnung im plastischen Zustand nicht mehr zur Verf{\"u}gung steht. Diese Reaktion kann folglich erst im erh{\"a}rteten Zustand ablaufen und verursacht die sch{\"a}digende Volumenexpansion. Abschließend wurde ein Bindemittel-Compound konfektioniert, welcher ohne Zusatz von Stabilisierern in Zusammenhang mit der kritischen Gesteinsk{\"o}rnung volumenstabil ist und keine Sch{\"a}den ausl{\"o}st.},
  subject      = {Calciumsulfat},
  language  = {de}
}
@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}
}
@unpublished{RadmardRahmaniKoenke,
  author    = {Radmard Rahmani, Hamid and K{\"o}nke, Carsten},
  title     = {Passive Control of Tall Buildings Using Distributed Multiple Tuned Mass Dampers},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3859},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20190311-38597},
  pages     = {43},
  abstract  = {The vibration control of the tall building during earthquake excitations is a challenging task due to their complex seismic behavior. This paper investigates the optimum placement and properties of the Tuned Mass Dampers (TMDs) in tall buildings, which are employed to control the vibrations during earthquakes. An algorithm was developed to spend a limited mass either in a single TMD or in multiple TMDs and distribute them optimally over the height of the building. The Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA - II) method was improved by adding multi-variant genetic operators and utilized to simultaneously study the optimum design parameters of the TMDs and the optimum placement. The results showed that under earthquake excitations with noticeable amplitude in higher modes, distributing TMDs over the height of the building is more effective in mitigating the vibrations compared to the use of a single TMD system. From the optimization, it was observed that the locations of the TMDs were related to the stories corresponding to the maximum modal displacements in the lower modes and the stories corresponding to the maximum modal displacements in the modes which were highly activated by the earthquake excitations. It was also noted that the frequency content of the earthquake has significant influence on the optimum location of the TMDs.},
  subject      = {Schwingungsd{\"a}mpfer},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Ren,
  author    = {Ren, Huilong},
  title     = {Dual-horizon peridynamics and Nonlocal operator method},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4403},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20210412-44039},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {223},
  abstract  = {In the last two decades, Peridynamics (PD) attracts much attention in the field of fracture mechanics. One key feature of PD is the nonlocality, which is quite different from the ideas in conventional methods such as FEM and meshless method. However, conventional PD suffers from problems such as constant horizon, explicit algorithm, hourglass mode. In this thesis, by examining the nonlocality with scrutiny, we proposed several new concepts such as dual-horizon (DH) in PD, dual-support (DS) in smoothed particle hydrodynamics (SPH), nonlocal operators and operator energy functional. The conventional PD (SPH) is incorporated in the DH-PD (DS-SPH), which can adopt an inhomogeneous discretization and inhomogeneous support domains. The DH-PD (DS-SPH) can be viewed as some fundamental improvement on the conventional PD (SPH). Dual formulation of PD and SPH allows h-adaptivity while satisfying the conservations of linear momentum, angular momentum and energy. By developing the concept of nonlocality further, we introduced the nonlocal operator method as a generalization of DH-PD. Combined with energy functional of various physical models, the nonlocal forms based on dual-support concept are derived. In addition, the variation of the energy functional allows implicit formulation of the nonlocal theory. At last, we developed the higher order nonlocal operator method which is capable of solving higher order partial differential equations on arbitrary domain in higher dimensional space. Since the concepts are developed gradually, we described our findings chronologically. In chapter 2, we developed a DH-PD formulation that includes varying horizon sizes and solves the "ghost force" issue. The concept of dual-horizon considers the unbalanced interactions between the particles with different horizon sizes. The present formulation fulfills both the balances of linear momentum and angular momentum exactly with arbitrary particle discretization. All three peridynamic formulations, namely bond based, ordinary state based and non-ordinary state based peridynamics can be implemented within the DH-PD framework. A simple adaptive refinement procedure (h-adaptivity) is proposed reducing the computational cost. Both two- and three- dimensional examples including the Kalthoff-Winkler experiment and plate with branching cracks are tested to demonstrate the capability of the method. In chapter 3, a nonlocal operator method (NOM) based on the variational principle is proposed for the solution of waveguide problem in computational electromagnetic field. Common differential operators as well as the variational forms are defined within the context of nonlocal operators. The present nonlocal formulation allows the assembling of the tangent stiffness matrix with ease, which is necessary for the eigenvalue analysis of the waveguide problem. The present formulation is applied to solve 1D Schrodinger equation, 2D electrostatic problem and the differential electromagnetic vector wave equations based on electric fields. In chapter 4, a general nonlocal operator method is proposed which is applicable for solving partial differential equations (PDEs) of mechanical problems. The nonlocal operator can be regarded as the integral form, ``equivalent'' to the differential form in the sense of a nonlocal interaction model. The variation of a nonlocal operator plays an equivalent role as the derivatives of the shape functions in the meshless methods or those of the finite element method. Based on the variational principle, the residual and the tangent stiffness matrix can be obtained with ease. The nonlocal operator method is enhanced here also with an operator energy functional to satisfy the linear consistency of the field. A highlight of the present method is the functional derived based on the nonlocal operator can convert the construction of residual and stiffness matrix into a series of matrix multiplications using the predefined nonlocal operators. The nonlocal strong forms of different functionals can be obtained easily via the concept of support and dual-support. Several numerical examples of different types of PDEs are presented. In chapter 5, we extended the NOM to higher order scheme by using a higher order Taylor series expansion of the unknown field. Such a higher order scheme improves the original NOM in chapter 3 and chapter 4, which can only achieve one-order convergence. The higher order NOM obtains all partial derivatives with specified maximal order simultaneously without resorting to shape functions. The functional based on the nonlocal operators converts the construction of residual and stiffness matrix into a series of matrix multiplication on the nonlocal operator matrix. Several numerical examples solved by strong form or weak form are presented to show the capabilities of this method. In chapter 6, the NOM proposed as a particle-based method in chapter 3,4,5, has difficulty in imposing accurately the boundary conditions of various orders. In this paper, we converted the particle-based NOM into a scheme with interpolation property. The new scheme describes partial derivatives of various orders at a point by the nodes in the support and takes advantage of the background mesh for numerical integration. The boundary conditions are enforced via the modified variational principle. The particle-based NOM can be viewed a special case of NOM with interpolation property when nodal integration is used. The scheme based on numerical integration greatly improves the stability of the method, as a consequence, the operator energy functional in particle-based NOM is not required. We demonstrated the capabilities of current method by solving the gradient solid problems and comparing the numerical results with the available exact solutions. In chapter 7, we derived the DS-SPH in solid within the framework of variational principle. The tangent stiffness matrix of SPH can be obtained with ease, and can be served as the basis for the present implicit SPH. We proposed an hourglass energy functional, which allows the direct derivation of hourglass force and hourglass tangent stiffness matrix. The dual-support is {involved} in all derivations based on variational principles and is automatically satisfied in the assembling of stiffness matrix. The implementation of stiffness matrix comprises with two steps, the nodal assembly based on deformation gradient and global assembly on all nodes. Several numerical examples are presented to validate the method.},
  subject      = {Peridynamik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Rost,
  author    = {Rost, Grit},
  title     = {Entwicklung eines Toolboxmodells als Planungswerkzeug f{\"u}r ein transdisziplin{\"a}res Wasserressourcenmanagement am Beispiel der Stadt Darkhan, Mongolei},
  publisher = {Rhombus},
  address   = {Berlin},
  isbn      = {978-3-941216-94-5},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4287},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20201113-42874},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {172},
  abstract  = {Im Rahmen der Dissertation wurde ein Toolboxmodell f{\"u}r transdisziplin{\"a}res Wasserressourcenmanagement entwickelt. Das Modell liefert den methodischen Rahmen Wasserressourcen nachhaltig und transdisziplin{\"a}r zu bewirtschaften. Der Begriff der Nachhaltigkeit und eine Konkretisierung der nachhaltigen Bewirtschaftung globaler Wasserressourcen scheinen un{\"u}berschaubar und suggerieren die Forderung nach einer neuen Weltformel. Die globale Bedeutung der Wasserressourcen, die f{\"u}r Regionen spezifischen Besonderheiten des nat{\"u}rlichen Wasserhaushalts und der anthropogenen Nutzung, die Zeitskala und die Kontextualisierung in alle betroffenen und benachbarten Disziplinen deuten auf die Komplexit{\"a}t der Thematik hin. Es wird eine Systematisierung des Planungsprozesses von Wasserressourcen notwendig, anhand derer eine holistische Herangehensweise mit einer Strategieentwicklung f{\"u}r Regionen spezifischer Schwerpunktprobleme erfolgt. Ziel der Arbeit ist die Erarbeitung einer Strategie zur Systematisierung nach diesen Forderungen und die Bereitstellung eines Toolboxmodelles als Planungswerkzeug f{\"u}r das transdisziplin{\"a}re Wasserressourcenmanagement. Das Toolboxmodell stellt den konzeptionellen Rahmen f{\"u}r die Bewirtschaftung von Wasserressourcen mit der Anwendung transdisziplin{\"a}rer Forschungsmethoden bereit. Wesentliche Herausforderung bei der Anwendung der transdisziplin{\"a}ren Methode sind die Implementierung verschiedener Skalenbereiche, der Umgang mit der Komplexit{\"a}t von Daten, das Bewahren von Transparenz und Objektivit{\"a}t sowie die Erm{\"o}glichung eines auf andere Regionen {\"u}bertragbaren Planungsprozesses. Die theoretischen Grundlagen naturwissenschaftlicher Forschung zur Nachhaltigkeit haben ihren Ursprung in den biologischen und geographischen Disziplinen. Das Ineinandergreifen naturr{\"a}umlicher Zusammenh{\"a}nge und der Einfluss anthropogener Nutzung und technischer Innovationen auf den Naturhaushalt sind Kern der Kausalit{\"a}t {\"u}bergreifenden Denkens und Verstehens. Mit dem Ansatz des integrierten Wasserressourcenmanagements (IWRM) erfolgt die Ber{\"u}cksichtigung wirtschaftlicher und sozio{\"o}konomischer Ziele in den Planungsprozess f{\"u}r {\"o}kologisch nachhaltige Wasserwirtschaft. Das Instrument der Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) ist auf eine Gew{\"a}sser{\"o}kologie ausgerichtete Richtlinie, welche die Integration verschiedener Interessenvertreter in den Planungsprozess vorsieht. Das Konzept der neuartigen Sanit{\"a}rsysteme basiert auf Stofffl{\"u}ssen zwischen konkurrierenden Handlungsbereichen, wie Abfall-, Ressourcen- und Landwirtschaft. Den integrierten Ans{\"a}tzen fehlt eine {\"u}bergeordnete gemeinsame Zielstrategie - eine sogenannte Phase Null. Diese Phase Null - das Lernen aller 7 Zusammenfassung 157 relevanten, konkurrierenden und harmonisierenden Handlungsfelder eines Planungshorizontes wird durch eine transdisziplin{\"a}re Perspektive erm{\"o}glicht. W{\"a}hrend bei der integralen Perspektive eine disziplinorientierte Kooperation im Vordergrund steht, verlangt die transdisziplin{\"a}re Perspektive nach einer problemorientierten Kooperation zwischen den Interessenvertretern (Werlen 2015). Die bestehenden Konzepte und Richtlinien f{\"u}r das nachhaltige Management von Wasserressourcen sind etabliert und evaluiert. Der Literatur zur Folge ist eine Weiterentwicklung nach der Perspektive der Transdisziplinarit{\"a}t erforderlich. Das Toolboxmodell f{\"u}r integrales Wasserressourcenmanagement entspricht einem Planungstool bestehend aus Werkzeugen f{\"u}r die Anwendung wissenschaftlicher Methoden. Die Zusammenstellung der Methoden/Werkzeuge erf{\"u}llt im Rahmen die Methode transdisziplin{\"a}rer Forschung. Das Werkzeug zum Aufstellen der relevanten Handlungsfelder umfasst die Charakterisierung eines Untersuchungsgebietes und Planungsrahmens, die kausale Verkn{\"u}pfung des Bewirtschaftungskonzeptes und konkurrierender sowie sich unterst{\"u}tzender Stakeholder. Mit dem Werkzeug der Kontextualisierung und Indikatorenaufstellung wird eine Methode der stufenweisen und von einer Skala unabh{\"a}ngigen Bewertung des Umweltzustandes f{\"u}r die Zielpriorisierung vorgenommen. Damit wird das Toolboxmodell dem Problem der Komplexit{\"a}t und Datenverf{\"u}gbarkeit gerecht. Anhand der eingesetzten ABC Methode, werden die Bewertungsgr{\"o}ßen differenziert strukturiert auf verschiedene Skalen und Datenressourcen (A=Ersterkennung,B=Zeigerwerte, C=Modell/Index). Die ABC-Methode erm{\"o}glicht die Planung bereits mit unsicherer und l{\"u}ckenhafter Datengrundlage, ist jederzeit erweiterbar und bietet somit eine operative Wissensgenerierung w{\"a}hrend des Gestaltungsprozesses. F{\"u}r das Werkzeug zur Bewertung und Priorisierung wird der Algorithmus der Composite Programmierung angewandt. Diese Methode der Mehrfachzielplanung erf{\"u}llt den Anspruch der permanenten Erweiterbarkeit und der transparenten und objektiven Entscheidungsfindung. Die Komplexit{\"a}t des transdisziplin{\"a}ren Wasserressourcenmanagements kann durch die Methode der Composite Programmierung systematisiert werden. Das wesentliche Ergebnis der Arbeit stellt die erfolgreiche Erarbeitung und Anwendung des Tool-boxmodells f{\"u}r das transdisziplin{\"a}re Wasserressourcenmanagement im Untersuchungsgebiet Stadt Darkhan in der Mongolei dar. Auf Grund seiner besonderen hydrologischen und strukturellen Situa-tion wird die Relevanz eines nachhaltigen Bewirtschaftungskonzeptes deutlich. Im Rahmen des Querschnittsmoduls des MoMo-Projektes wurde eine f{\"u}r das Toolboxmodell geeignete Datengrundlage erarbeitet. Planungsrelevante Handlungsfelder wurden im Rahmen eines Workshops mit verschiedenen Interessenvertretern erarbeitet. Im Ergebnis dessen wurde die Systematik eines Zielbaumes mit Hauptzielen und untergeordneten Teilzielen als Grundlage der Priorisierung nach den holistischen Anspruch der transdisziplin{\"a}ren Forschung aufgestellt. F{\"u}r die Messbarkeit, in-wieweit Teilziele erreicht sind oder Handlungsbedarf besteht, wurden Indikatoren erarbeitet. Die Indikatoren-Aufstellung erfolgte exemplarisch f{\"u}r das Handlungsfeld Siedlungswasserwirtschaft in allen Skalen des ABC-Systems. Die im BMBF-MoMo Projekt generierte umfassende Datengrundlage erm{\"o}glichte die Anwendung und Evaluierung des Toolboxmodells mit unterschiedlichem quantitativem und qualitativem Dateninput. Verschiedene Kombination von A (Ersterkennung), B (Zeigerwerte) und C (Modell/Index) als Grundlage der Priorisierung mit der Compostite Programmierung erm{\"o}glichten die Durchf{\"u}hrung und Bewertung des transdisziplin{\"a}ren Planungstools. Die er-mittelten Rangfolgen von Teilzielen mit unterschiedlichen Bewertungsvarianten ergaben {\"a}hnliche Tendenzen. Das ist ein Hinweis daf{\"u}r, dass f{\"u}r die zuk{\"u}nftige Anwendung des Toolboxmodells die operative Wissensgenerierung, d.h. das schrittweise Hinzuf{\"u}gen neu ermittelter, gesicherterer Daten, funktioniert. Eine schwierige Datenverf{\"u}gbarkeit oder eine noch im Prozess befindliche wissenschaftliche Analyse sollen keine Hindernisse f{\"u}r eine schrittweise und erweiterbare Zielpriorisierung und Maßnahmenplanung sein. Trotz der Komplexit{\"a}t des transdisziplin{\"a}ren Ansatzes wird durch die Anwendung des Toolboxmodells eine effiziente und zielorientierte Handlungspriorisierung erm{\"o}glicht. Die Effizienz wird erreicht durch ressourcenschonende und flexible, Ziel fokussierte Datenermittlung. Zeit und Kosten im Planungsprozess k{\"o}nnen eingespart werden. Die erzielte Priorisierung von letztlich Handlungsempfehlungen erfolgt individuell auf die Eigenart des Untersuchungsgebietes angepasst, was hinsichtlich seiner Wirkung als erfolgsversprechend gilt.},
  subject      = {Wasserreserve},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Ruhland,
  author    = {Ruhland, Grit},
  title     = {FOLGELANDSCHAFT. Eine Untersuchung der Auswirkungen des Uranbergbaus auf die Landschaft um Gera/Ronneburg.},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4495},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20210906-44953},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {357},
  abstract  = {Das Kernthema dieser Arbeit ist die Besch{\"a}ftigung mit den Folgen des Uranbergbaus in dem Gebiet um die ehemalige Abbauregion der Wismut SAG/SDAG in Ronneburg (Ostth{\"u}ringen). Dieses Thema wird unter historischen, sozialen, kulturanthropologischen und k{\"u}nstlerischen Aspekten betrachtet und in den Zusammenhang mit den weltweiten Voraussetzungen der Nuklearindustrie und Auswirkungen des Uranbergbaus und seiner Folgen gestellt. Die Arbeit legt dar, wie eine Uranbergbaufolgelandschaft entsteht und welches Wissen ist f{\"u}r ein angemessenes Verst{\"a}ndnis des Ph{\"a}nomens wichtig ist. Es wird untersucht, ob Kunst bez{\"u}glich der Uranbergbaufolgelandschaft einen relevanten Beitrag leisten kann bzw. in welcher Form dies versucht wurde, bzw. stellte Arbeiten vor, die verwandete Themen bearbeitet haben. In Kombination dieser beiden Hauptaspekte geht die Arbeit der Frage nach, welche Faktoren die Uranbergbaufolgelandschaft pr{\"a}gen und ob es sinnvolle Beteiligungsfelder f{\"u}r k{\"u}nstlerisches Forschen oder Handeln gibt sowie welche Bedingungen hierf{\"u}r erf{\"u}llt werdenm{\"u}ssten. Die Kernthese der Arbeit ist, dass k{\"u}nstlerische Arbeiten im Themenfeld des Uranbergbaus unter bestimmten Bedingungen relevante Beitr{\"a}ge leisten k{\"o}nnen.},
  subject      = {Uranbergbau},
  language  = {de}
}
@article{SaadatfarKhosraviHassannatajJoloudarietal.,
  author    = {Saadatfar, Hamid and Khosravi, Samiyeh and Hassannataj Joloudari, Javad and Mosavi, Amir and Shamshirband, Shahaboddin},
  title     = {A New K-Nearest Neighbors Classifier for Big Data Based on Efficient Data Pruning},
  series = {Mathematics},
  volume    = {2020},
  journal   = {Mathematics},
  number    = {volume 8, issue 2, article 286},
  publisher = {MDPI},
  doi       = {10.3390/math8020286},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20200225-40996},
  pages     = {12},
  abstract  = {The K-nearest neighbors (KNN) machine learning algorithm is a well-known non-parametric classification method. However, like other traditional data mining methods, applying it on big data comes with computational challenges. Indeed, KNN determines the class of a new sample based on the class of its nearest neighbors; however, identifying the neighbors in a large amount of data imposes a large computational cost so that it is no longer applicable by a single computing machine. One of the proposed techniques to make classification methods applicable on large datasets is pruning. LC-KNN is an improved KNN method which first clusters the data into some smaller partitions using the K-means clustering method; and then applies the KNN for each new sample on the partition which its center is the nearest one. However, because the clusters have different shapes and densities, selection of the appropriate cluster is a challenge. In this paper, an approach has been proposed to improve the pruning phase of the LC-KNN method by taking into account these factors. The proposed approach helps to choose a more appropriate cluster of data for looking for the neighbors, thus, increasing the classification accuracy. The performance of the proposed approach is evaluated on different real datasets. The experimental results show the effectiveness of the proposed approach and its higher classification accuracy and lower time cost in comparison to other recent relevant methods.},
  subject      = {Maschinelles Lernen},
  language  = {en}
}
@article{SadeghzadehMaddahAhmadietal.,
  author    = {Sadeghzadeh, Milad and Maddah, Heydar and Ahmadi, Mohammad Hossein and Khadang, Amirhosein and Ghazvini, Mahyar and Mosavi, Amir Hosein and Nabipour, Narjes},
  title     = {Prediction of Thermo-Physical Properties of TiO2-Al2O3/Water Nanoparticles by Using Artificial Neural Network},
  series = {Nanomaterials},
  volume    = {2020},
  journal   = {Nanomaterials},
  number    = {Volume 10, Issue 4, 697},
  publisher = {MDPI},
  address   = {Basel},
  doi       = {10.3390/nano10040697},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20200421-41308},
  abstract  = {In this paper, an artificial neural network is implemented for the sake of predicting the thermal conductivity ratio of TiO2-Al2O3/water nanofluid. TiO2-Al2O3/water in the role of an innovative type of nanofluid was synthesized by the sol-gel method. The results indicated that 1.5 vol.\% of nanofluids enhanced the thermal conductivity by up to 25\%. It was shown that the heat transfer coefficient was linearly augmented with increasing nanoparticle concentration, but its variation with temperature was nonlinear. It should be noted that the increase in concentration may cause the particles to agglomerate, and then the thermal conductivity is reduced. The increase in temperature also increases the thermal conductivity, due to an increase in the Brownian motion and collision of particles. In this research, for the sake of predicting the thermal conductivity of TiO2-Al2O3/water nanofluid based on volumetric concentration and temperature functions, an artificial neural network is implemented. In this way, for predicting thermal conductivity, SOM (self-organizing map) and BP-LM (Back Propagation-Levenberq-Marquardt) algorithms were used. Based on the results obtained, these algorithms can be considered as an exceptional tool for predicting thermal conductivity. Additionally, the correlation coefficient values were equal to 0.938 and 0.98 when implementing the SOM and BP-LM algorithms, respectively, which is highly acceptable. View Full-Text},
  subject      = {W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Salavati,
  author    = {Salavati, Mohammad},
  title     = {Multi-Scale Modeling of Mechanical and Electrochemical Properties of 1D and 2D Nanomaterials, Application in Battery Energy Storage Systems},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4183},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20200623-41830},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {166},
  abstract  = {Material properties play a critical role in durable products manufacturing. Estimation of the precise characteristics in different scales requires complex and expensive experimental measurements. Potentially, computational methods can provide a platform to determine the fundamental properties before the final experiment. Multi-scale computational modeling leads to the modeling of the various time, and length scales include nano, micro, meso, and macro scales. These scales can be modeled separately or in correlation with coarser scales. Depend on the interested scales modeling, the right selection of multi-scale methods leads to reliable results and affordable computational cost. The present dissertation deals with the problems in various length and time scales using computational methods include density functional theory (DFT), molecular mechanics (MM), molecular dynamics (MD), and finite element (FE) methods. Physical and chemical interactions in lower scales determine the coarser scale properties. Particles interaction modeling and exploring fundamental properties are significant challenges of computational science. Downscale modelings need more computational effort due to a large number of interacted atoms/particles. To deal with this problem and bring up a fine-scale (nano) as a coarse-scale (macro) problem, we extended an atomic-continuum framework. The discrete atomic models solve as a continuum problem using the computationally efficient FE method. MM or force field method based on a set of assumptions approximates a solution on the atomic scale. In this method, atoms and bonds model as a harmonic oscillator with a system of mass and springs. The negative gradient of the potential energy equal to the forces on each atom. In this way, each bond's total potential energy includes bonded, and non-bonded energies are simulated as equivalent structural strain energies. Finally, the chemical nature of the atomic bond is modeled as a piezoelectric beam element that solves by the FE method. Exploring novel materials with unique properties is a demand for various industrial applications. During the last decade, many two-dimensional (2D) materials have been synthesized and shown outstanding properties. Investigation of the probable defects during the formation/fabrication process and studying their strength under severe service life are the critical tasks to explore performance prospects. We studied various defects include nano crack, notch, and point vacancy (Stone-Wales defect) defects employing MD analysis. Classical MD has been used to simulate a considerable amount of molecules at micro-, and meso- scales. Pristine and defective nanosheet structures considered under the uniaxial tensile loading at various temperatures using open-source LAMMPS codes. The results were visualized with the open-source software of OVITO and VMD. Quantum based first principle calculations have been conducting at electronic scales and known as the most accurate Ab initio methods. However, they are computationally expensive to apply for large systems. We used density functional theory (DFT) to estimate the mechanical and electrochemical response of the 2D materials. Many-body Schr{\"o}dinger's equation describes the motion and interactions of the solid-state particles. Solid describes as a system of positive nuclei and negative electrons, all electromagnetically interacting with each other, where the wave function theory describes the quantum state of the set of particles. However, dealing with the 3N coordinates of the electrons, nuclei, and N coordinates of the electrons spin components makes the governing equation unsolvable for just a few interacted atoms. Some assumptions and theories like Born Oppenheimer and Hartree-Fock mean-field and Hohenberg-Kohn theories are needed to treat with this equation. First, Born Oppenheimer approximation reduces it to the only electronic coordinates. Then Kohn and Sham, based on Hartree-Fock and Hohenberg-Kohn theories, assumed an equivalent fictitious non-interacting electrons system as an electron density functional such that their ground state energies are equal to a set of interacting electrons. Exchange-correlation energy functionals are responsible for satisfying the equivalency between both systems. The exact form of the exchange-correlation functional is not known. However, there are widely used methods to derive functionals like local density approximation (LDA), Generalized gradient approximation (GGA), and hybrid functionals (e.g., B3LYP). In our study, DFT performed using VASP codes within the GGA/PBE approximation, and visualization/post-processing of the results realized via open-source software of VESTA. The extensive DFT calculations are conducted 2D nanomaterials prospects as anode/cathode electrode materials for batteries. Metal-ion batteries' performance strongly depends on the design of novel electrode material. Two-dimensional (2D) materials have developed a remarkable interest in using as an electrode in battery cells due to their excellent properties. Desirable battery energy storage systems (BESS) must satisfy the high energy density, safe operation, and efficient production costs. Batteries have been using in electronic devices and provide a solution to the environmental issues and store the discontinuous energies generated from renewable wind or solar power plants. Therefore, exploring optimal electrode materials can improve storage capacity and charging/discharging rates, leading to the design of advanced batteries. Our results in multiple scales highlight not only the proposed and employed methods' efficiencies but also promising prospect of recently synthesized nanomaterials and their applications as an anode material. In this way, first, a novel approach developed for the modeling of the 1D nanotube as a continuum piezoelectric beam element. The results converged and matched closely with those from experiments and other more complex models. Then mechanical properties of nanosheets estimated and the failure mechanisms results provide a useful guide for further use in prospect applications. Our results indicated a comprehensive and useful vision concerning the mechanical properties of nanosheets with/without defects. Finally, mechanical and electrochemical properties of the several 2D nanomaterials are explored for the first time—their application performance as an anode material illustrates high potentials in manufacturing super-stretchable and ultrahigh-capacity battery energy storage systems (BESS). Our results exhibited better performance in comparison to the available commercial anode materials.},
  subject      = {Batterie},
  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}
}
@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{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{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}
}
@phdthesis{ShaabanMohamed,
  author    = {Shaaban Mohamed, Ahmed Mostafa},
  title     = {Isogeometric boundary element analysis and structural shape optimization for Helmholtz acoustic problems},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4703},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220816-47030},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  abstract  = {In this thesis, a new approach is developed for applications of shape optimization on the time harmonic wave propagation (Helmholtz equation) for acoustic problems. This approach is introduced for different dimensional problems: 2D, 3D axi-symmetric and fully 3D problems. The boundary element method (BEM) is coupled with the isogeometric analysis (IGA) forming the so-called (IGABEM) which speeds up meshing and gives higher accuracy in comparison with standard BEM. BEM is superior for handling unbounded domains by modeling only the inner boundaries and avoiding the truncation error, present in the finite element method (FEM) since BEM solutions satisfy the Sommerfeld radiation condition automatically. Moreover, BEM reduces the space dimension by one from a volumetric three-dimensional problem to a surface two-dimensional problem, or from a surface two-dimensional problem to a perimeter one-dimensional problem. Non-uniform rational B-splines basis functions (NURBS) are used in an isogeometric setting to describe both the CAD geometries and the physical fields. IGABEM is coupled with one of the gradient-free optimization methods, the Particle Swarm Optimization (PSO) for structural shape optimization problems. PSO is a straightforward method since it does not require any sensitivity analysis but it has some trade-offs with regard to the computational cost. Coupling IGA with optimization problems enables the NURBS basis functions to represent the three models: shape design, analysis and optimization models, by a definition of a set of control points to be the control variables and the optimization parameters as well which enables an easy transition between the three models. Acoustic shape optimization for various frequencies in different mediums is performed with PSO and the results are compared with the benchmark solutions from the literature for different dimensional problems proving the efficiency of the proposed approach with the following remarks: - In 2D problems, two BEM methods are used: the conventional isogeometric boundary element method (IGABEM) and the eXtended IGABEM (XIBEM) enriched with the partition-of-unity expansion using a set of plane waves, where the results are generally in good agreement with the linterature with some computation advantage to XIBEM which allows coarser meshes. -In 3D axi-symmetric problems, the three-dimensional problem is simplified in BEM from a surface integral to a combination of two 1D integrals. The first is the line integral similar to a two-dimensional BEM problem. The second integral is performed over the angle of revolution. The discretization is applied only to the former integration. This leads to significant computational savings and, consequently, better treatment for higher frequencies over the full three-dimensional models. - In fully 3D problems, a detailed comparison between two BEM methods: the conventional boundary integral equation (CBIE) and Burton-Miller (BM) is provided including the computational cost. The proposed models are enhanced with a modified collocation scheme with offsets to Greville abscissae to avoid placing collocation points at the corners. Placing collocation points on smooth surface enables accurate evaluation of normals for BM formulation in addition to straightforward prediction of jump-terms and avoids singularities in \$\mathcal{O} (1/r)\$ integrals eliminating the need for polar integration. Furthermore, no additional special treatment is required for the hyper-singular integral while collocating on highly distorted elements, such as those containing sphere poles. The obtained results indicate that, CBIE with PSO is a feasible alternative (except for a small number of fictitious frequencies) which is easier to implement. Furthermore, BM presents an outstanding treatment of the complicated geometry of mufflers with internal extended inlet/outlet tube as an interior 3D Helmholtz acoustic problem instead of using mixed or dual BEM.},
  subject      = {Randelemente-Methode},
  language  = {en}
}
@article{ShamshirbandBabanezhadMosavietal.,
  author    = {Shamshirband, Shahaboddin and Babanezhad, Meisam and Mosavi, Amir and Nabipour, Narjes and Hajnal, Eva and Nadai, Laszlo and Chau, Kwok-Wing},
  title     = {Prediction of flow characteristics in the bubble column reactor by the artificial pheromone-based communication of biological ants},
  series = {Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics},
  volume    = {2020},
  journal   = {Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics},
  number    = {volume 14, issue 1},
  publisher = {Taylor \& Francis},
  doi       = {10.1080/19942060.2020.1715842},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20200227-41013},
  pages     = {367 -- 378},
  abstract  = {A novel combination of the ant colony optimization algorithm (ACO)and computational fluid dynamics (CFD) data is proposed for modeling the multiphase chemical reactors. The proposed intelligent model presents a probabilistic computational strategy for predicting various levels of three-dimensional bubble column reactor (BCR) flow. The results prove an enhanced communication between ant colony prediction and CFD data in different sections of the BCR.},
  subject      = {Maschinelles Lernen},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Stang,
  author    = {Stang, Ren{\´e}},
  title     = {Methode zur {\"O}koeffizienzbewertung w{\"a}rmetechnischer Anlagen in Geb{\"a}uden},
  publisher = {VDI Verlag},
  address   = {D{\"u}sseldorf},
  isbn      = {978-3-18-300623-6 (print)},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4528},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20211119-45280},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {222},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit richtet sich an Ingenieur*innen und Wissenschaftler*innen der technischen Geb{\"a}udeausr{\"u}stung. Sie greift einen sich abzeichnenden {\"A}nderungsbedarf in der Umwelt- und Nachhaltigkeitsbewertung von Geb{\"a}uden und w{\"a}rmetechnischen Anlagen auf. Der aktuell genutzte nicht erneuerbare Prim{\"a}renergiebedarf wird insbesondere hinsichtlich k{\"u}nftiger politischer Klima- und Umweltschutzziele als alleinige Bewertungsgr{\"o}ße nicht ausreichend sein. Die mit dieser Arbeit vorgestellte {\"O}koeffizienzbewertungsmethode kann als geeignetes Instrument zur L{\"o}sung der Probleme beitragen. Sie erm{\"o}glicht systematische, ganzheitliche Bewertungen und reproduzierbare Vergleiche w{\"a}rmetechnischer Anlagen bez{\"u}glich ihrer {\"o}kologischen und {\"o}konomischen Nachhaltigkeit. Die wesentlichsten Neuentwicklungen sind die spezifische Umweltleistung, in Erweiterung zum genutzten Prim{\"a}renergiefaktor, und der {\"O}koeffizienzindikator UWI.},
  subject      = {Energiewirtschaft},
  language  = {de}
}
@article{StaubachMachacekSkowroneketal.2020,
  author    = {Staubach, Patrick and Machacek, Jan and Skowronek, Josefine and Wichtmann, Torsten},
  title     = {Vibratory pile driving in water-saturated sand: Back-analysis of model tests using a hydro-mechanically coupled CEL method},
  series = {Soils and Foundations},
  volume    = {2021},
  journal   = {Soils and Foundations},
  number    = {Volume 61, Issue 1},
  publisher = {Elsevier, Science Direct},
  address   = {Amsterdam},
  doi       = {10.1016/j.sandf.2020.11.005},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20210203-43571},
  pages     = {144 -- 159},
  year      = {2020},
  abstract  = {The development of a hydro-mechanically coupled Coupled-Eulerian-Lagrangian (CEL) method and its application to the back-analysisof vibratory pile driving model tests in water-saturated sand is presented. The predicted pile penetration using this approachis in good agreement with the results of the model tests as well as with fully Lagrangian simulations. In terms of pore water pressure, however, the results of the CEL simulation show a slightly worse accordance with the model tests compared to the Lagrangian simulation. Some shortcomings of the hydro-mechanically coupled CEL method in case of frictional contact problems and pore fluids with high bulk modulus are discussed. Lastly, the CEL method is applied to the simulation of vibratory driving of open-profile piles under partially drained conditions to study installation-induced changes in the soil state. It is concluded that the proposed method is capable of realistically reproducing the most important mechanisms in the soil during the driving process despite its addressed shortcomings.},
  subject      = {Plastische Deformation},
  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{Tasch,
  author    = {Tasch, Alexander},
  title     = {Reaktive Cu-Fe-Al-Mn-Oxidkeramiken f{\"u}r die Sauerstoffseparation aus der Luft},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4041},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20191209-40414},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  abstract  = {Die Gase Sauerstoff und Stickstoff werden f{\"u}r eine Vielzahl an technischen, industriellen, biologischen und medizinischen Einsatzzwecken ben{\"o}tigt. So liegen Anwendungsgebiete dieser Gase neben der klassischen metallverarbeitenden und der chemischen Industrie bei Sauerstoff vor allem in der Medizin, Verbrennungs- und Kl{\"a}ranlagenoptimierung sowie der Fischzucht und bei Stickstoff als Schutz- beziehungsweise Inertgas in der Kunststoffindustrie, der Luft- und Raumfahrt sowie dem Brandschutz. Die Bereitstellung der Gase Sauerstoff und Stickstoff wird nahezu ausschließlich durch die Abtrennung aus der Umgebungsluft realisiert, welche aus ca. 78 Vol.-\% Stickstoff, 21 Vol.-\% Sauerstoff und 1 Vol.-\% Spurengasen (Ar, CO2, Ne, He, ...) besteht. Am Markt etablierte Verfahren der Luftzerlegung sind das Linde-, das PSA- (pressure swing adsorption/Druckwechseladsorption) oder verschiedene Membran-Verfahren. Hierdurch werden die ben{\"o}tigten Gase entweder direkt vor Ort beim Verbraucher erzeugt (PSA- und Polymer-Membranverfahren: geringe Reinheiten) oder zentral in großen Anlagen hergestellt (Linde-Verfahren: hohe Reinheiten) und anschließend zum Verbraucher in Form von Flaschen- oder Tankgasen geliefert (Tansportkosten). F{\"u}r kleinere Verbraucher mit hohen Anspr{\"u}chen an die Reinheit des ben{\"o}tigten Sauerstoffs beziehungsweise Stickstoffs ergibt sich nur die M{\"o}glichkeit, die Gase als kostenintensive Transportgase zentraler Gaseversorger zu beziehen und sich somit in eine Abh{\"a}ngigkeit (Liefervertr{\"a}ge, Flaschen-/Tankmieten, ...) zu diesen zu begeben sowie eine eigene Lagerhaltung f{\"u}r die ben{\"o}tigten Gase (Mehraufwand, Lagerkosten, Platzbedarf) zu betreiben. Ziel dieser Arbeit ist es, keramische Material-Systeme auf Basis chemischer Hochtemperatur-Reaktionen als Reaktive Oxidkeramiken zu entwickeln und diese hinsichtlich eines m{\"o}glichen Einsatzes f{\"u}r die Sauerstoffseparation in neuartigen Luftzerlegungsanlagen zu untersuchen. Derartige Anlagen sollen in ihrem Prinzip an die regenerative Sauerstoffseparation angelehnt sein und in ihren Reaktoren die Reaktiven Oxidkeramiken als Festbett-Material abwechselnd mit Luft be- und Vakuum oder O2-armen Atmosph{\"a}ren entladen. Die Verwendung Reaktiver Oxidkeramiken, welche im Vergleich zu den bisherigen Materialien h{\"o}here Sauerstoffaustauschmengen und -raten bei gleichzeitig hoher Lebensdauer und Korrosionsbest{\"a}ndigkeit sowie relativ einfacher Handhabe aufweisen w{\"u}rden, soll ein Schritt in Richtung einer effizienten alternativen Luftzerlegungstechnologie sein. Mit den Reaktiven Oxidkeramiken in einer Luftzerlegungsanlage sollte es im besten Fall m{\"o}glich sein, in kleinen Anlagen sehr reinen Sauerstoff und zugleich sauerstofffreies Inertgas zu erzeugen sowie eine Sauerstoffan- oder -abreicherung von Luft, Prozess- oder Abgasen zu generieren. Somit bes{\"a}ße eine solche, auf Reaktiven Oxidkeramiken basierende Technologie sehr weit gef{\"a}cherte Einsatzgebiete und demzufolge ein enormes wirtschaftliches Potential.},
  subject      = {Luftzerlegung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Tatarin,
  author    = {Tatarin, Ren{\´e}},
  title     = {Charakterisieren struktureller Ver{\"a}nderungen in zementgebundenen Baustoffen durch akustische zerst{\"o}rungsfreie Pr{\"u}fverfahren},
  publisher = {Cuvillier Verlag},
  address   = {G{\"o}ttingen},
  isbn      = {978-3-7369-7575-0},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4592},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220215-45920},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {293},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wird das Charakterisieren struktureller Ver{\"a}nderungen zementgebundener Baustoffe durch zwei auf dem Ultraschall-Transmissionsverfahren beruhenden Methoden der zerst{\"o}rungsfreien Pr{\"u}fung (ZfP) mit mechanischen Wellen vorgenommen. Zur kontinuierlichen Charakterisierung der Erstarrung und Erh{\"a}rtung frischer zementgebundener Systeme wird ein auf Ultraschallsensoren f{\"u}r Longitudinal- und Scherwellen basierendes Messsystem in Kombination mit zugeh{\"o}rigen Verfahrensweisen zur Datenauswertung konzipiert, charakterisiert und angewandt. Gegen{\"u}ber der bislang {\"u}blichen alleinigen Bewertung der Verfestigung anhand indirekter Ultraschallparameter wie Ausbreitungsgeschwindigkeit, Signalenergie oder Frequenzgehalt der Longitudinalwelle l{\"a}sst sich damit eine direkte, sensible Erfassung der sich w{\"a}hrend der Strukturbildung entwickelnden dynamischen elastischen Eigenschaften auf der Basis prim{\"a}rer physikalischer Werkstoffparameter erreichen. Insbesondere Scherwellen und der dynamische Schubmodul sind geeignet, den graduellen {\"U}bergang zum Festk{\"o}rper mit {\"U}berschreiten der Perkolationsschwelle sensibel und unabh{\"a}ngig vom Luftgehalt zu erfassen. Die zeitliche Entwicklung der dynamischen elastischen Eigenschaften, die Strukturbildungsraten sowie die daraus extrahierten diskreten Ergebnisparameter erm{\"o}glichen eine vergleichende quantitative Charakterisierung der Strukturbildung zementgebundener Baustoffe aus mechanischer Sicht. Dabei lassen sich typische, oft unvermeidbare Unterschiede in der Zusammensetzung der Versuchsmischungen ber{\"u}cksichtigen. Der Einsatz laserbasierter Methoden zur Anregung und Erfassung von mechanischen Wellen und deren Kombination zu Laser-Ultraschall zielt darauf ab, die mit der Anwendung des konventionellen Ultraschall-Transmissionsverfahrens verbundenen Nachteile zu eliminieren. Diese resultieren aus der Sensorgeometrie, der mechanischen Ankopplung und bei einer Vielzahl von Oberfl{\"a}chenpunkten aus einem hohen pr{\"u}ftechnischen Aufwand. Die laserbasierte, interferometrische Erfassung mechanischer Wellen ist gegen{\"u}ber Ultraschallsensoren rauschbehaftet und vergleichsweise unsensibel. Als wesentliche Voraussetzung der scannenden Anwendung von Laser-Ultraschall auf zementgebundene Baustoffe erfolgen systematische experimentelle Untersuchungen zur laserinduzierten ablativen Anregung. Diese sollen zum Verst{\"a}ndnis des Anregungsmechanismus unmittelbar auf den Oberfl{\"a}chen von zementgebundenen Baustoffen, Gesteinsk{\"o}rnungen und metallischen Werkstoffen beitragen, relevante Einflussfaktoren aus den charakteristischen Materialeigenschaften identifizieren, geeignete Prozessparameter gewinnen und die Verfahrensgrenzen aufzeigen. Unter Einsatz von Longitudinalwellen erfolgt die Anwendung von Laser-Ultraschall zur zeit- und ortsaufgel{\"o}sten Charakterisierung der Strukturbildung und Homogenit{\"a}t frischer sowie erh{\"a}rteter Proben zementgebundener Baustoffe. W{\"a}hrend der Strukturbildung wird erstmals eine simultane ber{\"u}hrungslose Erfassung von Longitudinal- und Scherwellen vorgenommen. Unter Anwendung von tomographischen Methoden (2D-Laufzeit¬tomo¬graphie) werden {\"u}berlagerungsfreie Informationen zur r{\"a}umlichen Verteilung struktureller Gef{\"u}gever{\"a}nderungen anhand der longitudinalen Ausbreitungsgeschwindigkeit bzw. des relativen dynamischen Elastizit{\"a}tsmoduls innerhalb von virtuellen Schnittebenen gesch{\"a}digter Probek{\"o}rper gewonnen. Als beton-sch{\"a}digende Mechanismen werden exemplarisch der kombinierte Frost-Tausalz-Angriff sowie die Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion (AKR) herangezogen. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Verfahren der zerst{\"o}rungsfreien Pr{\"u}fung bieten erweiterte M{\"o}glichkeiten zur Charakterisierung zementgebundener Baustoffe und deren strukturellen Ver{\"a}nderungen und lassen sich zielgerichtet in der Werkstoffentwicklung, bei der Qualit{\"a}tssicherung sowie zur Analyse von Schadensprozessen und -ursachen einsetzen.},
  subject      = {Beton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Valizadeh,
  author    = {Valizadeh, Navid},
  title     = {Developments in Isogeometric Analysis and Application to High-Order Phase-Field Models of Biomembranes},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4565},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220114-45658},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  abstract  = {Isogeometric analysis (IGA) is a numerical method for solving partial differential equations (PDEs), which was introduced with the aim of integrating finite element analysis with computer-aided design systems. The main idea of the method is to use the same spline basis functions which describe the geometry in CAD systems for the approximation of solution fields in the finite element method (FEM). Originally, NURBS which is a standard technology employed in CAD systems was adopted as basis functions in IGA but there were several variants of IGA using other technologies such as T-splines, PHT splines, and subdivision surfaces as basis functions. In general, IGA offers two key advantages over classical FEM: (i) by describing the CAD geometry exactly using smooth, high-order spline functions, the mesh generation process is simplified and the interoperability between CAD and FEM is improved, (ii) IGA can be viewed as a high-order finite element method which offers basis functions with high inter-element continuity and therefore can provide a primal variational formulation of high-order PDEs in a straightforward fashion. The main goal of this thesis is to further advance isogeometric analysis by exploiting these major advantages, namely precise geometric modeling and the use of smooth high-order splines as basis functions, and develop robust computational methods for problems with complex geometry and/or complex multi-physics. As the first contribution of this thesis, we leverage the precise geometric modeling of isogeometric analysis and propose a new method for its coupling with meshfree discretizations. We exploit the strengths of both methods by using IGA to provide a smooth, geometrically-exact surface discretization of the problem domain boundary, while the Reproducing Kernel Particle Method (RKPM) discretization is used to provide the volumetric discretization of the domain interior. The coupling strategy is based upon the higher-order consistency or reproducing conditions that are directly imposed in the physical domain. The resulting coupled method enjoys several favorable features: (i) it preserves the geometric exactness of IGA, (ii) it circumvents the need for global volumetric parameterization of the problem domain, (iii) it achieves arbitrary-order approximation accuracy while preserving higher-order smoothness of the discretization. Several numerical examples are solved to show the optimal convergence properties of the coupled IGA-RKPM formulation, and to demonstrate its effectiveness in constructing volumetric discretizations for complex-geometry objects. As for the next contribution, we exploit the use of smooth, high-order spline basis functions in IGA to solve high-order surface PDEs governing the morphological evolution of vesicles. These governing equations are often consisted of geometric PDEs, high-order PDEs on stationary or evolving surfaces, or a combination of them. We propose an isogeometric formulation for solving these PDEs. In the context of geometric PDEs, we consider phase-field approximations of mean curvature flow and Willmore flow problems and numerically study the convergence behavior of isogeometric analysis for these problems. As a model problem for high-order PDEs on stationary surfaces, we consider the Cahn-Hilliard equation on a sphere, where the surface is modeled using a phase-field approach. As for the high-order PDEs on evolving surfaces, a phase-field model of a deforming multi-component vesicle, which consists of two fourth-order nonlinear PDEs, is solved using the isogeometric analysis in a primal variational framework. Through several numerical examples in 2D, 3D and axisymmetric 3D settings, we show the robustness of IGA for solving the considered phase-field models. Finally, we present a monolithic, implicit formulation based on isogeometric analysis and generalized-alpha time integration for simulating hydrodynamics of vesicles according to a phase-field model. Compared to earlier works, the number of equations of the phase-field model which need to be solved is reduced by leveraging high continuity of NURBS functions, and the algorithm is extended to 3D settings. We use residual-based variational multi-scale method (RBVMS) for solving Navier-Stokes equations, while the rest of PDEs in the phase-field model are treated using a standard Galerkin-based IGA. We introduce the resistive immersed surface (RIS) method into the formulation which can be employed for an implicit description of complex geometries using a diffuse-interface approach. The implementation highlights the robustness of the RBVMS method for Navier-Stokes equations of incompressible flows with non-trivial localized forcing terms including bending and tension forces of the vesicle. The potential of the phase-field model and isogeometric analysis for accurate simulation of a variety of fluid-vesicle interaction problems in 2D and 3D is demonstrated.},
  subject      = {Phasenfeldmodell},
  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}
}
@misc{vonButler,
  type      = {Master Thesis},
  author    = {von Butler, Natalie},
  title     = {Scalarization Methods for Multi-Objective Structural Optimization},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4010},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20191030-40106},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {178},
  abstract  = {Scalarization methods are a category of multiobjective optimization (MOO) methods. These methods allow the usage of conventional single objective optimization algorithms, as scalarization methods reformulate the MOO problem into a single objective optimization problem. The scalarization methods analysed within this thesis are the Weighted Sum (WS), the Epsilon-Constraint (EC), and the MinMax (MM) method. After explaining the approach of each method, the WS, EC and MM are applied, a-posteriori, to three different examples: to the Kursawe function; to the ten bar truss, a common benchmark problem in structural optimization; and to the metamodel of an aero engine exit module. The aim is to evaluate and compare the performance of each scalarization method that is examined within this thesis. The evaluation is conducted using performance metrics, such as the hypervolume and the generational distance, as well as using visual comparison. The application to the three examples gives insight into the advantages and disadvantages of each method, and provides further understanding of an adequate application of the methods concerning high dimensional optimization problems.},
  subject      = {Mehrkriterielle Optimierung},
  language  = {en}
}
@inproceedings{VoellmeckeSchwendnerHoetal.,
  author    = {V{\"o}llmecke, Lars and Schwendner, Sascha and Ho, Ai Phien and Fischer, Jens and Seim, Werner},
  title     = {Assessment of nailed connections in existing structures},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.6361},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20230609-63615},
  pages     = {7},
  abstract  = {This paper presents the development of an assessment scheme for a visual qualitative evaluation of nailed connections in existing structures, such as board trusses. In terms of further use and preservation, a quick visual inspection will help to evaluate the quality of a structure regarding its load-bearing capacity and deformation behaviour. Tests of old and new nailed joints in combination with a rating scheme point out the correlation between the load-bearing capacity and condition of a joint. Old joints of comparatively good condition tend to exhibit better results than those of poor condition. Moreover, aged joints are generally more load-bearing than newly assembled ones.},
  subject      = {Holzbau},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Zacharias,
  author    = {Zacharias, Christin},
  title     = {Numerical Simulation Models for Thermoelastic Damping Effects},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4735},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20221116-47352},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {191},
  abstract  = {Finite Element Simulations of dynamically excited structures are mainly influenced by the mass, stiffness, and damping properties of the system, as well as external loads. The prediction quality of dynamic simulations of vibration-sensitive components depends significantly on the use of appropriate damping models. Damping phenomena have a decisive influence on the vibration amplitude and the frequencies of the vibrating structure. However, developing realistic damping models is challenging due to the multiple sources that cause energy dissipation, such as material damping, different types of friction, or various interactions with the environment. This thesis focuses on thermoelastic damping, which is the main cause of material damping in homogeneous materials. The effect is caused by temperature changes due to mechanical strains. In vibrating structures, temperature gradients arise in adjacent tension and compression areas. Depending on the vibration frequency, they result in heat flows, leading to increased entropy and the irreversible transformation of mechanical energy into thermal energy. The central objective of this thesis is the development of efficient simulation methods to incorporate thermoelastic damping in finite element analyses based on modal superposition. The thermoelastic loss factor is derived from the structure's mechanical mode shapes and eigenfrequencies. In subsequent analyses that are performed in the time and frequency domain, it is applied as modal damping. Two approaches are developed to determine the thermoelastic loss in thin-walled plate structures, as well as three-dimensional solid structures. The realistic representation of the dissipation effects is verified by comparing the simulation results with experimentally determined data. Therefore, an experimental setup is developed to measure material damping, excluding other sources of energy dissipation. The three-dimensional solid approach is based on the determination of the generated entropy and therefore the generated heat per vibration cycle, which is a measure for thermoelastic loss in relation to the total strain energy. For thin plate structures, the amount of bending energy in a modal deformation is calculated and summarized in the so-called Modal Bending Factor (MBF). The highest amount of thermoelastic loss occurs in the state of pure bending. Therefore, the MBF enables a quantitative classification of the mode shapes concerning the thermoelastic damping potential. The results of the developed simulations are in good agreement with the experimental results and are appropriate to predict thermoelastic loss factors. Both approaches are based on modal superposition with the advantage of a high computational efficiency. Overall, the modeling of thermoelastic damping represents an important component in a comprehensive damping model, which is necessary to perform realistic simulations of vibration processes.},
  subject      = {Werkstoffd{\"a}mpfung},
  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}
}
@phdthesis{Zhang,
  author    = {Zhang, Yongzheng},
  title     = {A Nonlocal Operator Method for Quasi-static and Dynamic Fracture Modeling},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4732},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20221026-47321},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  abstract  = {Material failure can be tackled by so-called nonlocal models, which introduce an intrinsic length scale into the formulation and, in the case of material failure, restore the well-posedness of the underlying boundary value problem or initial boundary value problem. Among nonlocal models, peridynamics (PD) has attracted a lot of attention as it allows the natural transition from continuum to discontinue and thus allows modeling of discrete cracks without the need to describe and track the crack topology, which has been a major obstacle in traditional discrete crack approaches. This is achieved by replacing the divergence of the Cauchy stress tensor through an integral over so-called bond forces, which account for the interaction of particles. A quasi-continuum approach is then used to calibrate the material parameters of the bond forces, i.e., equating the PD energy with the energy of a continuum. One major issue for the application of PD to general complex problems is that they are limited to fairly simple material behavior and pure mechanical problems based on explicit time integration. PD has been extended to other applications but losing simultaneously its simplicity and ease in modeling material failure. Furthermore, conventional PD suffers from instability and hourglass modes that require stabilization. It also requires the use of constant horizon sizes, which drastically reduces its computational efficiency. The latter issue was resolved by the so-called dual-horizon peridynamics (DH-PD) formulation and the introduction of the duality of horizons. Within the nonlocal operator method (NOM), the concept of nonlocality is further extended and can be considered a generalization of DH-PD. Combined with the energy functionals of various physical models, the nonlocal forms based on the dual-support concept can be derived. In addition, the variation of the energy functional allows implicit formulations of the nonlocal theory. While traditional integral equations are formulated in an integral domain, the dual-support approaches are based on dual integral domains. One prominent feature of NOM is its compatibility with variational and weighted residual methods. The NOM yields a direct numerical implementation based on the weighted residual method for many physical problems without the need for shape functions. Only the definition of the energy or boundary value problem is needed to drastically facilitate the implementation. The nonlocal operator plays an equivalent role to the derivatives of the shape functions in meshless methods and finite element methods (FEM). Based on the variational principle, the residual and the tangent stiffness matrix can be obtained with ease by a series of matrix multiplications. In addition, NOM can be used to derive many nonlocal models in strong form. The principal contributions of this dissertation are the implementation and application of NOM, and also the development of approaches for dealing with fractures within the NOM, mostly for dynamic fractures. The primary coverage and results of the dissertation are as follows: -The first/higher-order implicit NOM and explicit NOM, including a detailed description of the implementation, are presented. The NOM is based on so-called support, dual-support, nonlocal operators, and an operate energy functional ensuring stability. The nonlocal operator is a generalization of the conventional differential operators. Combining with the method of weighted residuals and variational principles, NOM establishes the residual and tangent stiffness matrix of operate energy functional through some simple matrix without the need of shape functions as in other classical computational methods such as FEM. NOM only requires the definition of the energy drastically simplifying its implementation. For the sake of conciseness, the implementation in this chapter is focused on linear elastic solids only, though the NOM can handle more complex nonlinear problems. An explicit nonlocal operator method for the dynamic analysis of elasticity solid problems is also presented. The explicit NOM avoids the calculation of the tangent stiffness matrix as in the implicit NOM model. The explicit scheme comprises the Verlet-velocity algorithm. The NOM can be very flexible and efficient for solving partial differential equations (PDEs). It's also quite easy for readers to use the NOM and extend it to solve other complicated physical phenomena described by one or a set of PDEs. Several numerical examples are presented to show the capabilities of this method. -A nonlocal operator method for the dynamic analysis of (thin) Kirchhoff plates is proposed. The nonlocal Hessian operator is derived from a second-order Taylor series expansion. NOM is higher-order continuous, which is exploited for thin plate analysis that requires \$C^1\$ 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 time discretization. After confirming the accuracy of the nonlocal Hessian operator, several numerical examples are simulated by the nonlocal dynamic Kirchhoff plate formulation. -A nonlocal fracture modeling is developed and applied to the simulation of quasi-static and dynamic fractures using the NOM. The phase field's nonlocal weak and associated strong forms are derived from a variational principle. The NOM requires only the definition of energy. We present both a nonlocal implicit phase field model and a nonlocal explicit phase field model for fracture; the first approach is better suited for quasi-static fracture problems, while the key application of the latter one is dynamic fracture. To demonstrate the performance of the underlying approach, several benchmark examples for quasi-static and dynamic fracture are solved.},
  subject      = {Variationsprinzip},
  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}
}