TY  - THES
A1  - Remus, Ricardo
T1  - Ultraschallgestützte Betonherstellung. Konzept für eine ressourcenschonende Betonproduktion
N2  - Aktuell findet aufgrund gesellschaftspolitischer Forderungen in vielen Industriezweigen ein Umdenken in Richtung Effizienz und Ökologie aber auch Digitalisierung und Industrie 4.0 statt. In dieser Hinsicht steht die Bauindustrie, im Vergleich zu Industrien wie IT, Automobil- oder Maschinenbau, noch am Anfang.
Dabei sind die Potentiale zur Einsparung und Optimierung gerade in der Bauindustrie aufgrund der großen Mengen an zu verarbeiteten Materialien besonders hoch. Die internationale Ressourcen- und Klimadebatte führt verstärkt dazu, dass auch in der Zement- und Betonherstellung neue Konzepte erstellt und geprüft werden. Einerseits erfolgt intensive Forschung und Entwicklung im Bereich alternativer, klimafreundlicher Zemente. Andererseits werden auch auf Seiten der Betonherstellung innovative materialsparende Konzepte geprüft, wie die aktuelle Entwicklung von 3D-Druck mit Beton zeigt. 
Aufgrund der hohen Anforderungen an Konstruktion, Qualität und Langlebigkeit von Bauwerken, besitzen Betonfertigteile oftmals Vorteile gegenüber Ortbeton. Die hohe Oberflächenqualität und Dauerhaftigkeit aber auch die Gleichmäßigkeit und witterungsunabhängige Herstellung sind Merkmale, die im Zusammenhang mit Betonfertigteilen immer wieder erwähnt werden. Dabei ist es essenziell, dass auch der Betonherstellungsprozess im Fertigteilwerk kritisch hinterfragt wird, damit eine effizientere und nachhaltigere Produktion von Betonfertigteilen möglich wird.
Bei der Herstellung von Betonteilen im Fertigteilwerk liegt ein besonderer Fokus auf der Optimierung der Frühfestigkeitsentwicklung. Hohe Frühfestigkeiten sind Voraussetzung für einen hochfrequenten Schalungszyklus, was Arbeiten im 2- bzw. 3-Schichtbetrieb ermöglicht. Oft werden zur Sicherstellung hoher Frühfestigkeiten hochreaktive Zemente in Kombination mit hohen Zementgehalten im Beton und/oder einer Wärmebehandlung eingesetzt. Unter dieser Prämisse ist eine ökologisch nachhaltige Betonproduktion mit verminderter CO2 Bilanz nicht möglich.
In der vorliegenden Arbeit wird ein neues Verfahren zur Beschleunigung von Beton eingeführt. Hierbei werden die Bestandteile Zement und Wasser (Zementsuspension) mit Ultraschall vorbehandelt. Ausgangspunkt der Arbeit sind vorangegangene Untersuchungen zum Einfluss von Ultraschall auf die Hydration von Zement bzw. dessen Hauptbestandteil Tricalciumsilikat (C3S), die im Rahmen dieser Arbeit weiter vertieft werden. Darüber hinaus wird die Produktion von Beton mit Ultraschall im Technikumsmaßstab betrachtet. Die so erlangten Erfahrungen dienten dazu, das Ultraschall-Betonmischsystem weiterzuentwickeln und erstmalig zur industriellen Betonproduktion zu nutzen.
In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen von Ultraschall auf die Hydratation von C3S zunächst weitergehend und grundlegend untersucht. Dies erfolgte mittels Messung der elektrischen Leitfähigkeit, Analyse der Ionenkonzentration (ICP-OES), Thermoanalyse, Messung der BET-Oberfläche sowie einer optischen Auswertung mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM). Der Fokus liegt auf den ersten Stunden der Hydratation, also der Zeit, die durch die Ultraschallbehandlung am stärksten beeinflusst wird.
In den Untersuchungen zeigt sich, dass die Beschleunigungswirkung von Ultraschall in verdünnten C3S Suspensionen (w/f-Wert = 50) stark von der Portlanditkonzentration der Lösung abhängt. Je niedriger die Portlanditkonzentration, desto größer ist die Beschleunigung. Ergänzende Untersuchungen der Ionenkonzentration der Lösung sowie Untersuchungen am hydratisierten C3S zeigen, dass unmittelbar nach der Beschallung (nach ca. 15 Minuten Hydratation) erste Hydratphasen vorliegen. Die durch Ultraschall initiiere Beschleunigung ist in den ersten 24 Stunden am stärksten und klingt dann sukzessive ab. Die Untersuchungen schließen mit Experimenten an C3S-Pasten (w/f-Wert = 0,50), die die Beobachtungen an den verdünnten Suspensionen bestätigen und infolge der Beschallung ein früheres Auftreten und einen größeren Anteil an C-S-H Phasen zeigen. Es wird gefolgert, dass die unmittelbar infolge von Ultraschall erzeugten C-S-H Phasen als Kristallisationskeim während der folgenden Reaktion dienen und daher Ultraschall als in-situ Keimbildungstechnik angesehen werden kann. Optisch zeigt sich, dass die C-S-H Phasen der beschallten Pasten nicht nur viel früher auftreten, sondern kleiner sind und fein verteilt über die Oberfläche des C3S vorliegen. Auch dieser Effekt wird als vorteilhaft für den sich anschließenden regulären Strukturaufbau angesehen.
Im nächsten Schritt wird daher der Untersuchungsfokus vom Modellsystem mit C3S auf Portlandzement erweitert. Hierbei wird der Frage nachgegangen, wie sich eine Änderung der Zusammensetzung der Zementsuspension (w/z-Wert, Fließmittelmenge) beziehungsweise eine Änderung des Ultraschallenergieeintrag auf die Fließeigenschaften und das Erhärtungsverhalten auswirken.
Um den Einfluss verschiedener Faktoren gleichzeitig zu betrachten, werden mit Hilfe von statistischen Versuchsplänen Modelle erstellt, die das Verhalten der einzelnen Faktoren beschreiben. Zur Beschreibung der Fließeigenschaften wurde das Setzfließ- und Ausbreitmaß von Zementsuspensionen herangezogen. Die Beschleunigung der Erhärtung wurde mit Hilfe der Ermittlung des Zeitpunkts des normalen Erstarrens der Zementsuspension bestimmt.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen deutlich, dass die Fließeigenschaften und der Erstarrungsbeginn nicht linear mit steigendem Ultraschall-Energieeintrag verändert werden. Es zeigt sich, dass es besonders bei den Verarbeitungseigenschaften der Portlandzementsuspensionen zur Ausbildung eines spezifischen Energieeintrages kommt, bis zu welchem das Setzfließ- und das Ausbreitmaß erhöht werden. Bei Überschreiten dieses Punktes, der als kritischer Energieeintrag definiert wurde, nimmt das Setzfließ- und Ausbreitmaß wieder ab. Das Auftreten dieses Punktes ist im besonderen Maße abhängig vom w/z-Wert. Mit sinkendem w/z-Wert wird der Energieeintrag, der eine Verbesserung der Fließeigenschaften hervorruft, reduziert. Bei sehr niedrigen w/z-Werten (< 0,35), kann keine Verbesserung mehr beobachtet werden.
Wird Fließmittel vor der Beschallung zur Zementsuspension zugegeben, können die Eigenschaften der Zementsuspension maßgeblich beeinflusst werden. In beschallten Suspensionen mit Fließmittel, konnte in Abhängigkeit des Energieeintrages die fließmittelbedingte Verzögerung des Erstarrungsbeginns deutlich reduziert werden. Weiterhin zeigt sich, dass der Energieeintrag, der notwendig ist um den Erstarrungsbeginn um einen festen Betrag zu reduzieren, bei Suspensionen mit Fließmittel deutlich reduziert ist.
Auf Grundlage der Beobachtungen an Zementsuspensionen wird der Einfluss von Ultraschall in einen dispergierenden und einen beschleunigenden Effekt unterteilt. Bei hohen w/z-Werten dominiert der dispergierende Einfluss von Ultraschall und der Erstarrungsbeginn wird moderat verkürzt. Bei niedrigeren w/z-Werten der Zementsuspension, dominiert der beschleunigende Effekt wobei kein oder sogar ein negativer Einfluss auf die Verarbeitungseigenschaften beobachtet werden kann.
Im nächsten Schritt werden die Untersuchungen auf den Betonmaßstab mit Hilfe einer Technikumsanlage erweitert und der Einfluss eines zweistufigen Mischens (also dem Herstellen einer Zementsuspension im ersten Schritt und dem darauffolgenden Vermischen mit der Gesteinskörnung im zweiten Schritt) mit Ultraschall auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften betrachtet. Durch die Anlagentechnik, die mit der Beschallung größerer Mengen Zementsuspension einhergeht, kommen weitere Einflussfaktoren auf die Zementsuspension hinzu (z. B. Pumpgeschwindigkeit, Temperatur, Druck). Im Rahmen der Untersuchungen wurde eine Betonrezeptur mit und ohne Ultraschall hergestellt und die Frisch- und Festbetoneigenschaften verglichen. Darüber hinaus wurde ein umfangreiches Untersuchungsprogramm zur Ermittlung wesentlicher Dauerhaftigkeitsparameter durchgeführt. Aufbauend auf den Erfahrungen mit der Technikumsanlage wurde das Ultraschall-Vormischsystem in mehreren Stufen weiterentwickelt und abschließend in einem Betonwerk zur Betonproduktion verwendet.
Die Untersuchungen am Beton zeigen eine deutliche Steigerung der Frühdruckfestigkeiten des Portlandzementbetons. Hierbei kann die zum Entschalen von Betonbauteilen notwendige Druckfestigkeit von 15 MPa deutlich früher erreicht werden. Das Ausbreitmaß der Betone (w/z-Wert = 0,47) wird infolge der Beschallung leicht reduziert, was sich mit den Ergebnissen aus den Untersuchungen an reinen Zementsuspensionen deckt. Bei Applikation eines Überdruckes in der Beschallkammer oder einer Kühlung der Suspension während der Beschallung, kann das Ausbreitmaß leicht gesteigert werden. Allerdings werden die hohen Frühdruckfestigkeiten der ungekühlten beziehungsweise drucklosen Variante nicht mehr erreicht.
In den Untersuchungen kann gezeigt werden, dass das Potential durch die Ultraschall-Beschleunigung genutzt werden kann, um entweder die Festigkeitsklasse des Zementes leitungsneutral zu reduzieren (von CEM I 52,5 R auf CEM I 42,5 R) oder eine 4-stündige Wärmebehandlung vollständig zu substituieren. Die Dauerhaftigkeit der Betone wird dabei nicht negativ beeinflusst. In den Untersuchungen zum Sulfat-, Karbonatisierung-, Chlorideindring- oder Frost/Tauwiderstand kann weder ein positiver noch ein negativer Einfluss durch die Beschallung abgeleitet werden. Ebenso kann in einer Untersuchung zur Alkali-Kieselsäure-Reaktion kein negativer Einfluss durch die Ultraschallbehandlung beobachtet werden.
In den darauf aufbauenden Untersuchungen wird die Anlagentechnik weiterentwickelt, um die Ultraschallbehandlung stärker an eine reale Betonproduktion anzupassen. In der ersten Iterationsstufe wird das in den Betonuntersuchungen verwendete Anlagenkonzept 1 modifiziert (von der In-line-Beschallung zur Batch-Beschallung) und als Analgenkonzept 2 für weitere Untersuchungen genutzt. Hierbei wird eine neue Betonrezeptur mit höherem w/z-Wert (0,52) verwendet, wobei die Druckfestigkeiten ebenfalls deutlich gesteigert werden können. Im Gegensatz zum ersten Beton, wird das Ausbreitmaß dieser Betonzusammensetzung gesteigert, was zur Reduktion von Fließmittel genutzt wird. Dies deckt sich ebenfalls mit den Beobachtungen an reinen Portlandzementsuspensionen, wo eine deutliche Verbesserung der Fließfähigkeit bei höheren w/z-Werten beschrieben wird.
Für diese Betonrezeptur wird ein Vergleich mit einem kommerziell erhältlichen Erhärtungsbeschleuniger (synthetische C-S-H-Keime) angestellt. Hierbei zeigt sich, dass die Beschleunigungswirkung beider Technologien vergleichbar ist. Eine Kombination beider Technologien führt zu einer weiteren deutlichen Steigerung der Frühfestigkeiten, so dass hier von einem synergistischen Effekt ausgegangen werden kann.
In der letzten Iterationsstufe, dem Anlagenkonzept 3, wird beschrieben, wie das Mischsystem im Rahmen einer universitären Ausgründung signifikant weiterentwickelt wird und erstmals in einem Betonwerk zur Betonproduktion verwendet wird. Bei den Überlegungen zur Weiterentwicklung des Ultraschall-Mischsystems wird der Fokus auf die Praktikabilität gelegt und gezeigt, dass das ultraschallgestütze Mischsystem die Druckfestigkeitsentwicklung auch im Werksmaßstab deutlich beschleunigen kann. Damit ist die Voraussetzung für eine ökologisch nachhaltige Optimierung eines Fertigteilbetons unter realen Produktionsbedingungen geschaffen worden.
N2  - In the past years efficiency and sustainability as well as digitalization has come into focus for many different industries due to environmental and cultural changes. Compared to industries like IT, automotive or machine manufacturing, the building industry is still at the very beginning.
Although, due to the large quantities of materials processed, the potential for savings and optimization is especially high in the construction industry. The international discussion on resources and climate is increasingly leading to new concepts being developed and tested in cement and concrete production. On one hand, intensive research and development is taking place in the area of alternative, climate-friendly cements. On the other hand, innovative concepts, like for example 3D-printing, are being tested in concrete production. Due to the construction, quality and durability requirements of buildings, precast concrete elements often have advantages compared to ready-mixed concrete. The high surface quality, durability, as well as the uniformity and weather-independent production are advantages that are repeatedly mentioned when speaking about precast concrete elements. It is necessary though, to discuss the concrete production process in the precast plant to make an efficient and sustainable production of precast concrete elements possible.
 Precast concrete producers mainly focus on optimizing early strength development. Fast hardening concrete is required for the demolding cycle, to enable shift work in production. Often, to ensure high early strengths, highly reactive cements are used in combination with high cement contents in the concrete and/or heat treatment. This contradicts a sustainable concrete concept.
In this thesis, a new method for mixing concrete is discussed. Here, the reactive components of the concrete, cement and water, are pre-treated with ultrasound. Previous investigations on the influence of ultrasound on C3S and cement are the starting point of this work. These are further investigated in as part of this work. Furthermore, the production of concrete with ultrasound is investigated in a pilot scale. The gained experiences were used to further develop the ultrasonic concrete mixing system. Finally, the application of this technology in industrial concrete production is discussed.
In this work, the effects of ultrasound on the hydration of C3S are further investigated. For this purpose, the hydration of sonicated suspensions is monitored by measuring the electrical conductivity, analysing the ion concentration by means of ICP-OES, thermal analysis, measuring the BET surface and an optical evaluation by means of scanning electron microscopy (SEM). The focus is on the first hours of hydration. During this   time the hydration is most strongly influenced by the ultrasound treatment.
The investigations show that the acceleration effect in diluted suspensions (w/s value = 50) is strongly dependent on the portlandite concentration of the solution. The lower the portlandite concentration, the greater the acceleration. Supplementary investigations of the ion concentration of the solution as well as investigations on hydrated C3S show, that first hydrate phases are observable immediately after sonication. The acceleration induced by ultrasound is strongest within the first 24 hours, gradually decreasing beyond this time. The investigations are concluded with experiments on C3S pastes (w/f value = 0.50), which confirm the observations on the diluted suspensions and show an earlier appearance and a greater number of C-S-H phases as a result of sonication. Visually, the C-S-H phases of the sonicated pastes do not only appear much earlier, they are also smaller and finely distributed over the surface of the C3S.
In the next step, the focus of the investigation is extended from the model system with C3S to Portland cement. The question to be discussed is how different compositions of the cement suspension (w/c-ratio, amount of superplasticiser) or a change in the ultrasonic energy input affects the flow properties and the hardening behaviour.
To consider the influence of different factors simultaneously, models are developed with design of experiments (DoE), which describes the behavior of the individual factors. To describe the workability, the slump of cement suspensions was determined. The acceleration of setting was measured by determining the time of normal setting of the cement suspension.
The results of these investigations clearly show that the flow properties and the set time do not change linearly with increasing energy input. It is shown that there is a threshold of the specific energy input up to which the slump is increased. When this point, which is defined as the critical energy input, is exceeded, the slump decreased. The occurrence of this point is particularly dependent on the w/c ratio. As the w/c ratio decreases, the energy input that causes an improvement in the flow properties is reduced. At very low w/c-values (< 0.35), no improvement can be observed.
If superplasticiser is added to the cement suspension before sonication, the properties of the cement suspension can be significantly influenced. In sonicated suspensions with superplasticiser, the superplasticiser-induced delay of the set time could be significantly reduced depending on the energy input. Furthermore, the energy input required to reduce the time of solidification is significantly reduced in suspensions with superplasticiser.
Based on the observations on cement suspensions, the influence of ultrasound is divided into a dispersing and an accelerating effect. At high w/c-values, the dispersing effect of ultrasound dominates, and the set time is moderately decreased. At lower w/c-values of the cement suspension, the accelerating effect dominates, whereas no or even a negative influence on the workability can be observed.
In the next step, the investigations will be extended to the concrete scale with the help of a laboratory plant. Here, the influence of two-stage mixing with ultrasound on the fresh and hardened concrete properties will be discussed. Due to the system set up, which goes hand in hand with the sonication of larger quantities of cement suspension, added further influencing factors to the cement suspension (e.g., Pumping speed, temperature, pressure). As part of the investigations, a concrete composition was produced with as well as without ultrasonic premixing and the fresh and hardened concrete properties were compared. In addition, a comprehensive investigation programme was undertaken to determine essential durability parameters. Based on the experiences with the laboratory device, the ultrasonic premixing system was further developed in several stages and finally used in an industrial concrete plant for concrete production.
The results of the concrete investigations examine a significant increase in the early compressive strengths of Portland cement concrete. Here, the compressive strength of 15 MPa, which is required for stripping of concrete components, can be achieved significantly earlier. The slump of the concretes (w/c-value = 0.47) is slightly decreased as a result of sonication, which is in accordance with the results of the investigations on cement suspensions. If an overpressure is applied in the sonication chamber or the suspension is cooled during sonication, the slump can be slightly increased. However, the high early compressive strengths of the non-cooled or non-pressured concrete are no longer achieved.
the investigations show that the acceleration potential can be used to either reduce the strength class of the cement without performance loss (e. g. from CEM I 52.5 R to CEM I 42.5 R) or to completely substitute a 4-hour heat treatment. The durability of the concrete is not affected. In the investigations on sulphate, carbonation, chloride penetration or freeze/thaw resistance, neither a positive nor a negative influence can be derived from sonication. Likewise, in an investigation on alkali-silica reaction, no negative influence can be observed due to ultrasonic premixing.
Based on these investigations, the ultrasound mixing technology will be further developed in order to decrease the gap between laboratory and industrial production. In the first iteration, the system concept 1 used in the concrete investigations will be modified and used subsequently as system concept 2 for further tests. Here, a new concrete composition with a higher w/c ratio (0.52) is used, through which the compressive strengths can also be significantly increased. In contrast to the first concrete, the slump of this concrete composition is increased, which is used to reduce superplasticiser. This is also in accordance with the observations on Portland cement suspensions, where a clear improvement of the flowability at higher w/c-values is described.
For this concrete formulation, a comparison is made with a commercially available hardening accelerator (synthetic C-S-H-seeds). The results show that the acceleration effect of both technologies is comparable. A combination of both technologies leads to a further significant increase in early strength, so a synergistic effect can be assumed.
The last iteration stage, the system concept 3, describes how the mixing system is significantly developed within a university spin-off and is used for the first time in a concrete plant for concrete production.  The conceptual design of the ultrasonic mixing system for industrial application, focusses on the practicability.it is shown that the mixing system can significantly accelerate the compressive strength development, even in an industrial scale. These results paves the way for optimising precast concrete in terms of sustainability.
KW  - Beton
KW  - Beton
KW  - Nachhaltigkeit
KW  - Ultraschall
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20230112-48919
ER  - 
TY  - THES
A1  - Partschefeld, Stephan
T1  - Synthese von Fließmitteln aus Stärke und Untersuchung der Wechselwirkung mit Portlandzement
N2  - Das Ziel dieser Arbeit war es, neuartige Fließmittel auf Basis von Stärke als nachwachsenden Rohstoff zu synthetisieren und die Wechselwirkung mit Portlandzement zu charakterisieren. Die Notwendigkeit, Alternativen zu synthetischen Zusatzmittel zu erforschen, ergibt sich aus der benötigten Menge zur Verarbeitung von ca. 4,1 Gt/a, wobei ca. 85 % der Zusatzmittel auf die Fließmittel entfallen. 
Um Fließmittel aus Stärke zu synthetisieren, wurden drei Basisstärken unterschiedlicher Herkunft verwendet. Es wurde eine Maniokstärke mit einer niedrigen Molekularmasse und eine Weizenstärke mit einer hohen Molekularmasse verwendet. Darüber hinaus wurde eine Kartoffelstärke mit einer mittleren Molekularmasse, die ein Abfallprodukt der kartoffelverarbeitenden Industrie darstellt, genutzt. Die Stärkefließmittel wurden durch chemische Modifikation in einem zweistufigen Prozess synthetisiert. Im ersten Schritt wurde das Molekulargewicht der Weizen- und Kartoffelstärke durch säurehydrolytischen Abbau verringert. Für die kurzkettige Maniokstärke war eine Degradation der Molekularmasse nicht notwendig. Im zweiten Syntheseschritt wurden anionische Ladungen durch das Versetzen der degradierten Stärken und Maniokstärke mit Natriumvinylsulfonat in die Stärkemoleküle eingeführt. 

Beurteilung der Synthesemethode zur Erzeugung von Stärkefließmitteln
In diesem Zusammenhang sollten molekulare Parameter der Stärkefließmittel gezielt eingestellt werden, um eine Fließwirkung im Portlandzement zu erhalten. Insbesondere die Molekularmasse und die Menge anionischer Ladungen sollte variiert werden, um Abhängigkeiten mit der Dispergierleistung zu identifizieren.

1.	Es konnte durch GPC-Messungen gezeigt werden, dass die Molekularmasse der langkettigen Weizenstärke durch die gewählten Modifizierungsbedingungen zum säurehydrolytischen Abbau verringert werden konnte. Durch Variation der säurehydrolytischen Bedingungen wurden 4 degradierte Weizenstärken erzeugt, die eine Reduzierung der Molekularmasse um 27,5 – 43 % aufwiesen. Die Molekularmasse der Kartoffelstärke konnte durch säurehydrolytischen Abbau um ca. 26 % verringert werden. 
2.	Durch PCD-Messungen wurde gezeigt, dass anionische Ladungen durch Sulfoethylierung der freien Hydroxylgruppen in die degradierten Stärken eingeführt werden konnten. Durch Variation der Dauer der Sulfoethylierung konnte die Menge der anionischen Ladungen gesteuert und gezielt variiert werden, so dass Stärkefließmittel mit steigender Ladungsmenge in folgender Reihenfolge synthetisiert wurden: 
W-3 < W-2 < K-1 < W¬-4 < W¬1 < M-1
Im Ergebnis der chemischen Modifizierung konnten 6 Stärkefließmittel mit variierten Molekularmassen und anionischen Ladungen erzeugt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Herkunft der Stärke für die chemische Modifizierung unerheblich ist. Die Fließmittel lagen synthesebedingt als basische, wässrige Suspensionen mit Wirkstoffgehalten im Bereich von 23,5 – 50 % vor.

Beurteilung der Dispergierleistung der synthetisierten Stärkefließmittel
Die Dispergierperformance wurde durch rheologische Experimente mit einem Rotationsviskosimeter erfasst. Dabei wurden der Einfluss auf die Fließkurven und die Viskositätskurven betrachtet. Durch Vergleich der Dispergierleistung mit einem Polykondensat- und einem PCE-Fließmittel konnte eine Einordnung und Bewertung der Fließmittel vorgenommen werden.
3.	Die rheologische Experimente haben gezeigt, dass die Stärkefließmittel eine vergleichbar hohe Dispergierleistung aufweisen, wie das zum Vergleich herangezogen PCE-Fließmittel. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Fließwirkung der 6 Stärkefließmittel gegenüber dem Polykondensatfließmittel deutlich höher ist. Das aus der Literatur bekannte Einbrechen der Dispergierleistung der Polykondensat-fließmittel bei w/z-Werten < 0,4 konnte bestätigt werden. 
4.	Alle 6 Stärkefließmittel führten zu einer Verringerung der Fließgrenze und der dynamischen Viskosität des Zementleimes bei einem w/z-Wert von 0,35.
5.	Der Vergleich der Dispergierleistung der Stärkefließmittel untereinander zeigte, dass die anionische Ladungsmenge einen Schlüsselparameter darstellt. Die Stärkefließmittel M-1, K-1, W-1 und W-4 mit anionischen Ladungsmengen > 6 C/g zeigten die höchste Dispergier¬performance. Die vergleichend herangezogenen klassischen Fließmittel wiesen anionische Ladungsmengen im Bereich von 1,2 C/g (Polycondensat) und 1,6 C/g (PCE) auf. Die Molekularmasse schien für die Dispergierleistung zunächst unerheblich zu sein. Aus diesem Grund wurde die Basisweizenstärke erneut chemisch modifiziert, indem anionische Ladungen eingeführt wurden, ohne die Molekularmasse jedoch zu verringern. Das Stärkederivat wies verdickende Eigenschaften im Zementleim auf. Daraus konnte geschlussfolgert werden, dass eine definierte Grenzmolekularmasse (150.000 Da) existiert, die unterschritten werden muss, um Fließmittel aus Stärke zu erzeugen. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass durch die chemische Modifizierung sowohl Fließmittel als auch Verdicker aus Stärke erzeugt werden können.
Beurteilung der Beeinflussung der Hydratation und der Porenlösung des Portlandzementes
Aus der Literatur ist bekannt, dass Fließmittel die Hydratation von Portlandzement maßgeblich beeinflussen können. Aus diesem Grund wurden kalorimetrische und konduktometrische Untersuchungen an Zementsuspensionen, die mit den synthetisierten Stärkefließmitteln versetzt wurden, durchgeführt. Ergänzt wurden die Untersuchungen durch Porenlösungsanalysen zu verschiedenen Zeitpunkten der Hydratation.
6.	Die kalorimetrischen Untersuchungen zur Beeinflussung der Hydratation des Portlandzementes zeigten, dass die dormante Periode durch die Zugabe der Stärkefließmittel z.T. erheblich verlängert wird. Es konnte gezeigt werden, dass, je höher die anionische Ladungsmenge der Stärkefließmittel ist, desto länger dauert die dormante Periode andauert. Darüber hinaus zeigte sich, dass eine niedrige Molekularmasse der Stärkefließmittel die Verlängerung der dormanten Periode begünstigt.
7.	Durch die konduktometrischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass alle Stärkefließmittel die Dauer des freien- und diffusionskontrollierten CSH-Phasenwachstums verlangsamen. Insbesondere die Ausfällung des Portlandits, welches mit dem Erstarrungsbeginn korreliert, erfolgt zu deutlich späteren Zeitpunkten. Des Weiteren korrelierten die konduktometrischen Untersuchungen mit der zeitlichen Entwicklung der Calciumkonzentration der Porenlösungen. Der Vergleich der Stärkefließmittel untereinander zeigte, dass die Molekularmasse ein Schlüsselparameter ist. Das Stärkefließmittel M-1 mit der geringsten Molekularmasse, welches geringe Mengen kurzkettiger Anhydroglucoseeinheiten aufweist, verzögert die Hydratphasenbildung am stärksten. Diese Wirkung ist vergleichbar mit der von Zuckern. Darüber hinaus deuteten die Ergebnisse daraufhin, dass die Stärkefließmittel auf den ersten Hydratationsprodukten adsorbieren, wodurch die Hydratphasenbildung verlangsamt wird. 
Die kalorimetrischen und konduktometrischen Daten sowie die Ergebnisse der Porenlösungsanalytik des Zementes, erforderten eine genauere Betrachtung der Beeinflussung der Hydratation der Klinkerphasen C3A und C3S, durch die Stärkefließmittel. Demzufolge wurden die Untersuchungen mit den Klinkerphasen C3A und C3S in Analogie zum Portlandzement durchgeführt.
Beurteilung der Beeinflussung der Hydratation und der Porenlösung des C3A
Während die kalorimetrischen Untersuchungen zur C3A-Hydratation eine Tendenz zur verlangsamten Hydratphasenbildung durch die Stärkefließmittel aufzeigten, lieferten die konduktometrischen Ergebnisse grundlegende Erkenntnisse zur Beeinflussung der C3A-Hydratation. Das Stadium I der C3A-Hydratation ist durch einen Abfall der elektrischen Leitfähigkeit geprägt. Dies korreliert mit dem Absinken der Calciumionenkonzentration und dem Anstieg der Aluminiumionenkonzentration in der Porenlösung der C3A-Suspensionen. Im Anschluss an das Stadium I bildet sich ein Plateau in den elektrischen Leitfähigkeitskurven aus.
8.	Es konnte gezeigt werden, dass die Stärkefließmittel das Stadium I der C3A-Hydratation, d.h. die Auflösung und Bildung erster Calciumaluminathydrate verlangsamen. Insbesondere die Stärkefließmittel mit höherer Molekularmasse erhöhten die Dauer des Stadium I. Das Stadium II wird durch die Stärkefließmittel in folgender Reihenfolge am stärksten verlängert: M-1 > W-3 > K-1 > W-2 ≥ W-4 und verdeutlicht, dass keine Abhängigkeit von der anionischen Ladungsmenge identifiziert werden konnte. Die Ergebnisse zeigten, dass speziell die kurzkettige Stärke M-1, das Stadium II länger aufrechterhalten.
9.	Das Stadium III und IV der C3A-Hydratation wird insbesondere durch die Stärkefließmittel mit höherer Molekularmasse verlängert.
Die Ergebnisse der Porenlösungsanalytik korrelieren mit den Ergebnissen der elektrischen Leitfähigkeit. Speziell die zeitlichen Verläufe der Calciumionenkonzentration bildeten die Verläufe der Konduktivitätskurven der C3A-Hydratation mit großer Übereinstimmung ab.

Beurteilung der Beeinflussung der Hydratation und der Porenlösung des C3S
Die Ergebnisse der kalorimetrischen Untersuchungen zur Beeinflussung der C3S-Hydratation durch die Stärkefließmittel zeigen, dass diese maßgeblich verlangsamt wird. Das Maximum des Haupthydratationspeaks wird zu späteren Zeiten verschoben und auch die Höhe des Maximums wird deutlich verringert. Durch die konduktometrischen Experimente wurde aufgeklärt, welche Stadien der C3S-Hydrataion beeinflusst wurden.
10.	Es konnte gezeigt werden, dass sowohl die Menge der eingebrachten anionischen Ladungen als auch das Vorhandensein sehr kleiner Stärkefließmittelmoleküle (Zucker), Schlüsselparameter der verzögerten Hydratationskinetik des C3S sind. Der grundlegende Mechanismus der Hydratationsverzögerung beruht auf einer Kombination aus verminderter CSH-Keimbildung und Adsorptionsprozessen auf den ersten gebildeten CSH-Phasen der C3S-Partikel.
Beurteilung des Adsorptionsverhaltens am Zement, C3A und C3S
Die Bestimmung des Adsorptionsverhaltens der Stärkefließmittel erfolgte mit der Phenol-Schwefelsäure-Methode an Zement,- C3A- und C3S-Suspensionen. Durch den Vergleich der Adsorptionsraten und Adsorptionsmengen in Abhängigkeit von den molekularen Parametern der Stärkefließmittel wurde ein Wechselwirkungsmodell identifiziert.
11.	Die Ursache für die hohe Dispergierleistung der Stärkefließmittel liegt in Adsorptionsprozessen an den ersten gebildeten Hydratphasen des Zementes begründet. Die Molekularmasse der Stärkefließmittel ist ein Schlüsselparameter der entscheidend für den Mechanismus der Adsorption ist. Während anionische, langkettige Stärken an mehreren Zementpartikeln gleichzeitig adsorbieren und für eine Vernetzung der Zementpartikel untereinander sorgen (Verdickerwirkung), adsorbieren kurzkettige anionische Stärken lediglich an den ersten gebildeten Hydratphasen der einzelnen Zementpartikel und führen zu elektrostatischer Abstoßung (Fließmittelwirkung).
12.	Es konnte gezeigt werden, dass die Stärkefließmittel mit geringerem Molekulargewicht bei höheren Konzentrationen an den Hydratphasen des Zementes adsorbieren. Die Stärkefließmittel mit höherer Molekularmasse erreichen bei einer Zugabemenge von 0,7 % ein Plateau. Daraus wird geschlussfolgert, dass die größeren Fließmittelmoleküle einen erhöhten Platzbedarf erfordern und zur Absättigung der hydratisierenden Oberflächen bei geringeren Zugabemengen führen. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Stärkefließmittel mit höherer anionischer Ladungsmenge zu höheren Adsorptionsmengen auf den Zement-, C3A- und C3S-Partikeln führen.
13.	Die Adsorptionsprozesse finden an den ersten gebildeten Hydratphasen der C3A-Partikel statt, wodurch sowohl die Auflösung des C3A als auch die Bildung der Calciumhydroaluminate verlangsamt wird. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Verlangsamung des freien- und diffusionskontrollierten Hydratphasenwachstums des C3S, durch die Adsorption der Stärkefließmittel auf den ersten gebildeten CSH-Phasen hervorgerufen wird. Des Weiteren wurde festgestellt, dass sehr kleine zuckerähnliche Moleküle in der kurzkettigen Maniokstärke in der Lage sind, die Bildung der ersten CSH-Keime zu unterdrücken. Dadurch kann die langanhaltende Plateauphase der elektrischen Leitfähigkeit der C3S-Hydratation erklärt werden.
Beurteilung der Porenstruktur- und Festigkeitsausbildung 
Die Beurteilung der Qualität der Mikrostruktur erfolgte durch die Bestimmung der Rohdichte und der Porenradienverteilung mit Hilfe der Quecksilberhochdruckporosimetrie. Durch das Versetzen der Zementleime mit den Stärkefließmitteln konnten bei gleichbleibender Verarbeitbarkeit Zementsteinprobekörper mit einem um 17,5 % geringeren w/z-Wert von 0,35 hergestellt werden. Die Absenkung des w/z-Wertes führt zu einem Anstieg der Rohdichte des Zementsteins.
14.	Durch die Zugabe der Stärkefließmittel und den verringerten w/z-Wert wird die Porenstruktur der Zementsteinproben im Vergleich zum Referenzzementstein verfeinert, da die Gesamtporosität sinkt. Insbesondere der Kapillarporenanteil wird verringert und der Gelporenanteil erhöht. Im Unterschied zu den PCE-Fließmitteln führt die Zugabe der Stärkefließmittel zu keinem erhöhten Eintrag von Luftporen. Dies wiederum hat zur Folge, dass bei der Verwendung der Stärkefließmittel auf Entschäumer verzichtet werden kann.
15.	Entsprechend der dichteren Zementsteinmatrix wurden für die Zementsteine mit den Stärkefließmitteln nach 7 d und 28 d, erhöhte Biegezug- und Druckfestigkeiten ermittelt. Insbesondere die 28 d Druckfestigkeit wurde durch den verringerten w/z-Wert um die Faktoren 3,5 - 6,6 erhöht.
KW  - Zusatzmittel
KW  - Fließmittel
KW  - Stärkefließmittel
KW  - Zementhydratation
KW  - Synthese
KW  - Bauchemie
KW  - Betonverflüssiger
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20220505-46402
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mai, Luu
T1  - Structural Control Systems in High-speed Railway Bridges
N2  - Structural vibration control of high-speed railway bridges using tuned mass dampers, semi-active tuned mass dampers, fluid viscous dampers and magnetorheological dampers to reduce resonant structural vibrations is studied. In this work, the addressed main issues include modeling of the dynamic interaction of the structures, optimization of the parameters of the dampers and comparison of their efficiency.

A new approach to optimize multiple tuned mass damper systems on an uncertain model is proposed based on the H-infinity optimization criteria and the DK iteration procedure with norm-bounded uncertainties in frequency domain. The parameters of tuned mass dampers are optimized directly and simultaneously on different modes contributing significantly to the multi-resonant peaks to explore the different possible combinations of parameters. The effectiveness of the present method is also evaluated through comparison with a previous method.

In the case of semi-active tuned mass dampers, an optimization algorithm is derived to control the magnetorheological damper in these semi-active damping systems. The use of the proposed algorithm can generate various combinations of control gains and state variables. This can lead to the improvement of the ability of MR dampers to track the desired control forces. An uncertain model to reduce detuning effects is also considered in this work.

Next, for fluid viscous dampers, in order to tune the optimal parameters of fluid viscous dampers to the vicinity of the exact values, analytical formulae which can include structural damping are developed based on the perturbation method. The proposed formulae can also be considered as an improvement of the previous analytical formulae, especially for bridge beams with large structural damping.

Finally, a new combination of magnetorheological dampers and a double-beam system to improve the performance of the primary structure vibration is proposed. An algorithm to control magnetorheological dampers in this system is developed by using standard linear matrix inequality techniques. Weight functions as a loop shaping procedure are also introduced in the feedback controllers to improve the tracking ability of magnetorheological damping forces. To this end, the effectiveness of magnetorheological dampers controlled by the proposed scheme, along with the effects of the uncertain and time-delay parameters on the models, are evaluated through numerical simulations. 

Additionally, a comparison of the dampers  based on their performance is also considered in this work.
T3  - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2014,3 
KW  - High-speed railway bridge
KW  - Control  system
KW  - Passive damper
KW  - Semi-active damper
KW  - Railway bridges
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20141223-23391
SN  - 1610-7381
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schuch, Kai
A1  - Kaps, Christian
T1  - Reifungs- und Strukturbildungsprozesse bei Bindern mit wässrigen Alkalisilikat-Lösungen
N2  - Durch Reifungs- und Strukturbildungsprozesse kann es bei silikatischen und alumosilikatischen Bindern zu Rissbildung bei behinderter Verformung, Festigkeitsverlust und somit Verlust der Dauerhaftigkeit kommen. Die Bewertung dieser Prozesse erfolgt an silikatischen Materialien mit einem Ausblick auf die alumosilikatischen Binder.
KW  - Alkalisilikat
KW  - Wasserglas
KW  - Bindemittel
KW  - Silikat
KW  - Wasserglas
KW  - Reifungsprozess
KW  - Strukturbildungsprozess
KW  - Alumosilikat
KW  - Silikat
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170728-32682
UR  - https://e-pub.uni-weimar.de/opus4/frontdoor/index/index/docId/3267
SP  - 1
EP  - 17
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schuch, Kai
A1  - Kaps, Christian
T1  - Reifungs- und Strukturbildungsprozesse bei Bindern mit wässrigen Alkalisilikat-Lösungen
N2  - Durch Reifungs- und Strukturbildungsprozesse kann es bei silikatischen und alumosilikatischen Bindern zu Rissbildung bei behinderter Verformung, Festigkeitsverlust und somit Verlust der Dauerhaftigkeit kommen. Die Bewertung dieser Prozesse erfolgt an silikatischen Materialien mit einem Ausblick auf die alumosilikatischen Binder
KW  - Alkalisilikat
KW  - Wasserglas
KW  - Bindemittel
KW  - Silikat
KW  - Wasserglas
KW  - Reifungsprozess
KW  - Strukturbildungsprozess
KW  - Alumosilikat
KW  - Silikat
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170718-32675
UR  - https://e-pub.uni-weimar.de/opus4/frontdoor/index/index/docId/3268
SP  - 1
EP  - 17
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dressel, Dennys
T1  - Reaktivität von Hüttensand : Thermodynamische Grundlagen und Anwendung
N2  - Die thermodynamischen Grundlagen der Hydratation von Hüttensand als Hauptbestandteil von Zementen werden erforscht. Hierbei werden thermodynamische Bildungs- und Reaktionsdaten experimentell bestimmt und berechnet. Darüber hinaus wird der Prozess der Feststoffauflösung von Hüttensand in wässrigen Lösungen untersucht. Lösungs- und Fällungsprozesse werden unter verschiedenen Konditionen gemessen, ausgewertet und diskutiert. Die Ergebnisse werden im weiteren Verlauf zur Bestimmung der Hydratationsgrades in Pasten sowie zum besseren Verständnis in der Wechselwirkung zwischen Hüttensanden und Mahlhilfsstoffen genutzt und angewandt.
KW  - Hüttensand
KW  - Thermodynamik
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160829-26778
ER  - 
TY  - THES
A1  - Goswami, Somdatta
T1  - Phase field modeling of fracture with isogeometric analysis and machine learning methods
N2  - This thesis presents the advances and applications of phase field modeling in fracture analysis. In this approach, the sharp crack surface topology in a solid is approximated by a diffusive crack zone governed by a scalar auxiliary variable. The uniqueness of phase field modeling is that the crack paths are automatically determined as part of the solution and no interface tracking is required. The damage parameter varies continuously over the domain. But this flexibility comes with associated difficulties: (1) a very fine spatial discretization is required to represent sharp local gradients correctly; (2) fine discretization results in high computational cost; (3) computation of higher-order derivatives for improved convergence rates and (4) curse of dimensionality in conventional numerical integration techniques. As a consequence, the practical applicability of phase field models is severely limited. 

The research presented in this thesis addresses the difficulties of the conventional numerical integration techniques for phase field modeling in quasi-static brittle fracture analysis. The first method relies on polynomial splines over hierarchical T-meshes (PHT-splines) in the framework of isogeometric analysis (IGA). An adaptive h-refinement scheme is developed based on the variational energy formulation of phase field modeling. The fourth-order phase field model provides increased regularity in the exact solution of the phase field equation and improved convergence rates for numerical solutions on a coarser discretization, compared to the second-order model. However, second-order derivatives of the phase field are required in the fourth-order model. Hence, at least a minimum of C1 continuous basis functions are essential, which is achieved using hierarchical cubic B-splines in IGA. PHT-splines enable the refinement to remain local at singularities and high gradients, consequently reducing the computational cost greatly. Unfortunately, when modeling complex geometries, multiple parameter spaces (patches) are joined together to describe the physical domain and there is typically a loss of continuity at the patch boundaries. This decrease of smoothness is dictated by the geometry description, where C0 parameterizations are normally used to deal with kinks and corners in the domain. Hence, the application of the fourth-order model is severely restricted. To overcome the high computational cost for the second-order model, we develop a dual-mesh adaptive h-refinement approach. This approach uses a coarser discretization for the elastic field and a finer discretization for the phase field. Independent refinement strategies have been used for each field.

The next contribution is based on physics informed deep neural networks. The network is trained based on the minimization of the variational energy of the system described by general non-linear partial differential equations while respecting any given law of physics, hence the name physics informed neural network (PINN). The developed approach needs only a set of points to define the geometry, contrary to the conventional mesh-based discretization techniques. The concept of `transfer learning' is integrated with the developed PINN approach to improve the computational efficiency of the network at each displacement step. This approach allows a numerically stable crack growth even with larger displacement steps. An adaptive h-refinement scheme based on the generation of more quadrature points in the damage zone is developed in this framework. For all the developed methods, displacement-controlled loading is considered. The accuracy and the efficiency of both methods are studied numerically showing that the developed methods are powerful and computationally efficient tools for accurately predicting fractures.
T3  - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2021,1 
KW  - Phasenfeldmodell
KW  - Neuronales Netz
KW  - Sprödbruch
KW  - Isogeometric Analysis
KW  - Physics informed neural network
KW  - phase field
KW  - deep neural network
KW  - brittle fracture
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20210304-43841
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zacharias, Christin
T1  - Numerical Simulation Models for Thermoelastic Damping Effects
N2  - 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.
N2  - Die Finite-Elemente Simulation von dynamisch angeregten Strukturen wird im Wesentlich durch die Steifigkeits-, Massen- und Dämpfungseigenschaften des Systems sowie durch die äußere Belastung bestimmt. Die Vorhersagequalität von dynamischen Simulationen schwingungsanfälliger Bauteile hängt wesentlich von der Verwendung geeigneter Dämpfungsmodelle ab.
Dämpfungsphänomene haben einen wesentlichen Einfluss auf die Schwingungsamplitude, die Frequenz und teilweise sogar die Existenz von Vibrationen. Allerdings ist die Entwicklung von realitätsnahen Dämpfungsmodellen oft schwierig, da eine Vielzahl von physikalischen Effekten zur Energiedissipation während eines Schwingungsvorgangs führt. Beispiele hierfür sind die Materialdämpfung, verschiedene Formen der Reibung sowie vielfältige Wechselwirkungen mit dem umgebenden Medium. 
Diese Dissertation befasst sich mit thermoelastischer Dämpfung, die in homogenen Materialien die dominante Ursache der Materialdämpfung darstellt. Der thermoelastische Effekt wird ausgelöst durch eine Temperaturänderung aufgrund mechanischer Spannungen. In der schwingenden Struktur entstehen während der Deformation Temperaturgradienten zwischen benachbarten Regionen unter Zug- und Druckbelastung. In Abhängigkeit von der Vibrationsfrequenz führen diese zu Wärmeströmen und irreversibler Umwandlung mechanischer in thermische Energie.
Die Zielstellung dieser Arbeit besteht in der Entwicklung recheneffizienter Simulationsmethoden, um thermoelastische Dämpfung in zeitabhängigen Finite-Elemente Analysen, die auf modaler Superposition beruhen, zu integrieren. Der thermoelastische Verlustfaktor wird auf der Grundlage der mechanischen Eigenformen und -frequenzen bestimmt. In nachfolgenden Analysen im Zeit- und Frequenzbereich wird er als modaler Dämpfungsgrad verwendet. 
Zwei Ansätze werden entwickelt, um den thermoelastischen Verlustfaktor in dünn-wandigen Plattenstrukturen, sowie in dreidimensionalen Volumenbauteilen zu simulieren. Die realitätsnahe Vorhersage der Energiedissipation wird durch die Verifizierung an experimentellen Daten bestätigt. Dafür wird ein Versuchsaufbau entwickelt, der eine Messung von Materialdämpfung unter Ausschluss anderer Dissipationsquellen ermöglicht.
Für den Fall der Volumenbauteile wird ein Ansatz verwendet, der auf der Berechnung der Entropieänderung und damit der erzeugte Wärmeenergie während eines Schwingungszyklus beruht. Im Verhältnis zur Formänderungsenergie ist dies ein Maß für die thermoelastische Dämpfung. Für dünne Plattenstrukturen wird der Anteil an Biegeenergie in der Eigenform bestimmt und im sogenannten modalen Biegefaktor (MBF) zusammengefasst. Der maximale Grad an thermoelastischer Dämpfung kann im Zustand reiner Biegung auftreten, sodass der MBF eine quantitative Klassifikation der Eigenformen hinsichtlich ihres thermoelastischen Dämpfungspotentials zulässt.
Die Ergebnisse der entwickelten Simulationsmethoden stimmen sehr gut mit den experimentellen Daten überein und sind geeignet, um thermoelastische Dämpfungsgrade vorherzusagen. Beide Ansätze basieren auf modaler Superposition und ermöglichen damit zeitabhängige Simulationen mit einer hohen Recheneffizienz. Insgesamt stellt die Modellierung der thermoelastischen Dämpfung einen Baustein in einem umfassenden Dämpfungsmodell dar, welches zur realitätsnahen Simulation von Schwingungsvorgängen notwendig ist.
T3  - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2022,8 
KW  - Werkstoffdämpfung
KW  - Finite-Elemente-Methode
KW  - Strukturdynamik
KW  - Thermoelastic damping
KW  - modal damping
KW  - decay experiments
KW  - energy dissipation
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20221116-47352
ER  - 
TY  - THES
A1  - Piethe, Vivienne
T1  - Konfektionierung eines Calciumsulfat-Bindemittelsystems zur Herstellung volumenstabiler Fließestrichmörtel
N2  - Bei einem marktüblichen Calciumsulfat-Fließestrich wurden in der Praxis schädigende Volu-menexpansionen festgestellt. Diese sind ein Resultat aus dem Zusammenwirken des einge-setzten Bindemittel-Compounds und einer kritischen Gesteinskörnung. 
Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Calciumsulfat-Bindemittelsystem zu konfektionieren, welches in der Lage ist, die im Mörtel festgestellten Volumenexpansionen zu unterbinden. Es sollen verschiedene Bindemittel- und Additivzusammensetzungen untersucht werden, welche in Verbindung mit der kritischen Gesteinskörnung die Herstellung eines volumenstabilen Fließestrichs ermöglichen. 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 Längenänderungsmessungen in der Schwindrinne werden die Einflüsse der Binde-mittel, der Additivzusammensetzungen und der Wasser/Bindemittel-Werte auf das Län-genänderungsverhalten untersucht. Mittels Variation der einzelnen Compound-Bestandteile kann festgestellt werden, dass der Stabilisierer die Längenänderung negativ beeinflusst. Dieser bindet freies Wasser, welches für eine Reaktion zwischen Bindemittel und Gesteins-körnung im plastischen Zustand nicht mehr zur Verfügung steht. Diese Reaktion kann folglich erst im erhärteten Zustand ablaufen und verursacht die schädigende Volumenexpansion. 
Abschließend wurde ein Bindemittel-Compound konfektioniert, welcher ohne Zusatz von Stabilisierern in Zusammenhang mit der kritischen Gesteinskörnung volumenstabil ist und keine Schäden auslöst.
KW  - Calciumsulfat
KW  - Gips
KW  - Fließestrich
KW  - Volumenstabilität
KW  - Calciumsulfatfließestrich
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20190902-39445
ER  - 
TY  - THES
A1  - Shaaban Mohamed, Ahmed Mostafa
T1  - Isogeometric boundary element analysis and structural shape optimization for Helmholtz acoustic problems
N2  - 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.
T3  - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2022,6 
KW  - Randelemente-Methode
KW  - Isogeometrische Analyse
KW  - Gestaltoptimierung
KW  - Boundary Element Method
KW  - Isogeometric Analysis
KW  - Helmholtz Acoustic Problems
KW  - Shape Optimization
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20220816-47030
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nanthakumar, S.S.
T1  - Inverse and optimization problems in piezoelectric materials using Extended Finite Element Method and Level sets
T1  - Inverse und Optimierungsprobleme für piezoelektrische Materialien mit der Extended Finite Elemente Methode und Level sets
N2  - Piezoelectric materials are used in several applications as sensors and actuators where they experience high stress and electric field concentrations as a result of which they may fail due to fracture. Though there are many analytical and experimental works on piezoelectric fracture mechanics. There are very few studies about damage detection, which is an interesting way to prevent the failure of these ceramics.

An iterative method to treat the inverse problem of detecting cracks and voids in piezoelectric structures is proposed. Extended finite element method (XFEM) is employed for solving the inverse problem as it allows the use of a single regular mesh for large number of iterations with different flaw geometries.

Firstly, minimization of cost function is performed by Multilevel Coordinate Search (MCS) method. The XFEM-MCS methodology is applied to two dimensional electromechanical problems where flaws considered are straight cracks and elliptical voids. Then a numerical method based on combination of classical shape derivative and level set method for front propagation used in structural optimization is utilized to minimize the cost function. The results obtained show that the XFEM-level set methodology is effectively able to determine the number of voids in a piezoelectric structure and its corresponding locations.

The XFEM-level set methodology is improved to solve the inverse problem of detecting inclusion interfaces in a piezoelectric structure. The material interfaces are implicitly represented by level sets which are identified by applying regularisation using total variation penalty terms. The formulation is presented for three dimensional structures and inclusions made of different materials are detected by using multiple level sets. The results obtained prove that the iterative procedure proposed can determine the location and approximate shape of material subdomains in the presence of higher noise levels.

Piezoelectric nanostructures exhibit size dependent properties because of surface elasticity and surface piezoelectricity. Initially a study to understand the influence of surface elasticity on optimization of nano elastic beams is performed. The boundary of the nano structure is implicitly represented by a level set function, which is considered as the design variable in the optimization process. Two objective functions, minimizing the total potential energy of a nanostructure subjected to a material volume constraint and minimizing the least square error compared to a target
displacement, are chosen for the numerical examples. The numerical examples demonstrate the importance of size and aspect ratio in determining how surface effects impact the optimized topology of nanobeams.

Finally a conventional cantilever energy harvester with a piezoelectric nano layer is analysed. The presence of surface piezoelectricity in nano beams and nano plates leads to increase in electromechanical coupling coefficient. Topology optimization of these piezoelectric structures in an energy harvesting device to further increase energy conversion using appropriately modified XFEM-level set algorithm is performed .
KW  - Finite-Elemente-Methode
KW  - Piezoelectricity
KW  - Inverse problems
KW  - Optimization problems
KW  - Nanostructures
KW  - XFEM
KW  - level set method
KW  - Surface effects
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20161128-27095
ER  - 
TY  - THES
A1  - Abeltshauser, Rainer
T1  - Identification and separation of physical effects of coupled systems by using defined model abstractions
N2  - The thesis investigates at the computer aided simulation process for operational vibration analysis of complex coupled systems. As part of the internal methods project “Absolute Values” of the BMW Group, the thesis deals with the analysis of the structural dynamic interactions and excitation interactions. The overarching aim of the methods project is to predict the operational vibrations of engines.
Simulations are usually used to analyze technical aspects (e. g. operational vibrations, strength, ...) of single components in the industrial development. The boundary conditions of submodels are mostly based on experiences. So the interactions with neighboring components and systems are neglected. To get physically more realistic results but still efficient simulations, this work wants to support the engineer during the preprocessing phase by useful criteria.
At first suitable abstraction levels based on the existing literature are defined to identify structural dynamic interactions and excitation interactions of coupled systems. So it is possible to separate different effects of the coupled subsystems. On this basis, criteria are derived to assess the influence of interactions between the considered systems. These criteria can be used during the preprocessing phase and help the engineer to build up efficient models with respect to the interactions with neighboring systems. The method was developed by using several models with different complexity levels. Furthermore, the method is proved for the application in the industrial environment by using the example of a current combustion engine.
T2  - Identifikation und Separation physikalischer Effekte von gekoppelten Systemen mittels definierter Modellabstraktionen
T3  - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2017,1 
KW  - Strukturdynamik
KW  - Wechselwirkung
KW  - Schwingung
KW  - Berechnung
KW  - Numerische Berechnung
KW  - Modellbildung
KW  - Schwingungsanalyse
KW  - Simulationsprozess
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170314-28600
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schuster, Siegbert
A1  - Schuster, Karl-Heinz
T1  - Hygrothermische Gebäudesimulation – Experimentelle Bestimmung der Randparameter und Sorptionseigenschaften von historischen Räumen
N2  - Forscher prognostizieren in den kommenden Jahren eine Klimaerwärmung bis zu 6 ° C. Aus diesem Grund wurde das EU – Forschungsprojekt „ Climate for Culture“ ins Leben gerufen, um Auswirkungen dieses Klimawandels auf denkmalgeschützte, kulturhistorische Gebäude zu untersuchen. Ziel ist es, entsprechende Schutzmaßnahmen in konservatorischer Hinsicht zu erarbeiten.
Aufgrund des Zusammenhanges zwischen Temperatur und Luftfeuchte führt diese Klimaerwärmung auch zu einer Änderung des Feuchtehaushaltes im Außenbereich und, bedingt durch einen immer vorhandenen Luftwechsel, schließlich auch im Innenbereich von Gebäuden.
Die Fähigkeit eines Gebäudes, durch seine Beschaffenheit auf Feuchteeinflüsse zu reagieren, wird maßgeblich bestimmt durch seine Möglichkeit, in der Gebäudehülle und der vorhandenen Einrichtung anfallende Feuchte zwischenzuspeichern und diese zeitversetzt wieder an die Umgebung abzugeben. Diese Fähigkeit sorptiver Flächen zur Feuchtepufferung konnte bislang nur mit erheblichem Aufwand ermittelt werden.
In der vorliegenden Arbeit wird versucht, durch einfachere Methoden mittels hygrothermischer Simulation einen „Zweizahlwert“ zu erhalten, mit dem sich diese Raumkompetenz schnell und nachvollziehbar darstellen lässt.
KW  - Feuchtepufferung
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20131219-20936
ER  - 
TY  - THES
A1  - Habtemariam, Abinet Kifle
T1  - Generalized Beam Theory for the analysis of thin-walled circular pipe members
N2  - The detailed structural analysis of thin-walled circular pipe members often requires the use of a shell or solid-based finite element method. Although these methods provide a very good approximation of the deformations, they require a higher degree of discretization which causes high computational costs. On the other hand, the analysis of thin-walled circular pipe members based on classical beam theories is easy to implement and needs much less computation time, however, they are limited in their ability to approximate the deformations as they cannot consider the deformation of the cross-section.

This dissertation focuses on the study of the Generalized Beam Theory (GBT) which is both accurate and efficient in analyzing thin-walled members. This theory is based on the separation of variables in which the displacement field is expressed as a combination of predetermined deformation modes related to the cross-section, and unknown amplitude functions defined on the beam's longitudinal axis. Although the GBT was initially developed for long straight members, through the consideration of complementary deformation modes, which amend the null transverse and shear membrane strain assumptions of the classical GBT, problems involving short members, pipe bends, and geometrical nonlinearity can also be analyzed using GBT. In this dissertation, the GBT formulation for the analysis of these problems is developed and the application and capabilities of the method are illustrated using several numerical examples. Furthermore, the displacement and stress field results of these examples are verified using an equivalent refined shell-based finite element model.

The developed static and dynamic GBT formulations for curved thin-walled circular pipes are based on the linear kinematic description of the curved shell theory. In these formulations, the complex problem in pipe bends due to the strong coupling effect of the longitudinal bending, warping and the cross-sectional ovalization is handled precisely through the derivation of the coupling tensors between the considered GBT deformation modes. Similarly, the geometrically nonlinear GBT analysis is formulated for thin-walled circular pipes based on the nonlinear membrane kinematic equations. Here, the initial linear and quadratic stress and displacement tangent stiffness matrices are built using the third and fourth-order GBT deformation mode coupling tensors.

Longitudinally, the formulation of the coupled GBT element stiffness and mass matrices are presented using a beam-based finite element formulation. Furthermore, the formulated GBT elements are tested for shear and membrane locking problems and the limitations of the formulations regarding the membrane locking problem are discussed.
N2  - Eine detaillierte Strukturanalyse dünnwandiger, kreisförmiger Rohrelemente erfordert oft die Verwendung von Schalenelementen in der Finite Elemente Methode. Diese Methode ermöglicht eine sehr gute Approximation des Verformungszustandes, erfordert jedoch einen hohen Grad der Diskretisierung, welcher wiederum einen hohen Rechenaufwand verursacht. Eine alternative Methode hierzu basiert auf klassischen Balkentheorien, welche eine einfache Modellierung ermöglichen und wesentlich geringeren Rechenaufwand erfordern. Diese weisen jedoch Einschränkungen bei der Approximation von Verformungen auf, da Querschnittsverformungen nicht berücksichtigt werden können.

Schwerpunkt dieser Dissertation ist eine Untersuchung der Verallgemeinerten Technischen Biegetheorie (VTB), die sowohl eine genaue als auch eine effiziente Analyse von dünnwandigen Tragwerkselementen ermöglicht. Diese Theorie basiert auf einer Trennung der Variablen, in der das Verschiebungsfeld als eine Kombination von vorbestimmten Verformungsmoden der Querschnitts und unbekannten Amplitudenfunktionen in Längsrichtung ausgedrückt wird. Obwohl die VTB ursprünglich für lange, gerade Elemente entwickelt wurde, können durch die Berücksichtigung komplementärer Verformungsmoden, welche die Null-Annahmen der klassischen VTB für Quer- und Schubmembrandehnung abändern, Probleme mit kurzen Elementen, Rohrbögen und geometrischer Nichtlinearität analysiert werden. In dieser Dissertation wird die VTB-Formulierung für die Analyse dieser Probleme entwickelt. Die Anwendung und Möglichkeiten der Methode werden anhand mehrerer numerischer Beispiele veranschaulicht, deren Verschiebungs- und Spannungsfeldanalysen anhand eines äquivalenten, verfeinerten, schalenbasierten Finite-Elemente-Modells verifiziert werden.

Die entwickelten statischen und dynamischen VTB-Formulierungen für Rohrbogenelemente basieren auf der linearen kinematischen Beschreibung der Theorie gekrümmter Schalen. In diesen Formulierungen wird das komplexe Problem in Rohrbögen aufgrund des starken Kopplungseffekts der Längsbiegung, der Verwölbung und der Querschnittsovalisierung durch die Herleitung der Kopplungstensoren zwischen den betrachteten VTB-Verformungsmoden präzise behandelt. In ähnlicher Weise wird die geometrisch nichtlineare VTB-Analyse für gerade Rohrelemente auf der Grundlage der nichtlinearen kinematischen Membrangleichungen formuliert. Die anfänglichen linearen und quadratischen Spannungs- und Verschiebungs-Tangentensteifigkeitsmatrizen werden dabei unter Verwendung der VTB-Kopplungstensoren dritter und vierter Ordnung aufgebaut.

In Längsrichtung wird die Formulierung der gekoppelten VTB-Element-Steifigkeits- und Massenmatrizen unter Verwendung einer balkenbasierten Finite-Elemente Formulierung dargestellt. Weiterhin werden die VTB-Elemente auf Schub- und Membran-Locking-Probleme getestet und die Einschränkungen der Formulierungen bezüglich des Membran-Locking-Problems diskutiert.
T3  - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2022,2 
KW  - Finite-Elemente-Methode
KW  - Dynamische Analyse
KW  - Generalized Beam Theory (GBT)
KW  - Finite Element Method
KW  - Dynamic Analysis
KW  - Geometrically nonlinear analysis
KW  - Curved thin-walled circular pipes
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20220127-45723
ER  - 
TY  - THES
A1  - Urbina Cazenave, Mario Humberto
T1  - Gaze Controlled Applications and Optical-See-Through Displays - General Conditions for Gaze Driven Companion Technologies
N2  - Gaze based human-computer-interaction has been a research topic for over a quarter century. Since then, the main scenario for gaze interaction has been helping handicapped people to communicate an interact with their environment. With the rapid development of mobile and wearable display technologies, a new application field for gaze interaction has appeared, opening new research questions.
This thesis investigates the feasibility of mobile gaze based interaction, studying deeply the use of pie menus as a generic and robust widget for gaze interaction as well as visual and perceptual issues on head mounted (wearable) optical see-through displays.
It reviews conventional gaze-based selection methods and investigates in detail the use of pie menus for gaze control. It studies and discusses layout issues, selection methods and applications. Results show that pie menus can allocate up to six items in width and multiple depth layers, allowing a fast and accurate navigation through hierarchical levels by using or combining multiple selection methods. Based on these results, several text entry methods based on pie menus are proposed. Character-by-character text entry, text entry with bigrams and with text entry with bigrams derived by word prediction, as well as possible selection methods, are examined in a longitudinal study. Data showed large advantages of the bigram entry methods over single character text entry in speed and accuracy. Participants preferred the novel selection method based on saccades (selecting by borders) over the conventional and well established dwell time method.
On the one hand, pie menus showed to be a feasible and robust widget, which may enable the efficient use of mobile eye tracking systems that may not be accurate enough for controlling elements on conventional interface. On the other hand, visual perception on mobile displays technologies need to be examined in order to deduce if the mentioned results can be transported to mobile devices.
Optical see-through devices enable observers to see additional information embedded in real environments. There is already some evidence of increasing visual load on the respective systems. We investigated visual performance on participants with a visual search tasks and dual tasks presenting visual stimuli on the optical see-through device, only on a computer screen, and simultaneously on both devices. Results showed that switching between the presentation devices (i.e. perceiving information simultaneously from both devices) produced costs in visual performance. The implications of these costs and of further perceptual and technical factors for mobile gaze-based interaction are discussed and solutions are proposed.
N2  - Blickbasierte Mensch-Computer-Interaktion ist seit einem viertel Jahrhundert ein relevantes Forschungsthema. Der überwiegende Einsatz von Blicksteuerung beschränkte sich darauf, das Menschen mit Behinderungen kommunizieren können. In dieser Form, können z.B. ALS Patienten allein durch ihren Blickbewegungen Texte schreiben, Rollstühle bewegen und Bedürfnisse mitteilen. Durch die rasante Entwicklung von mobilen Endgeräten und tragbaren Displaytechnologien, öffnete sich ein neues Anwendungsfeld und damit neue Forschungsfragen.
Im Rahmen dieser Dissertation wurden grundlegende Interaktionsmöglichkeiten mittels Blicksteuerung entwickelt und erforscht, die das gesamte Potential von Blickbewegungen als Eingabemöglchkeit ausnutzen. Blicksteuerung charakterisiert sich dadurch, dass sie die schnellste motorische Bewegung ist und unwillkürlich gesteuert wird. Sie bildet damit Aufmerksamkeitsprozesse ab. So kann der Blick nicht nur als Mittel zur Eingabe dienlich sein, sondern er verrät auch etwas über die Intentionen und Motive des Nutzers. Dies für die Rechnersteuerung zu nutzen, kann die Eingabe mittels Blicken überaus einfach und effizient machen und zwar nicht nur für motorisch beeinträchtigte, sondern auch für gesunde Nutzer.
Diese These erforscht die Machbarkeit von mobiler Blicksteuerung. Sie untersucht im Detail den Einsatz von Pie Menüs als generisches und robustes Widget für Blicksteuerung, sowie visuelle und wahrnehmungspsychologische Aspekte bei der Nutzung von mobilen optischen Datenbrillen. Diese Arbeit fasst konventionelle blickbasierte Interaktionsmethoden zusammen und untersucht im Detail die Verwendung von Pie Menüs für Blicksteuerung. Es erforscht und diskutiert Layout-Probleme, Auswahl, Methoden und Anwendungen von Pie Menüs. Die Ergebnisse zeigen, dass Pie Menüs bis zu sechs Elemente in Breite und Tiefe, in mehreren Schichten zuordnen können, so dass eine schnelle und präzise Navigation durch die hierarchischen Ebenen gewährleistet ist. Durch die Nutzung oder die Kombination mehrerer Selektionsmethoden, kann eine effiziente und effektive Interaktion gewährleistet werden. Gestützt von diesen Ergebnissen, wurden diverse auf Pie Menüs basierte Texteingabesysteme entwickelt. Diese Texteingabesysteme bauen auf der Eingabe von Einzelbuchstaben, Bigrammen, und vorhersgesagten Wörter. Die genannten Systeme sowie zwei Selektionsmethoden der blickbasierten Interaktion wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigen signifikante Unterschiede bei der Geschwindigkeit und Genauigkeit der Texteingabe zugunsten des auf Bigrammen basierten Texteingabesystems, im direkten Vergleich zur Methode der einzelnen Buchstabeneingabe. Die Probanden präferierten, die neue aus Sakkaden basierte Selektionsmethode, über die konventionelle und gut etablierte Schwellzeit (dwell time) Methode.
Pie Menüs erwiesen sich als ein praktikabel und robustes Widget, dass die effiziente Nutzung von mobilen Eye-Tracking-Systemen und Displays, auch bei geringer Genauigkeit, ermöglichen kann. Nichts desto trotz, muss die visuelle Wahrnehmung in mobilen op tischen Datenbrillen untersucht werden, um die Übertragbarkeit der bereits benannten Befunde für Datenbrillen sicher zu stellen.
Ziel der AR-Ausgabegeräte ist es, die reale Umgebung mit virtueller Information anzureichern. Die Vorstellung dabei ist, dass die virtuelle Information sich in die reale Umgebung einfügt, d.h., dass Betrachter die virtuelle und reale Information zu einem Bild integrieren. Aus psychologischer Perspektive ist es einerseits plausibel, dass Informationen in raum-zeitlicher Nachbarschaft zusammenzufügen sind. Andererseits kann eine vollständige Integration nur dann erfolgen, wenn die Darbietung als einheitlich wahrgenommen werden kann. Dagegen sprechen allerdings zwei grundlegende Punkte; zum einen das Selbstleuchten der virtuellen Information, zum anderen deren Größenund Entfernungshinweise. Das Selbstleuchten der per AR-Gerät eingeblendeten Information ist deshalb problematisch, weil dieses Merkmal bei realen Objekten kaum vorhanden ist. Insofern sollte eine vollständige Integration der Information von dem AR-Gerät und anderer Information höchstens dann erfolgen können, wenn es sich bei der realen Information um Reize auf einem Computermonitor handelt, die ebenfalls selbstleuchtend sind. Für andere reale Objekte sollte die Leuchtstärke der eingeblendeten Information allein ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal darstellen. Ein weiteres wichtiges Unterscheidungsmerkmal ist die Größeninformation, die einen bedeutenden Anteil an der Entfernungsschätzung hat: In unserer realen Welt werden Objekte, die sich vom Betrachter entfernen, auf zunehmend kleinere retinale Areale projiziert. Gleich große Objekte müssen also mit zunehmender Betrachtungsdistanz kleiner abgebildet sein. Bei der AR- Technologie werden nun Objekte, wie bei einem Nachbild, in konstanter retinaler Größe projiziert, unabhängig davon, wo in der Tiefe sie gerade lokalisiert werden. Da die Objekte üblicherweise auf bzw. vor dem nächsten Hintergrund wahrgenommen werden, sind Größeninformationen der virtuellen Objekte nicht zur Entfernungswahrnehmung zu verwenden. Sie führen sogar teilweise zu widersprüchlichen Tiefenhinweisen, wenn die Distanz zu einem Hintergrund vergrößert wird, die Reize aber die gleichen retinalen Areale beanspruchen und somit bei größer werdender Entfernung als größer wahrgenommen werden.
Für diese These wurden drei Versuchsanordnungen entwickelt, mit denen jeweils bestimmte Aspekte der gleichzeitigen Wahrnehmung von Information auf einem AR-Gerät und realen Umwelt detailliert untersucht wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die gleichzeitige Wahrnehmung von Information aus realen und virtuellen Medien mit kosten in der Sehleistung verbunden ist. Weitere Untersuchungen zeigten, dass das visuelle System bei der gleichzeitigen Darbietung von virtuellen und realen Reizen ständig die Einstellung von Vergenz und Akkomodation ändern muss. Dies könnte die visuelle Beanspruchung erklären, die in zahlreichen Studien beobachtet wurde. Die Auswirkungen der genannten Wechselkosten, Wahrnehmungs- und technischen Faktoren für mobile blickbasierte Interaktion werden hier diskutiert und Lösungen werden vorgeschlagen.
KW  - Eye tracking movement
KW  - Gaze Control
KW  - Visual Perception
KW  - Eye Typing
KW  - Gaze Interaction
KW  - Augmented Reality Displays
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20121107-17492
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nguyen, Thai Cuong
T1  - Flächen zweiter Ordnung - Dächer müssen nicht eben sein
N2  - In dieser Arbeit geht es um die Quadriken in der Ebene und im Raum. Dabei werden die Transformation in die Normalform und die Klassifikation untersucht. Aus den geometrischen Eigenschaften werden einige Anwendungsbeispiele der Quadriken in der Technik und dem alltäglichen Leben vorgestellt.
KW  - Quadrik
KW  - Quadrik
KW  - Kegelschnitt
KW  - Flächen zweiter Ordnung
KW  - Hauptachsentransformation
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20181024-37496
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weitze, Laura Katharina
T1  - Erweiterte Prozessbewertung von Biogasanlagen  unter Berücksichtigung organoleptischer Parameter und Erfahrungswissen
N2  - Landwirtschaftliche Biogasanlagen leisten mit ca. 9.300 Anlagen und einem Anteil von 5,3% an der Stromerzeugung, einen Beitrag zur Erzeugung Erneuer-barer Energien in Deutschland. Die Optimierung dieser Anlagen fördert die nachhaltige Bereitstellung von Strom, Wärme und BioErdgas. 
Das Ergebnis dieser Forschungsarbeit ist die Entwicklung eines mehrmethodi-schen Bewertungsansatzes zur Beschreibung der Qualität der Eingangs-substrate als Teil einer ganzheitlichen Prozessoptimierung. Dies gelingt durch die kombinierte Nutzung klassischer Analysesätze, der Nutzung organolepti-scher Parameter – der humansensorischen Sinnenprüfung – und der Integration von prozess- und substratspezifischem Erfahrungswissen. Anhand von halbtechnischen Versuchen werden Korrelationen und Kausalitäten zwi-schen chemisch-physikalischen, biologischen, organoleptischen und erfahrungsbezogenen Parametern erforscht. Die Entwicklung einer Fallbasis mit Hilfe des Fallbasierten Schließens, einer Form Künstlicher Intelligenz, zeigt das Entwicklungs- und Integrationspotenzial der Automatisierung auf, insbesondere auch im Hinblick auf neue Ansätze z.B. Industrie 4.0. Erste Lösungen zur Bewältigung der identifizierten Herausforderungen der mehrmethodischen Prozessbewertung werden vorgestellt. 
Abschließend wird ein Ausblick auf den weiteren Forschungsbedarf gegeben und die Übertragbarkeit des mehrmethodischen Bewertungsansatzes auf andere Anwendungsfelder z.B. Bioabfallbehandlung, Kläranlagen angeregt.
N2  - Agricultural biogas plants significantly contribute to the generation of renewable energies in Germany. Approx. 9,300 facilities account 5.3% of the total generated electricity in Germany. Optimization of these biogas plants will undoubtably promote the sustainable provision of electricity, heat and natural gas. 
This research study developed a multi-methodical assessment approach to de-scribe the quality of input substrates as part of a holistic process optimization. This is achieved by combination of conventional analysis, use of organoleptic parameters, integration of process- as well as substrate-specific experient ba-sed knowledge. Correlations and causalities between chemical-physical, biological, organoleptic and experiential parameters are explored. These inves-tigations based on semi-technical experiments.
Using case-based reasoning, a form of artificial intelligence, demonstrates the potential for development and integration of automation. Solving approaches to overcome the challenges of multi-methodical process assessment are presented. 
Finally, an outlook on further research needs is given. Furthermore, the trans-ferability of the multi-methodical assessment approach to other fields of application like bio-waste treatment or sewage treatment plants, is incited.
KW  - Biogasanlage
KW  - Erfahrungswissen
KW  - Maissilage
KW  - Optimierung
KW  - Biogas
KW  - Organoleptik
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20190129-38499
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rost, Grit
T1  - Entwicklung eines Toolboxmodells als Planungswerkzeug für ein transdisziplinäres Wasserressourcenmanagement am Beispiel der Stadt Darkhan, Mongolei
N2  - Im Rahmen der Dissertation wurde ein Toolboxmodell für transdisziplinäres Wasserressourcenmanagement entwickelt. Das Modell liefert den methodischen Rahmen Wasserressourcen nachhaltig und transdisziplinär zu bewirtschaften.
Der Begriff der Nachhaltigkeit und eine Konkretisierung der nachhaltigen Bewirtschaftung globaler Wasserressourcen scheinen unüberschaubar und suggerieren die Forderung nach einer neuen Weltformel. Die globale Bedeutung der Wasserressourcen, die für Regionen spezifischen Besonderheiten des natürlichen Wasserhaushalts und der anthropogenen Nutzung, die Zeitskala und die Kontextualisierung in alle betroffenen und benachbarten Disziplinen deuten auf die Komplexität der Thematik hin. Es wird eine Systematisierung des Planungsprozesses von Wasserressourcen notwendig, anhand derer eine holistische Herangehensweise mit einer Strategieentwicklung für Regionen spezifischer Schwerpunktprobleme erfolgt. Ziel der Arbeit ist die Erarbeitung einer Strategie zur Systematisierung nach diesen Forderungen und die Bereitstellung eines Toolboxmodelles als Planungswerkzeug für das transdisziplinäre Wasserressourcenmanagement.
Das Toolboxmodell stellt den konzeptionellen Rahmen für die Bewirtschaftung von Wasserressourcen mit der Anwendung transdisziplinärer Forschungsmethoden bereit. Wesentliche Herausforderung bei der Anwendung der transdisziplinären Methode sind die Implementierung verschiedener Skalenbereiche, der Umgang mit der Komplexität von Daten, das Bewahren von Transparenz und Objektivität sowie die Ermöglichung eines auf andere Regionen übertragbaren Planungsprozesses.
Die theoretischen Grundlagen naturwissenschaftlicher Forschung zur Nachhaltigkeit haben ihren Ursprung in den biologischen und geographischen Disziplinen. Das Ineinandergreifen naturräumlicher Zusammenhänge und der Einfluss anthropogener Nutzung und technischer Innovationen auf den Naturhaushalt sind Kern der Kausalität übergreifenden Denkens und Verstehens. Mit dem Ansatz des integrierten Wasserressourcenmanagements (IWRM) erfolgt die Berücksichtigung wirtschaftlicher und sozioökonomischer Ziele in den Planungsprozess für ökologisch nachhaltige Wasserwirtschaft. Das Instrument der Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) ist auf eine Gewässerökologie ausgerichtete Richtlinie, welche die Integration verschiedener Interessenvertreter in den Planungsprozess vorsieht. Das Konzept der neuartigen Sanitärsysteme basiert auf Stoffflüssen zwischen konkurrierenden Handlungsbereichen, wie Abfall-, Ressourcen- und Landwirtschaft.
Den integrierten Ansätzen fehlt eine übergeordnete 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 transdisziplinäre Perspektive ermöglicht. Während bei der integralen Perspektive eine disziplinorientierte Kooperation im Vordergrund steht, verlangt die transdisziplinäre Perspektive nach einer problemorientierten Kooperation zwischen den Interessenvertretern (Werlen 2015). Die bestehenden Konzepte und Richtlinien für das nachhaltige Management von Wasserressourcen sind etabliert und evaluiert. Der Literatur zur Folge ist eine Weiterentwicklung nach der Perspektive der Transdisziplinarität erforderlich. Das Toolboxmodell für integrales Wasserressourcenmanagement entspricht einem Planungstool bestehend aus Werkzeugen für die Anwendung wissenschaftlicher Methoden. Die Zusammenstellung der Methoden/Werkzeuge erfüllt im Rahmen die Methode transdisziplinärer Forschung. Das Werkzeug zum Aufstellen der relevanten Handlungsfelder umfasst die Charakterisierung eines Untersuchungsgebietes und Planungsrahmens, die kausale Verknüpfung des Bewirtschaftungskonzeptes und konkurrierender sowie sich unterstützender Stakeholder. Mit dem Werkzeug der Kontextualisierung und Indikatorenaufstellung wird eine Methode der stufenweisen und von einer Skala unabhängigen Bewertung des Umweltzustandes für die Zielpriorisierung vorgenommen. Damit wird das Toolboxmodell dem Problem der Komplexität und Datenverfügbarkeit gerecht. Anhand der eingesetzten ABC Methode, werden die Bewertungsgrößen differenziert strukturiert auf verschiedene Skalen und Datenressourcen (A=Ersterkennung,B=Zeigerwerte, C=Modell/Index). Die ABC-Methode ermöglicht die Planung bereits mit unsicherer und lückenhafter Datengrundlage, ist jederzeit erweiterbar und bietet somit eine operative Wissensgenerierung während des Gestaltungsprozesses.
Für das Werkzeug zur Bewertung und Priorisierung wird der Algorithmus der Composite Programmierung angewandt. Diese Methode der Mehrfachzielplanung erfüllt den Anspruch der permanenten Erweiterbarkeit und der transparenten und objektiven Entscheidungsfindung. Die Komplexität des transdisziplinären Wasserressourcenmanagements kann durch die Methode der Composite Programmierung systematisiert werden. Das wesentliche Ergebnis der Arbeit stellt die erfolgreiche Erarbeitung und Anwendung des Tool-boxmodells für das transdisziplinäre 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 für 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 transdisziplinären Forschung aufgestellt. Für die Messbarkeit, in-wieweit Teilziele erreicht sind oder Handlungsbedarf besteht, wurden Indikatoren erarbeitet. Die Indikatoren-Aufstellung erfolgte exemplarisch für das Handlungsfeld Siedlungswasserwirtschaft in allen Skalen des ABC-Systems. Die im BMBF-MoMo Projekt generierte umfassende Datengrundlage ermöglichte 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 ermöglichten die Durchführung und Bewertung des transdisziplinären Planungstools. Die er-mittelten Rangfolgen von Teilzielen mit unterschiedlichen Bewertungsvarianten ergaben ähnliche
Tendenzen. Das ist ein Hinweis dafür, dass für die zukünftige Anwendung des Toolboxmodells die operative Wissensgenerierung, d.h. das schrittweise Hinzufügen neu ermittelter, gesicherterer Daten, funktioniert. Eine schwierige Datenverfügbarkeit oder eine noch im Prozess befindliche wissenschaftliche Analyse sollen keine Hindernisse für eine schrittweise und erweiterbare Zielpriorisierung und Maßnahmenplanung sein. Trotz der Komplexität des transdisziplinären Ansatzes wird durch die Anwendung des Toolboxmodells eine effiziente und zielorientierte Handlungspriorisierung ermöglicht. Die Effizienz wird erreicht durch ressourcenschonende und flexible, Ziel fokussierte Datenermittlung. Zeit und Kosten im Planungsprozess können eingespart werden. Die erzielte Priorisierung von letztlich Handlungsempfehlungen erfolgt individuell auf die Eigenart des Untersuchungsgebietes angepasst, was hinsichtlich seiner Wirkung als erfolgsversprechend gilt.
T3  - Schriften der Bauhaus-Universität Weimar - 39 
KW  - Wasserreserve
KW  - Transdisziplinarität
KW  - Flussgebiet
KW  - Mongolei
KW  - Wasserressourcenmanagement
KW  - Mangement
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20201113-42874
SN  - 978-3-941216-94-5
PB  - Rhombus
CY  - Berlin
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TY  - THES
A1  - Valizadeh, Navid
T1  - Developments in Isogeometric Analysis and Application to High-Order Phase-Field Models of Biomembranes
N2  - 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.
T3  - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2022,1 
KW  - Phasenfeldmodell
KW  - Vesikel
KW  - Hydrodynamik
KW  - Multiphysics
KW  - Isogeometrische Analyse
KW  - Isogeometric Analysis
KW  - Vesicle dynamics
KW  - Phase-field modeling
KW  - Geometric Partial Differential Equations
KW  - Residual-based variational multiscale method
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20220114-45658
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TY  - THES
A1  - Kratt, Helen
T1  - Building Information Modeling im Erdbau - eine Potentialanalyse im Tiefbau
N2  - Die meisten Baustellen bieten Optimierungspotential. Vor allem der Erdbau fordert durch seine hohe Dynamik und großen Unsicherheiten eine hohe Planungsleistung für jedes neue Projekt. Doch auch bei bester Planung und Vorbereitung kann der Bauprozess durch nicht vorhersehbare Einwirkungen aufgehalten werden. Dazu zählen Witterungseinflüsse, Baumaschinenausfälle, unvorhergesehene Bodenschichten und veränderte Zielsetzungen des Auftraggebers. Dies kann zu Störungen im Bauablauf führen, die eine Bauzeitverzögerung und eine Kostensteigerung nach sich ziehen. Um diese Probleme zu umgehen, sind ein verbesserter Informationsfluss, genaue Bodenaufschlüsse und eine exakte Dimensionierung des einzusetzenden Gerätes notwendig. 
Hier kann Building Information Modeling (BIM) zum Einsatz kommen. Diese Anwendung bietet die Möglichkeit, die Datengenauigkeit zu erhöhen, den Informationsfluss auf der Baustelle zu verbessern, eine Informationsplattform für alle Beteiligten zu schaffen und die Abläufe transparent zu gestalten. Außerdem ermöglicht die Anwendung Planungsschritte miteinander zu verknüpfen, Kalkulationen zu vereinfachen und das Erstellen eines intelligenten Modells, das über den gesamten Lebenszyklus erweitert werden kann. 
Die Grundlagen dieser Arbeit bilden die Begriffsdefinitionen zu Erdbau, Tiefbau und Building Information Modeling. Diese Arbeit setzt sich speziell mit Erdbauwerken und deren Sicherungsmaßnahmen auseinander. Darauf aufbauend wird im Rahmen einer Recherche der Forschungsstand im Bereich Building Information Modeling und Tiefbau zusammengefasst. Mit Hilfe einiger Forschungsbeiträge, -projekte, -verbände, Dissertationen und Anwendungsprogrammen wird ein Überblick geschaffen. Die Übersicht soll eine Grundlage für die weitere Forschung auf diesem Gebiet bilden. Abschließend findet eine Bewertung statt.
Über die Aufgabenstellung hinaus wird zusätzlich mit dem Softwareprogramm Revit 2014 ein Modell erstellt, um aufzuzeigen, dass das Potential auf Erdbaustellen mit BIM-Anwendungen besser ausgeschöpft werden kann. Es wird versucht eine Gabionenwand, eine Sicherungsmaßnahme von Erdbauwerken zu modellieren und sie mit Parametern auszustatten. Zusammenfassend wird das Programm für den Einsatz im Tiefbau bewertet.
KW  - BIM
KW  - Erdbau
KW  - Tiefbau
KW  - Building Information Modeling
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160623-26132
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TY  - THES
A1  - Steinkrauß, Tobias
T1  - Building Information Modeling im Erdbau - eine Potentialanalyse im Spezialtiefbau
N2  - Jede Baumaßnahme ist durch einen Unikatcharakter geprägt. Individuelle Planung, Vergabe und Bauvorgänge stellen immer wieder aufs Neue eine große Herausforderung dar. Durch die sich teilweise sehr schnell ändernden Randbedingungen, müssen erarbeitete Abläufe häufig schnell geändert werden. Dies geschieht heutzutage meist auf Grundlage von Erfahrungen der am Bau Beteiligten. Auch bei bester Planung und Vorbereitung können Unwägbarkeiten den Bauprozess aufhalten. Das können ungeeigneter Baugrund, verschiedenste Hinderungen im Baufeld, schlechte Witterungsverhältnisse, Ausfälle von Maschinen, veränderte Zielsetzungen des Auftraggebers und vieles mehr sein. Dies führt zu Bauzeitverlängerungen und damit zu Kostensteigerungen. 
Um diesen Problemen besser begegnen zu können und diesen komplexen und fehler-anfälligen Prozess zu unterstützen, sind ein verbesserter Informationsfluss, genauere Boden-aufschlüsse und eine exaktere Dimensionierung des einzusetzenden Gerätes notwendig. 
Aus diesen Gründen ist der Einsatz von Building Information Modeling (BIM) sinnvoll. BIM bietet die Möglichkeit den Informationsfluss zu verbessern, die Datengenauigkeit zu erhöhen und Abläufe zu optimieren. Außerdem ermöglicht die Anwendung Planungsschritte miteinander zu verknüpfen, Kalkulationen zu vereinfachen und das Erstellen eines intelligenten Modells, das über den gesamten Lebenszyklus erweitert werden kann. 
Die Maßnahmen des Spezialtiefbaus zählen zu den kostenintensivsten auf einer Baustelle. Großes Gerät und spezialisierte Firmen sind für eine erfolgreiche Durchführung unerlässlich. Da der Baugrund immer einen großen Unsicherheitsfaktor bildet, müssen geeignete, unterstützende Anwendungen zum Einsatz kommen. Hierfür bildet BIM eine geeignete Plattform. Protokolle, Maschinendaten und Kontrolldaten können hier webbasiert analysiert und für alle zugänglich gemacht werden, um zum einen die Transparenz zu steigern und zum anderen den Überblick, selbst bei hochkomplexen Bauvorhaben zu behalten.
In dieser Arbeit soll ein Überblick über die aktuelle Forschungssituation im Bereich Building Information Modeling im Erdbau, speziell im Spezialtiefbau, gegeben werden. Die Ergebnisse die mit Hilfe vorhandener Publikationen und Forschungsarbeiten verschiedener Universitäten und namhafter Forschungsgruppen zusammengetragen wurden sollen eine Grundlage für die weitere Forschung in diesem Bereich bilden. Über die Aufgabenstellung hinaus wird zusätzlich mit dem Softwareprogramm Revit 2014 ein Modell erstellt. Es wird versucht eine überschnittene Bohrpfahlwand zu modellieren und sie mit Parametern auszustatten. Zusammenfassend wird das Programm für den Einsatz bewertet.
KW  - BIM
KW  - Erdbau
KW  - Spezialtiefbau
KW  - Building Information Modeling
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160623-26140
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TY  - INPR
A1  - Rezakazemi, Mashallah
A1  - Mosavi, Amir
A1  - Shirazian, Saeed
T1  - ANFIS pattern for molecular membranes separation optimization
N2  - In this work, molecular separation of aqueous-organic was simulated by using combined soft computing-mechanistic approaches. The considered separation system was a microporous membrane contactor for separation of benzoic acid from water by contacting with an organic phase containing extractor molecules. Indeed, extractive separation is carried out using membrane technology where complex of solute-organic is formed at the interface. The main focus was to develop a simulation methodology for prediction of concentration distribution of solute (benzoic acid) in the feed side of the membrane system, as the removal efficiency of the system is determined by concentration distribution of the solute in the feed channel. The pattern of Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) was optimized by finding the optimum membership function, learning percentage, and a number of rules. The ANFIS was trained using the extracted data from the CFD simulation of the membrane system. The comparisons between the predicted concentration distribution by ANFIS and CFD data revealed that the optimized ANFIS pattern can be used as a predictive tool for simulation of the process. The R2 of higher than 0.99 was obtained for the optimized ANFIS model. The main privilege of the developed methodology is its very low computational time for simulation of the system and can be used as a rigorous simulation tool for understanding and design of membrane-based systems.
Highlights are, Molecular separation using microporous membranes. Developing hybrid model based on ANFIS-CFD for the separation process, Optimization of ANFIS structure for prediction of separation process
KW  - Fluid
KW  - Simulation
KW  - Molecular Liquids
KW  - optimization
KW  - machine learning
KW  - Membrane contactors
KW  - CFD
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20181122-38212
N1  - This is the pre-peer reviewed version of the following article:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167732218345008, which has been published in final form at https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.11.017.
VL  - 2018
SP  - 1
EP  - 20
ER  -