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Erscheinungsjahr
- 2004 (220)
- 2003 (197)
- 2006 (173)
- 1997 (165)
- 2015 (125)
- 2020 (123)
- 2010 (114)
- 2008 (112)
- 2005 (106)
- 2012 (105)
- 2000 (100)
- 2022 (94)
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- 2021 (88)
- 2013 (85)
- 2014 (85)
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- 2019 (65)
- 2023 (65)
- 1987 (63)
- 1990 (60)
- 2017 (58)
- 2018 (58)
- 2007 (53)
- 1983 (49)
- 2009 (49)
- 1979 (36)
- 1976 (29)
- 2001 (24)
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- 1993 (23)
- 1999 (18)
- 1992 (16)
- 1998 (7)
- 2024 (4)
- 1995 (1)
Analysis of Functionally Graded Porous Materials Using Deep Energy Method and Analytical Solution
(2022)
Porous materials are an emerging branch of engineering materials that are composed of two elements: One element is a solid (matrix), and the other element is either liquid or gas. Pores can be distributed within the solid matrix of porous materials with different shapes and sizes. In addition, porous materials are lightweight, and flexible, and have higher resistance to crack propagation and specific thermal, mechanical, and magnetic properties. These properties are necessary for manufacturing engineering structures such as beams and other engineering structures. These materials are widely used in solid mechanics and are considered a good replacement for classical materials by many researchers recently. Producing lightweight materials has been developed because of the possibility of exploiting the properties of these materials. Various types of porous material are generated naturally or artificially for a specific application such as bones and foams. Like functionally graded materials, pore distribution patterns can be uniform or non-uniform. Biot’s theory is a well-developed theory to study the behavior of poroelastic materials which investigates the interaction between fluid and solid phases of a fluid-saturated porous medium.
Functionally graded porous materials (FGPM) are widely used in modern industries, such as aerospace, automotive, and biomechanics. These advanced materials have some specific properties compared to materials with a classic structure. They are extremely light, while they have specific strength in mechanical and high-temperature environments. FGPMs are characterized by a gradual variation of material parameters over the volume. Although these materials can be made naturally, it is possible to design and manufacture them for a specific application. Therefore, many studies have been done to analyze the mechanical and thermal properties of FGPM structures, especially beams.
Biot was the pioneer in formulating the linear elasticity and thermoelasticity equations of porous material. Since then, Biot's formulation has been developed in continuum mechanics which is named poroelasticity. There are obstacles to analyzing the behavior of these materials accurately like the shape of the pores, the distribution of pores in the material, and the behavior of the fluid (or gas) that saturated pores. Indeed, most of the engineering structures made of FGPM have nonlinear governing equations. Therefore, it is difficult to study engineering structures by solving these complicated equations.
The main purpose of this dissertation is to analyze porous materials in engineering structures. For this purpose, the complex equations of porous materials have been simplified and applied to engineering problems so that the effect of all parameters of porous materials on the behavior of engineering structure has been investigated.
The effect of important parameters of porous materials on beam behavior including pores compressibility, porosity distribution, thermal expansion of fluid within pores, the interaction of stresses between pores and material matrix due to temperature increase, effects of pore size, material thickness, and saturated pores with fluid and unsaturated conditions are investigated.
Two methods, the deep energy method, and the exact solution have been used to reduce the problem hypotheses, increase accuracy, increase processing speed, and apply these in engineering structures. In both methods, they are analyzed nonlinear and complex equations of porous materials.
To increase the accuracy of analysis and study of the effect of shear forces, Timoshenko and Reddy's beam theories have been used. Also, neural networks such as residual and fully connected networks are designed to have high accuracy and less processing time than other computational methods.
The growing complexity of modern engineering problems necessitates development of advanced numerical methods. In particular, methods working directly with discrete structures, and thus, representing exactly some important properties of the solution on a lattice and not just approximating the continuous properties, become more and more popular nowadays. Among others, discrete potential theory and discrete function theory provide a variety of methods, which are discrete counterparts of the classical continuous methods for solving boundary value problems. A lot of results related to the discrete potential and function theories have been presented in recent years. However, these results are related to the discrete theories constructed on square lattices, and, thus, limiting their practical applicability and
potentially leading to higher computational costs while discretising realistic domains.
This thesis presents an extension of the discrete potential theory and discrete function theory to rectangular lattices. As usual in the discrete theories, construction of discrete operators is strongly influenced by a definition of discrete geometric setting. For providing consistent constructions throughout the whole thesis, a detailed discussion on the discrete geometric setting is presented in the beginning. After that, the discrete fundamental solution of the discrete Laplace operator on a rectangular lattice, which is the core of the discrete potential theory, its numerical analysis, and practical calculations are presented. By using the discrete fundamental solution of the discrete Laplace operator on a rectangular lattice, the discrete potential theory is then constructed for interior and exterior settings. Several discrete interior and exterior boundary value problems are then solved. Moreover, discrete transmission problems are introduced and several numerical examples of these problems are discussed. Finally, a discrete fundamental solution of the discrete Cauchy-Riemann operator on a rectangular lattice is constructed, and basics of the discrete function theory on a rectangular lattice are provided. This work indicates that the discrete theories provide
solution methods with very good numerical properties to tackle various boundary value problems, as well as transmission problems coupling interior and exterior problems. The results presented in this thesis provide a basis for further development of discrete theories on irregular lattices.
What you are about to read is the very last issue of the ZMK. Since our overall research enterprise, the IKKM, has to cease all of its activities due to the end of its twelve years’ funding by the German federal government, the ZMK will also come to an end. Its last topic, Schalten und Walten has also been the subject of the concluding biannual conference of the IKKM, and we hope it will be a fitting topic to resume the research of the IKKM on Operative Ontologies.
Although this final issue is in English, we decided to leave its title in German: Schalten und Walten. As it is the case for the name of the IKKM, (Internationales Kolleg für Kulturtechnikforschung und Medienphilosophie), the term seems untranslatable to us, not only for the poetic reason of the rhyming sound of the words. Switching and Ruling might be accepted as English versions, but quite an unbridgeable difference remains. In German, Schalten und Walten is a rather common and quite widespread idiom that can be found in everyday life. Whoever, the idiom stipulates, is able to execute Schalten und Walten has the power to act, has freedom of decision and power of disposition.
Although both terms are mentioned together and belong together in the German expression Schalten und Walten, they are nevertheless complements to each other. They both refer to the exercise and existence of domination, disposal or power, but they nonetheless designate two quite different modes of being. Schalten is not so much sheer command over something, but government or management. It is linked to control, intervention and change, in short: it is operative and goes along with distinctive measures and cause-and-effect relations. The English equivalent switching reflects this more or less adequately.
Schwerpunkt Blockchain
(2019)
Neue Medien rufen regelmäßig neue Utopien auf den Plan, die sich untereinander stark ähneln können. Regelmäßig bekommen wir eröffnet, dass, von den Uninformierten noch unbemerkt, eine Medienrevolution im Gange sei, die das Potenzial habe, die Welt grundlegend zu verändern. Diese Erwartungen gelten meistens einem in jeder Hinsicht umwälzenden Zuwachs an Gleichheit und Freiheit Aller. Meistens enden sie jedoch dann in der Feststellung eines Zuwachses an Geld und Macht in den Händen Weniger. So war es beim Radio, beim Video, beim Internet, bei den »sozialen Medien«. Und so ist es auch heute wieder. Eine Medienrevolution finde statt, so hört und liest man, die sich nicht auf kalifornischen Theaterbühnen oder auf Konsumentenelektronik-Messen wie der IFA in Gestalt neuer Gadgets öffentlich präsentiert. Sie spielt sich jenseits der Terminals im unsichtbaren Reich der Vernetzung ab und betrifft subkutan die mediale Instituiertheit der Gesellschaft selbst: die Blockchain.
Schwerpunkt Ontography
(2019)
Research in cultural techniques and media philosophy owe their existence to the fading and passing, the becoming impossible, and finally even the ban on ontology. Just like media history and media theory, they even represent a form of processing of this ending of ontology and a reaction to it. The concept of »Being«, the singular subject of all ontology, taken as unchangeable and as residing somewhere behind or even above all its realizations, concretions and manifestations in the materially existing world, had already been strongly suspected by positivism, vitalism and phenomenology, but had not yet been stripped off. Existential philosophy then ventured further, until finally a number of diverse schools of thought like Foucault’s history of knowledge or Derrida’s deconstruction, Quine’s logic, Heinz von Foerster’s constructivism, Luhmann’s functionalism, or process philosophy in the aftermath of Whitehead could definitively reject ontology with highly effective—albeit strongly diverging—reasons and arguments. These theories and philosophical schools did not agree on anything but on the rejection of ontology. Accordingly, the »ontological difference«, which provided that one could not speak about »Being« in the same way as about an existing being, had to be reconsidered. One solution was to project the ontological difference back into the multitude and materiality of the existing and to provide it with a new language of description and to read it against the backdrop of new types of questions. The offer that media theory and history, the cultural techniques approach, and media philosophy were able to make—successfully—in this situation was essentially a reappraisal not only of technics (»Die Technik«) in the ontological sense, but of technologies and techniques, of practices and their aesthetics. To use Heideggers terms, the focus was now set on »switching« (»Schalten«) rather than on »ruling« (»Walten«). The ban on ontology was nonetheless fully respected, and in cultural and media studies the observation of techniques and technologies, means and processes of the incessant self-differentiation of anything that is ruled out the persistent stunning standstill vis-à-vis the great ontological difference of Being and the existing beings.
Am 22. Januar 2017 wurde die Beraterin des amerikanischen Präsidenten, Kellyanne Conway, in einem Meet the Press-Interview gefragt, warum der Pressesprecher des Präsidenten kurz zuvor eine »nachweisliche Lüge« bezüglich der Zahl der in Washington zur Amtseinführung Trumps zusammengekommenen Menschen geäußert habe. Conway antwortete: »Our press secretary, Sean Spicer, gave alternative facts […]«. Das war nicht nur eine Manifestation oder Überbietung von Orwellianischem »Newspeak«. Es war ein Moment, in dem sich ein Bruch mit dem in der westlichen Kultur bislang allgemein anerkannten Paradigma, worin die Faktizität von Daten – seien es Bilder, Zahlen, Aussagen – gründet, offen aussprach. Es war sozusagen ein ironischer Moment der Wahrheit – ironisch, weil dieser Moment einen Höhepunkt des »Post-Truth«-Zeitalters darstellte.
Doch welche Wahrheit? Dass es dazu unterschiedliche und zum Teil kontroverse Auffassungen gibt, zeigen die verschiedenen Deutungen und Instrumentalisierungen, die dieser Moment der Wahrheit in der Folge erfuhr. Der Debattenteil der letzten Ausgabe der Zeitschrift für Medien- und Kulturforschung hat bereits einen Teil dieser Kontroverse um die Deutung des Phänomens von »fake news« und »alternative facts« dokumentiert. Der Schwerpunkt der vorliegenden Ausgabe setzt diese Kontroverse fort, und zwar deswegen, weil die Kultur- und Medienwissenschaft in mehrfacher Weise vom Ereignis »alternativer Fakten« und den sich anschließenden Kontroversen um ihre Bewertung herausgefordert wird. Sehr schnell wurde nämlich klar, dass die Antwort auf die Frage, welche Wahrheit sich in jenem Moment kundtat, als die Welt aus dem (sich dabei merklich verziehenden) Munde von Kellyanne Conway vom Wunder der Existenz alternativer Fakten erfuhr, nicht einfach nur banal war. So banal wie die Tatsache, dass ein infantiler Narzissmus zur Richtschnur für die Konstruktion der offiziellen amerikanischen Regierungsversion von Wirklichkeit geworden ist, ein Narzissmus, der das, was ist (und wofür es zureichende Gründe gibt), zugunsten dessen verwirft, von dem er möchte, dass es stattdessen sei.
Focus Mediocene
(2018)
This issue, following an international conference held at the IKKM in September 2017, is devoted to what may very well be the broadest media-related topic possible, even if it is accessible only through exemplary and experimental approaches: Under the title of the »Mediocene«, it presents contributions which discuss the operations and functions that intertwine media and Planet Earth. The specific relation of media and Planet Earth likely found its most striking and iconic formula in the images of the earth from outer space in 1968/69, showing the earth—according to contemporaneous descriptions—in its brilliance and splendor as the »Blue Marble«, but also in its fragility and desperate loneliness against the black backdrop of the cosmic void. Not only the creation but also the incredible distribution of this image across the globe was already at the time clearly recognized as a media eff ect. In light of space fl ight and television technology, which had expanded the reach of observation, communication, and measurement beyond both the surface of the Earth and its atmosphere, it also became clearly evident that the Planet had been a product of the early telescope by the use of which Galileo found the visual proof for the Copernican world model. Nevertheless, the »Blue Marble« image of the planet conceives of Earth not only as a celestial body, but also as a global, ecological, and economic system. Satellite and spacecraft technology and imaging continue to move beyond Earth’s orbit even as they enable precise, small-scale procedures of navigation and observation on the surface of the planet itself. These instruments of satellite navigation aff ect practices like agriculture, urban planning, and political decision-making. Most recently, three-dimensional images featuring the planet’s surface (generated from space by Synthetic Aperture Radar) or pictures from space probes have been cir-culating on the Web, altering politico-geographical practices and popular and scientifi c knowledge of the cosmos. Today, media not only participate in the shaping of the planet, but also take place on a planetary scale. Communication systems have been installed that operate all over the globe.
Die vorliegende Ausgabe der Zeitschrift für Medien- und Kulturforschung verdankt sich einem Experiment. In Experimenten, wenigstens soweit es sich zunächst um künstlerische und philosophische Prozeduren handelt, geht es, frei nach Jean-François Lyotard, darum, herauszufinden, welchen Regeln die Verfahren selbst folgen, während man sie bereits anwendet, während man also danach sucht, welchen Regeln man folgt. In eben diesem Sinne bemüht sich das vorliegende Heft um eine Klärung des Verfahrens »operativer Ontologien«. Während in der Kunst das Werk selbst als eine dynamische Instanz der experimentellen Prozedur gelten kann, haben die Herausgeber hier jedoch einen etwas anderen Weg eingeschlagen, indem sie nämlich verschiedene Texte in einem experimentellen Bezugsrahmen angefragt – und wunderbarerweise auch erhalten haben. Wunderbarerweise deshalb, weil sowohl in Philosophie und Kunst als auch in den Wissenschaften jedes Experiment nicht nur mit der Freude am Aufbauen und Einstellen der Apparaturen, Instrumente und Dispositive, am Basteln also, sondern auch mit erheblicher Zumutung und vielleicht einem kleinen Wagnis verbunden ist. Zudem ist zum Zeitpunkt seiner Unternehmung über seinen Ausgang noch nicht das Geringste bekannt. Im vorliegenden Fall, denn die Veröffentlichung ist selbstverständlich das eigentliche Experiment, wissen wir alle also bis jetzt nichts über den Ausgang.
Schwerpunkt Inkarnieren
(2017)
Der Themenschwerpunkt des vorliegenden Heftes der Zeitschrift für Medien- und Kulturforschung wird bestritten von Autoren, die der DFG-Forschergruppe »Medien und Mimesis« angehören, die an der Bauhaus-Universität Weimar angesiedelt, aber zusätzlich über die Universitäten Basel, Bielefeld, Bochum, München und Zürich verteilt ist. Die Forschergruppe untersucht Mimesis als Kulturtechnik vor dem Hintergrund aktueller Entwicklungen in der Medienforschung, die Praktiken und Operationsketten als vorgängig gegenüber den aus ihnen hervorgehenden Subjekt-Objekt-Dichotomien bzw. Subjekt-Werkzeug-Artefakt-Kausalitäten ansehen. Die Auffassung von Mimesis als einer vielgestaltigen Kulturtechnik geht über die in den Kultur- und Literaturwissenschaften ebenso wie in der Philosophie dominierende ästhetische und epistemische Betrachtung der Mimesis hinaus und stellt das geschichtsphilosophische Selbstverständnis der Moderne als eine grundlegend a-mimetische kulturelle und soziale Formation infrage. Mimesis und imitatio werden nicht länger in die Perspektive einer zu ü berwindenden Vorgeschichte der Idee des schöpferischen Menschen und seiner Werkherrschaft gestellt (Blumenberg). Anstatt die Mimesis in einen Gegensatz zur modernen Technik und der auf ihr beruhenden Zivilisation zu manövrieren und das konstruktivistische Selbstverständnis der Neuzeit kulturell zu verallgemeinern und absolut zu setzen, gehen die Projekte der Forschergruppe auf unterschiedlichen Feldern den seinsverändernden, transformatorischen Wirkungen medial gekoppelter mimetischer Praktiken und Verhaltensweisen zwischen dem 15. und dem 21. Jahrhundert nach. ...
Schwerpunkt Medien der Natur
(2016)
Der Schwerpunkt der vorliegenden Ausgabe der ZMK – Medien der Natur – scheint den Medienbegriff aus den Grenzen herauslösen zu wollen, die seine konventionelle Semantik ihm auferlegt hat: aus den Grenzen der Kultur und der Geschichte bzw. der Kulturgeschichte. Man greife zu einer beliebigen älteren oder neueren Mediengeschichte – mag sie mit der Feuertelegraphie in Aischylos’ Agamemnon oder mit den Höhlenmalereien von Lascaux beginnen, eins steht auf jeden Fall fest: Medien sind technische Apparaturen und Installationen, und das heißt von Menschen geschaffene Artefakte, Zeugnisse der menschlichen Kultur. Weder enthalten handelsübliche Mediengeschichten die Beschreibung der Genexprimierung, obwohl Molekularbiologen sich dabei eines explizit medientechnischen Vokabulars wie cut-and-paste oder copy-and-paste bedienen, noch feiern sie die evolutionären Errungenschaften der Tierwelt in Sachen Medientechnik. Dabei ist der Zeichenaustausch zwischen Tieren, der Singvögel etwa oder der in Schwärmen und Völkern lebenden Tiere wie der Bienen, Ameisen und Fische schon lange bekannt und bewundert. In bestimmten Fällen ist der Stand der signal intelligence der Tiere von den Menschen aber auch erst sehr spät, während des Zweiten Weltkriegs, eingeholt worden. Motten aus der Familie der Arctiidae zum Beispiel senden ultrasonische Impulse aus, wenn sie insektivore Fledermäuse detektieren. Die die Motte verfolgende Fledermaus empfängt zwischen den Echos ihres von der Motte reflektierten eigenen Signals die von der Motte gesendeten Signale, und schnappt mithin nach einem akustischen Simulacrum der Motte auf halbem Wege zwischen sich und der eigentlichen Beute. Immerhin hat Michel Serres mit dem Parasiten ein aus der Medientheorie nicht mehr wegzudenkendes Konzept geschaffen – und Parasiten sind auch im biologischen Sinne, etwa als Bakterien, in ersten Ansätzen zum Thema der kulturwissenschaftlichen Medienforschung geworden. Die Operationen der Parasiten können durchaus für die Medienforschung anschluss- und ausbaufähig werden, wie etwa im Konzept des Zwischenwirts. Der Egel Leucochloridium paradoxum zum Beispiel, dessen endlicher Wirt Insekten fressende Vögel sind, muss seinen Zwischenwirt, eine Schnecke, auf die insektivore Vögel keinen Appetit haben, optisch in eine Raupe verwandeln (indem er sich in die Augenfühler der Schnecke schiebt), um an sein Ziel (den Vogelmagen) zu kommen.
Schwerpunkt Verschwinden
(2016)
Warum, so fragt klassischerweise die Ontologie, ist überhaupt etwas und nicht vielmehr nichts? Die dieser Frage zu Grunde liegende Dichotomie von etwas und nichts, Sein und Nichtsein, ist aber selbst voraussetzungsreich und keineswegs zwingend selbstverständlich. Sie ist schon als Frage selbst etwas, das auch nicht sein könnte. Und von dieser Möglichkeit ist schon häufiger Gebrauch gemacht worden. Die scharfe Dichotomie von Sein und Nichtsein ist in der Antike etwa vom Atomismus Demokrits und Epikurs, vom Heraklitismus und den Eleaten, in der Moderne dann unter anderem von Lebenswissenschaften, Vitalismus, Historischem Materialismus, Phänomenologie und Ästhetik unterlaufen worden. Diese und andere Sichtweisen ersetzen die Alternative von Sein und Nichtsein durch die Frage nach dem Werden und Gewordensein, nach den Erscheinungsweisen und dem Erscheinen, nach der Produktion und dem Gemachtsein dessen, was ist (oder nicht ist). Damit öffnen sie das Feld für eine nachfolgende Umstellung der ontologischen Frage: Wie kommt das, was ist, zu Stande, wie ist es zum Sein gelangt, geworden, verfertigt, wie und wodurch zur Erscheinung gekommen? Gerade die letztgenannte Wendung bringt dann ganz unverstellt Medien und Medientechniken und deren Handhabung und Verfügung zur Sprache. Medien als Werkzeuge des Eintretens, Erscheinens oder Erscheinenlassens von etwas zu begreifen, ist demnach eine gängige und überzeugende Konzeption. Ebenso kann das Medium auch das Material sein, in dem sich das Eintreten und Heranbilden vollzieht und das an diesen Prozessen noch stets Anteil hat und ihnen mitwirkt.
Schwerpunkt Sendung
(2015)
Auch die Zeitschrift für Medien- und Kulturforschung erreicht ihre Leserinnen und Leser als Sendung, als Postgut auf dem Wege der Zustellung nämlich. Wer immer sie liest, hat also mit der Sendung zu tun. Allein das schon ist ein Grund, sich mit der Sendung zu befassen. Und ein gewichtiger Grund dazu: Phänomen und Begriff der Sendung haben, das leuchtet schon intuitiv jeder Postkundin, jedem Radiohörer, jedem Gottesdienstbesucher und jeder Goethe-Leserin ein, eine enorme medienwissenschaftliche Relevanz. Als empirischen, kulturtechnischen Sachverhalt kann man die Sendung – also etwa diese Ausgabe der ZMK – physisch in Händen halten (oder auch nicht, wenn die Postsache nicht ankommt), annehmen oder zurückweisen, man kann sie technisch, etwa als Druck- und Redaktionserzeugnis herstellen, sie aufgeben und abholen, verwalten und organisieren, sie bewirtschaften – aber die Sendung lässt sich auch fühlen, verspüren und bemerken, erfüllen und verfehlen, kann bewegen und berühren oder eben unberührt lassen. Ganz real affiziert und attachiert sie, richtet aus und sendet selbst. Als medienphilosophisches Konzept genommen, besitzt die Sendung folglich das Potential zur Entfaltung komplexer Grundannahmen der Medientheorie und zugleich zu ihrer reduzierenden Bündelung und Einfassung. Sie verbindet und durchkreuzt ganz grundsätzlich das begrifflich sorgsam Getrennte, zum Beispiel das Heilige und das Profane, das Materielle und das Immaterielle, das Aktive und das Passive. Sie ist darin ein genuin medienwissenschaftlicher Leitbegriff, an dem sich die gesamte Breite dessen, was Medium sein kann, entfalten lässt, von der Religion bis zum Massenmedium, von der Politik bis zum Postboten, von der Infrastruktur bis zur Entrückung. Sie erzeugt zudem in all ihrer Materialität mannigfaltige paradoxe und reflexive Verläufe – die Sendung überhaupt zu denken, heißt deshalb nicht zuletzt, selber senden und gesandt werden.
Schwerpunkt Textil
(2015)
Textil: Der Titel des Schwerpunkts der vorliegenden Ausgabe der ZMK kann ein Ding, ein Material oder eine Eigenschaft bezeichnen. Als Eigenschaftswort spezifiziert textil indes nicht nur bestimmte Künste näher (den Begriff der textilen Kunst gibt es spätestens seit Gottfried Semper) und umfasst so die Weberei, die Stickerei, das Flechten, Knoten, Stricken, Häkeln, Wirken und vieles andere mehr (Semper zufolge auch die Anfänge der Baukunst), sondern neuerdings auch Medien. Die Rede von den »textilen Medien« zielt offenbar auf einen anderen Aspekt des Medienbegriffs als denjenigen, der von der Trias »Speichern, Übertragen, Verarbeiten« gebildet wird, nämlich auf das Material, nicht auf die Funktion. Nun kann man einerseits diesen Medienbegriff einfach, wie etwa im Bereich der Kunstgeschichte üblich, im Sinne der Materialität eines Bildträgers verstehen. Andererseits jedoch lenkt die Rede von den »textilen Medien«, indem sie die Materialität anstelle der Funktionalität betont, den Fokus auf eine spezifische Medialität des Textilen und darüber hinaus auf eine Medialität des Materials überhaupt. Eben darin liegt der Grund für die seit einigen Jahren zu beobachtende enorme Konjunktur des Textilen in so unterschiedlichen Bereichen wie der Kunst, der Kunstwissenschaft oder der Technik- und Sozialanthropologie. In der Kunstöffentlichkeit belegen eine Reihe von Ausstellungen diese Konjunktur, wie zum Beispiel »Kunst & Textil« in Wolfsburg, »Textiles: Open Letter« in Mönchengladbach, »Decorum. Tapis et Tapisseries d’Artistes« in Paris, »Soft Pictures« in Turin oder »To Open Eyes. Kunst und Textil vom Bauhaus bis heute« in Bielefeld. ...
Schwerpunkt Synchronisation
(2014)
Nichts ist so aktuell wie die Gegenwart; gegenwärtig sein aber heißt gleichzeitig sein mit etwas anderem, und diese Gleichzeitigkeit muss immer eigens durch geeignete Operationen der Übertragung, der Überbrückung, der Abstimmung und ihre Werkzeuge hergestellt werden. So schlicht erklärt sich die grundlegende und aktuelle Relevanz des Themas der Synchronisierung ebenso wie seine kulturtechnische und medienphilosophische Ausformung. Die aktuelle medientheoretische und medienhistorische Aufmerksamkeit für die Verfertigung der Gegenwart (deren wichtigste Operation diejenige der Synchronisierung ist), wie sie sich auch im Jahresthema 2012/2013 der Forschungen am Internationalen Kolleg für Kulturtechnikforschung und Medienphilosophie (IKKM) niedergeschlagen hat, reagiert auf eine spezifische zeitphilosophische Spannungslage, die sich im Anschluss an die strukturale und poststrukturale sowie die systemtheoretische Differenztheorie einerseits und an eher empirische, phänomenale, aber auch technikhistorisch und -theoretisch relevante Sachverhalte andererseits ergeben hat. Den ersten Pol dieser Spannung bildet die Dekonstruktion der Präsenz, etwa, im Sinne Jacques Derridas, der Gleichzeitigkeit von Stimme und Ohr beim Sprechen, oder, im Sinne Deborah Eschs, der Live-Übertragung des Fernsehens. Den anderen Pol jedoch bilden die dennoch sich behauptenden phänomenalen und funktionalen Gleichzeitigkeitserfahrungen und -effekte. Sie umfassen etwa das Miterleben des Spielzuges im Sport, wie Hans Ulrich Gumbrecht es gefasst hat, und zahlreiche andere ästhetische, insbesondere erhabene Erfahrungen. Am anderen Ende der Skala gehören aber auch Prozesse wie die technische Einsteuerung und Abstimmung von Taktfrequenzen in Regelkreisen und Übertragungszusammenhängen zu den gültigen Formen effektiver Gleichzeitigkeit. Auch Verdichtungsvorgänge wie die mehr oder weniger instantane, ereignisbezogene wie ereignisförmige Bildung und Auflösung von Publika sind derlei relevante Präsenzeffekte. Die grundlegende Einsicht in die Gemachtheit und folglich Dekonstruierbarkeit der Gegenwart durch Synchronisierungs- und Desynchronisierungsoperationen jedenfalls widerstreitet nach medienwissenschaftlicher Überzeugung nicht ihrer Wirklichkeit im Sinne der Wirksamkeit – der lateinischen »actualitas«, als deren deutschsprachige Entsprechung die Scholastik des Mittelalters bei Meister Eckhart den Begriff der »Wirklichkeit« erst einführte.
Focus Producing Places
(2014)
Producing places is a twofold topic. It can refer to places as sites that produce something, that are productive, that have operations unfold, or actions happen, or objects emerge. Or it can refer to the fabrication of places as specific entities themselves. With the extended availability and practicability of digital positioning, locating, and tracking systems, it has become evident that places are not just there, but that they are generated, that they are subject to mediatechnological operations and effects. Nonetheless, and at the same time, the aspect of places as being productive has also attracted considerable attention. Furthermore, in either perspective, a media-theoretical challenge has come up. It invests two different threads within the realm of conceptualizing not only space, but precisely place under conditions of media, both of them leading way back into the evolution of media societies and cultural technologies.
Die zunehmende und sich zunehmend ausfächernde Rezeption der Akteur-Netzwerk-Theorie (ANT) in der deutschsprachigen Medientheorie ist als eine der interessantesten Konjunkturen der kulturwissenschaftlichen Medienforschung in den letzten Jahren bezeichnet worden. Zweifellos hängt diese Faszination mit dem Umstand zusammen, dass der Ansatz der ANT der deutschsprachigen Medienforschung einen Ausweg verspricht aus einer Situation, die lange geprägt war vom Gegensatz zwischen Soziologie und Technikmaterialismus oder, mit anderen Worten, vom aufreibenden Kampf um die letztbegründende Instanz des Sozialen oder des Technischen. Da, anders als zum Beispiel in Frankreich und England, hierzulande die Geisteswissenschaften, insbesondere die Literaturwissenschaft, eine wichtige Rolle bei der Entstehung der Medienwissenschaft gespielt haben, konnte dieser noch heute Disziplinen und Forscher voneinander trennende Dissens auch die Gestalt eines Streits um die letztbegründende Instanz des Sinns oder des Nichtsinns, des Hermeneutischen oder des Nichthermeneutischen annehmen. Dabei ist die Frage, ob technische Objekte vollständig sozial konstruiert sind oder das Soziale eine Fiktion ist, die von Techniken produziert wird; oder ob dieser Gegensatz selbst nur ein konstruierter ist, durchaus eine Frage, die auch die ANT im Laufe ihrer ebenfalls durch Querelen gekennzeichneten Geschichte beschäftigt hat. Während die ANT der deutschsprachigen Medienwissenschaft also einerseits ein Versprechen zu machen scheint, so droht sie der kulturwissenschaftlichen Medienforschung andererseits mit dem Verlust ihres ›Markenzeichens‹: der emphatisch betonten empirisch-transzendentalen Sonderrolle der Medien. Daher sieht sich die medienwissenschaftliche Forschung, zumindest soweit sie einen humanwissenschaftlichen Hintergrund hat, der ANT gegenüber zu einer »Gretchenfrage« herausgefordert: Wie hältst du es mit den Medien? Die Antwort fällt, wie könnte es anders sein, zweideutig aus.
Mit dem Thema der Medienanthropologie kehrt eine Fragestellung in den Fokus der ZMK zurück, diesmal als ausdrückliche, die von Anfang an zu den Schwerpunkten ihres wissenschaftlichen Programms gehört hat. In ihrer ersten Ausgabe bereits hat die ZMK sich damit befasst, die philosophische Leitfrage nach dem Menschen medientheoretisch und kulturtechnisch neu zu grundieren. Eine solche Wendung ist daran erkennbar, dass sie von der Frage, was der Mensch sei, umstellt auf Fragen nach dem Werden und Gemachtwerden des Menschen, nach seiner Hominisierung und ihren Diskursen, ihren Verfahren, Werkzeugen und Orten in Raum und Zeit. Nicht so sehr was, sondern wo und wann, unter welchen Bedingungen und mithilfe welcher Instrumente und Operationen der Mensch sei, darum, so der Ausgangsgedanke, geht es der Medienanthropologie. Damals, in der ersten Ausgabe der ZMK, bestand die Leitidee darin, sich diesen Fragen zunächst von der Peripherie her zu nähern und die so verstandenen Bedingungen des Menschseins von der Gefährdung des Menschen, von einem exemplarischen Grenzzustand aus zu betrachten, in dem diese Bedingungen problematisch werden können, nämlich demjenigen der Angst. Heute, und mit der vorliegenden Ausgabe, wird ein anderer, zusätzlicher und zugleich weiter greifender Aspekt gesetzt. Denn das Feld der Medienanthropologie hat sich in den vergangenen Jahren ver-
ändert; die Debatten sind intensiviert und die Forschungen diversifiziert worden. In dieses Feld greift die ZMK nun mit einer dezidierten Position ein, die auf kontinuierliche Diskussionen und Entwicklungen innerhalb der Kulturtechnikforschung und der Medienphilosophie und auch zwischen ihnen aufbauen kann.
Schwerpunkt Kollektiv
(2012)
Die neuere und höchst produktive Konjunktur des »Kollektiv«-Begriffs in Soziologie und Kulturtheorie, wie sie sich insbesondere durch die Ent-faltung der Akteur-Netzwerk-Theorie herausgebildet hat, ist zunächst durch vier miteinander zusammenhängende Eigentümlichkeiten gekennzeichnet. Erstens bezeichnet das »Kollektiv« in diesem Sinne vor allem anderen eine Ansammlung von Entitäten zu einem als Ganzem operativen, möglicherweise sogar handlungs- und reflexionsfähigen Komplex. Die Operationen werden dabei erstens im »Kollektiv« und durch das »Kollektiv« ausgeführt, gleichzeitig jedoch sind sie es, die das »Kollektiv« überhaupt erst aufspannen und relationieren und so zusammenhalten und reproduzieren bzw. variieren. Das Besondere daran ist zweitens – und das unterscheidet den »Kollektiv«-Begriff etwa von demjenigen des Systems –, dass es keine Subsumption der beteiligten Entitäten unter das kollektive Gebilde gibt. Die Operationsfähigkeit und der Zusammenschluss führen weder zu einem Aufgehen des Einzelnen im Ganzen, noch zerfällt im Rückfall das Ganze in eine bloße Gesamtheit aufsummierbarer Teile und Effekte. Kurz: Das »Kollektiv« kann nicht über die Beziehung von Ganzem und Teil definiert und schon gar nicht nach einer dieser beiden Seiten hin aufgelöst werden. Drittens, und das ist der vermutlich plakativste Zug des neuen »Kollektiv«-Begriffs, umfasst das »Kollektiv« Entitäten völlig heterogener Art, genauer: Es bringt solche Gegebenheiten zusammen, die nach klassischer ontologischer Tradition verschiedenen Seinsbezirken zugerechnet worden wären. Das sind vor allem die berühmten menschlichen und nichtmenschlichen Akteure Bruno Latours, das sind also Personen und Artefakte, Kultur- und Naturdinge, Intelligibles und Sensibles, Reflexives und Irreflexives, Technisches und Ästhetisches, Bilder und Objekte oder sogar Materielles und Immaterielles wie Geister, Götter und Ahnen, so bei Descola oder Gell. Und viertens schließlich ist der »Kollektiv«-Begriff speziell ein Kontrastbegriff , der innerhalb der »neuen Soziologie« der Akteur-Netzwerk-Theorie an die Stelle des Gesellschaftsbegriff s treten soll, eben um dessen humanozentrische Prägung einerseits und seine subsumptive, generalisierende und anti-partikulare Tradition
andererseits abzustreifen.
Schwerpunkt Entwerfen
(2012)
Entwerfen ist ein äusserst unscharfer Begriff. Mit ihm kann je nach Kontext ebenso Zeichnen, Planen, Modellieren, Projektieren oder Darstellen gemeint sein wie Erfi nden, Entwickeln, Konzipieren, Komponieren und ähnliches. Wenn Architekten vom Entwurf reden, verwenden sie das Wort meist in einer Bedeutung, die auf den kunsttheoretischen Diskurs zurückgeht, der im Florenz des 16. Jahrhunderts entstanden ist: Entwurf als disegno. Dementsprechend konnte Entwerfen in der kunsthermeneutischen Rezeption schließlich mit dem ›künstlerischen Schaff ensprozess‹ selbst synonym werden. Im Entwerfen meint man der geistigen Vermögen und Prozesse im künstlerischen Subjekt habhaft zu werden.
An diese Tradition soll hier bewusst nicht angeknüpft werden. Um das Entwerfen als Kulturtechnik in seiner historischen Bedingtheit zu beschreiben, muss es aus dem anthropozentrischen Ursprung herausgerückt werden, an den es der florentinische kunsttheoretische Diskurs versetzt hat. Statt das Entwerfen als fundamentalen Akt künstlerischen Schaff ens zu begreifen und als anthropologische Konstante der Geschichte zu entziehen, wäre eben diese Konzeption als historisches Resultat von diskursiven, technischen und institutionellen Praktiken zu befragen.
Dieses Heft, das Beiträge zum Schwerpunktthema Medien des Rechts versammelt, ist kein Heft wie jedes andere. Es ist unserer Kollegin Cornelia Vismann gewidmet, die am 28. August 2010 viel zu früh gestorben ist. Cornelia Vismann war von 2008 bis zu ihrem Tod Professorin für Geschichte und Theorie der Kulturtechniken an der Bauhaus-Universität Weimar. Sie hat dieser Professur ihr eigenes Profil verliehen, indem sie zum einen die Geschichte und Theorie des Rechts als eine Theorie und Geschichte von Kulturtechniken reformulierte, zum anderen aber auch die unhintergehbare rechtliche Relevanz – die Recht setzende Gewalt – von Kulturtechniken betonte und gezielt herausarbeitete. Dadurch hat sie der Sache und der Erforschung der Kulturtechniken eine unerhörte Dringlichkeit gegeben, eine Dringlichkeit, die ihr Verhältnis zur wissenschaftlichen Forschung und Lehre überhaupt widerspiegelt.
Schwerpunkt Offene Objekte
(2011)
Die ›Zeitschrift für Medien- und Kulturforschung‹ arbeitet an einer Standortbestimmung der Medien- und Kulturwissenschaft; in thematischer, methodischer und struktureller Hinsicht sowie nicht zuletzt in wissenschaftsgeschichtlicher Perspektive. In ihren letzten beiden Ausgaben hat sie verstärkt und konzentriert programmatische Aspekte der Medienphilosophie und der Kulturtechnikforschung ausgearbeitet und vorgestellt. Damit hat sie ihre Aufmerksamkeit auf spezifische – und möglicherweise innovative – Felder und Ansätze innerhalb des weiteren Geschehens der Medien- und Kulturwissenschaft gelenkt und eine Paradigmendiskussion aufgenommen. ...
Schwerpunkt Mediephilosophie
(2010)
Die prominent und polemisch geäusserte Ansicht, bei der Medienphilosophie handele es sich um eine vorübergehende Angelegenheit, ist vermutlich sehr zutreff end. Medienphilosophie selbst hat nie etwas anderes behauptet. Und genau aus diesem Grund, also eben wegen ihrer Vorläufigkeit, ist Medienphilosophie so wichtig. Sie tritt vielleicht tatsächlich als neue, modische Unterdisziplin der Philosophie auf. Aber sie tut dies, weil sie eine sehr ernsthafte Herausforderung an die Philosophie darstellt. Wie und wann sie wieder vergeht, das hängt davon ab, was sie ausrichtet. Medienphilosophie ist nämlich in ihrem Selbstverständnis ein grundlegend operatives und operationales Unternehmen. Daher rührt ihre große Nähe zu und ihr vitales Interesse an den Kulturtechniken und ihrer Erforschung.
Sie interessiert sich für Eingriff e aller Art – und ist selbst einer. Sie hat – und zwar keineswegs nur metaphorisch – Anteil am materiellen Körper der Philosophie, für den Philosophie selbst, immer hart am Begriff , sich gar nicht interessiert und dies auch nicht tun muss. Zum materiellen Körper der Philosophie zählten bereits die schreibende Hand, vielleicht das vorrangige Medium des philosophischen Eingriffs, und ihr Werkzeug, das Schreibzeug, das sie führt. Als Medienphilosophie widmet sich die Philosophie den Gesten, die sie in der Welt ausführt, und den Operationen, die sie an den Dingen und mit ihrer Hilfe vornimmt.
Schwerpunkt Kulturtechnik
(2010)
Medientheorie und historische Medienwissenschaft sind seit geraumer Zeit dabei, einen Schritt zu tun, der sie hierzulande zumindest teilweise in historische und systematische Kulturtechnikforschung überführt. Die Möglichkeit existiert, dass die Medien als Referenz eines Wissenschaftsparadigmas, das gerade dabei ist, die Forschungs- und Lehrstrukturen dieses Landes zu erobern, sich bereits im Zustand bloßen Nachlebens befinden. Damit kommen mindestens jene Teile der Medienforschung zu sich, die seit der Institutionalisierung von Medienwissenschaft realisieren mussten, dass jene Medien, mit denen sie es seit den 1980er Jahren zu tun hatten, sich nur schwer in den Rahmen der Medien der Medienwissenschaft fügen wollen. Es scheint daher so, als ließe sich mit dem Begriff der Kulturtechniken etwas fassen, das schon seit den 80er Jahren eine Spezifik der entstehenden deutschen Medienwissenschaft gewesen ist, eine Spezifik, die sie den angloamerikanischen media studies ebenso entfremdete wie der Kommunikationswissenschaft oder gar der Soziologie, die, im Banne der Aufklärung und des Gesellschaftsbegriff s stehend, über Medien grundsätzlich nur unter dem Aspekt der Öff entlichkeit nachdenken wollte. Was sich in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts etwa unter dem Titel einer Diskurs- und Medienanalyse formierte, zielte nicht primär auf eine Medientheorie oder die Geschichte von Einzelmedien ab, die längst identitätsstiftend für je eigene Forschungsdisziplinen geworden waren (Fotografie, Film, Fernsehen, Rundfunk), sondern auf eine Geschichte der Literatur, des Geistes, der Seele und der Sinne, die man der Literaturwissenschaft, der Philosophie, der Psychologie und der Ästhetik wegzunehmen gedachte, um sie auf einem anderen Schauplatz aufzuführen: dem der Medien – und gegenwärtig der Kulturtechniken. Weil aber gar nicht die Medien im Fokus der Entdeckung standen, sondern eine Rekontextualisierung der traditionellen Gegenstände der Geisteswissenschaften, genauer eine »Austreibung des Geistes aus den Geisteswissenschaften« (Friedrich Kittler), kam von vornherein anderes in den Blick als diejenigen Medien, die die Publizistik- und Kommunikationswissenschaft, die Massenmedienforschung oder die Einzelmedienwissenschaften als ihre primären Untersuchungsfelder auswiesen.
Schwerpunkt Angst
(2009)
Nach einem Jahrhundert ihres relativ soliden, fraglosen Bestehens sind die modernen Geisteswissenschaften seit etwa 25 Jahren einer tiefgreifenden Herausforderung ausgesetzt. Diese Herausforderung ist so epochal wie die Entstehung der Geisteswissenschaften selbst. Sie wurde und wird weiterhin weder von den exaktwissenschaftlichen Fakultäten noch von den Ökonomisierungsanfällen der Politik vorgetragen, sondern vielmehr vom Aufkommen eines ganz neuen Wissenstyps aus dem Herzen der philosophischen Fächer selbst.
Die Herausbildung und anschließende Institutionalisierung dieses neuen Wissenstyps geschah zunächst disparat und ist heute bei weitem noch nicht abgeschlossen. Aber er hat sich unter verschiedenen Bezeichnungen und in verschiedenen Verfassungen doch inzwischen nachdrücklich etabliert. Seine gewiss wirksamste Form hat dieser neue Wissenstyp und hat diese Herausforderung unter der Bezeichnung der Medien- und Kulturwissenschaft erfahren. Medien- und Kulturwissenschaft muss sich heute, anders als vor gut zwanzig Jahren, kaum mehr eigens behaupten. Die Frage ist nur noch, ob sie sich innerhalb des Kanons der Fächer der philosophischen Fakultät als ein weiteres Paradigma der Geisteswissenschaften durchsetzt oder aber außerhalb Platz findet, als Kompensationsunternehmen.
Zugang zu gesunder und nachhaltiger Ernährung ist in Berlin nicht für alle Menschen eine Selbstverständlichkeit. Um Ernährung für alle gewährleisten zu können, braucht es einen Wandel des Ernährungssystems in Berlin, der eine ökologische, klima- und sozialgerechte Nahrungsproduktion und Verteilung für alle Menschen in der Stadt ermöglicht.
Einen Beitrag um die Ernährung in der Stadt gerechter und nachhaltiger zu gestalten kann ein sogenannter LebensMittelPunkt (LMP) leisten.
LebensMittelPunkte entstehen meist aus ehrenamtlichen Initiativen, können aber auch in Zusammenarbeit mit städtischen Verwaltungen etabliert werden. Eine Zusammenarbeit zwischen zivilgesellschaftlichen Organisationen und Verwaltungen kann dabei Potenziale und Ressourcen freisetzen.
Dieser Leitfaden soll ernährungspolitischen Initiativen und Vereinen aus der Zivilgesellschaft sowie kommunalen oder bezirklichen Verwaltungen in Berlin – und darüber hinaus – Empfehlungen geben, wie ein LebensMittelPunkt in einer gemeinsamen Kooperation aufgebaut werden kann.
For the safe and efficient operation of dams, frequent monitoring and maintenance are required. These are usually expensive, time consuming, and cumbersome. To alleviate these issues, we propose applying a wave-based scheme for the location and quantification of damages in dams.
To obtain high-resolution “interpretable” images of the damaged regions, we drew inspiration from non-linear full-multigrid methods for inverse problems and applied a new cyclic multi-stage full-waveform inversion (FWI) scheme. Our approach is less susceptible to the stability issues faced by the standard FWI scheme when dealing with ill-posed problems. In this paper, we first selected an optimal acquisition setup and then applied synthetic data to demonstrate the capability of our approach in identifying a series of anomalies in dams by a mixture of reflection and transmission tomography. The results had sufficient robustness, showing the prospects of application in the field of non-destructive testing of dams.
Encapsulation-based self-healing concrete (SHC) is the most promising technique for providing a self-healing mechanism to concrete. This is due to its capacity to heal fractures effectively without human interventions, extending the operational life and lowering maintenance costs. The healing mechanism is created by embedding capsules containing the healing agent inside the concrete. The healing agent will be released once the capsules are fractured and the healing occurs in the vicinity of the damaged part. The healing efficiency of the SHC is still not clear and depends on several factors; in the case of microcapsules SHC the fracture of microcapsules is the most important aspect to release the healing agents and hence heal the cracks. This study contributes to verifying the healing efficiency of SHC and the fracture mechanism of the microcapsules. Extended finite element method (XFEM) is a flexible, and powerful discrete crack method that allows crack propagation without the requirement for re-meshing and has been shown high accuracy for modeling fracture in concrete. In this thesis, a computational fracture modeling approach of Encapsulation-based SHC is proposed based on the XFEM and cohesive surface technique (CS) to study the healing efficiency and the potential of fracture and debonding of the microcapsules or the solidified healing agents from the concrete matrix as well. The concrete matrix and a microcapsule shell both are modeled by the XFEM and combined together by CS. The effects of the healed-crack length, the interfacial fracture properties, and microcapsule size on the load carrying capability and fracture pattern of the SHC have been studied. The obtained results are compared to those obtained from the zero thickness cohesive element approach to demonstrate the significant accuracy and the validity of the proposed simulation. The present fracture simulation is developed to study the influence of the capsular clustering on the fracture mechanism by varying the contact surface area of the CS between the microcapsule shell and the concrete matrix. The proposed fracture simulation is expanded to 3D simulations to validate the 2D computational simulations and to estimate the accuracy difference ratio between 2D and 3D simulations. In addition, a proposed design method is developed to design the size of the microcapsules consideration of a sufficient volume of healing agent to heal the expected crack width. This method is based on the configuration of the unit cell (UC), Representative Volume Element (RVE), Periodic Boundary Conditions (PBC), and associated them to the volume fraction (Vf) and the crack width as variables. The proposed microcapsule design is verified through computational fracture simulations.
The computational costs of newly developed numerical simulation play a critical role in their acceptance within both academic use and industrial employment. Normally, the refinement of a method in the area of interest reduces the computational cost. This is unfortunately not true for most nonlocal simulation, since refinement typically increases the size of the material point neighborhood. Reducing the discretization size while keep- ing the neighborhood size will often require extra consideration. Peridy- namic (PD) is a newly developed numerical method with nonlocal nature. Its straightforward integral form equation of motion allows simulating dy- namic problems without any extra consideration required. The formation of crack and its propagation is known as natural to peridynamic. This means that discontinuity is a result of the simulation and does not demand any post-processing. As with other nonlocal methods, PD is considered an expensive method. The refinement of the nodal spacing while keeping the neighborhood size (i.e., horizon radius) constant, emerges to several nonphysical phenomena.
This research aims to reduce the peridynamic computational and imple- mentation costs. A novel refinement approach is introduced. The pro- posed approach takes advantage of the PD flexibility in choosing the shape of the horizon by introducing multiple domains (with no intersections) to the nodes of the refinement zone. It will be shown that no ghost forces will be created when changing the horizon sizes in both subdomains. The approach is applied to both bond-based and state-based peridynamic and verified for a simple wave propagation refinement problem illustrating the efficiency of the method. Further development of the method for higher dimensions proves to have a direct relationship with the mesh sensitivity of the PD. A method for solving the mesh sensitivity of the PD is intro- duced. The application of the method will be examined by solving a crack propagation problem similar to those reported in the literature.
New software architecture is proposed considering both academic and in- dustrial use. The available simulation tools for employing PD will be collected, and their advantages and drawbacks will be addressed. The challenges of implementing any node base nonlocal methods while max- imizing the software flexibility to further development and modification
will be discussed and addressed. A software named Relation-Based Sim- ulator (RBS) is developed for examining the proposed architecture. The exceptional capabilities of RBS will be explored by simulating three dis- tinguished models. RBS is available publicly and open to further develop- ment. The industrial acceptance of the RBS will be tested by targeting its performance on one Mac and two Linux distributions.
A safe and economic structural design based on the semi-probabilistic concept requires statistically representative safety elements, such as characteristic values, design values, and partial safety factors. Regarding climate loads, the safety levels of current design codes strongly reflect experiences based on former measurements and investigations assuming stationary conditions, i.e. involving constant frequencies and intensities. However, due to climate change, occurrence of corresponding extreme weather events is expected to alter in the future influencing the reliability and safety of structures and their components. Based on established approaches, a systematically refined data-driven methodology for the determination of design parameters considering nonstationarity as well as standardized targets of structural reliability or safety, respectively, is therefore proposed. The presented procedure picks up fundamentals of European standardization and extends them with respect to nonstationarity by applying a shifting time window method. Taking projected snow loads into account, the application of the method is exemplarily demonstrated and various influencing parameters are discussed.
The computational costs of newly developed numerical simulation play a critical role in their acceptance within both academic use and industrial employment. Normally, the refinement of a method in the area of interest reduces the computational cost. This is unfortunately not true for most nonlocal simulation, since refinement typically increases the size of the material point neighborhood. Reducing the discretization size while keep- ing the neighborhood size will often require extra consideration. Peridynamic (PD) is a newly developed numerical method with nonlocal nature. Its straightforward integral form equation of motion allows simulating dynamic problems without any extra consideration required. The formation of crack and its propagation is known as natural to peridynamic. This means that discontinuity is a result of the simulation and does not demand any post-processing. As with other nonlocal methods, PD is considered an expensive method. The refinement of the nodal spacing while keeping the neighborhood size (i.e., horizon radius) constant, emerges to several nonphysical phenomena.
This research aims to reduce the peridynamic computational and imple- mentation costs. A novel refinement approach is introduced. The pro- posed approach takes advantage of the PD flexibility in choosing the shape of the horizon by introducing multiple domains (with no intersections) to the nodes of the refinement zone. It will be shown that no ghost forces will be created when changing the horizon sizes in both subdomains. The approach is applied to both bond-based and state-based peridynamic and verified for a simple wave propagation refinement problem illustrating the efficiency of the method. Further development of the method for higher dimensions proves to have a direct relationship with the mesh sensitivity of the PD. A method for solving the mesh sensitivity of the PD is intro- duced. The application of the method will be examined by solving a crack propagation problem similar to those reported in the literature.
New software architecture is proposed considering both academic and in- dustrial use. The available simulation tools for employing PD will be collected, and their advantages and drawbacks will be addressed. The challenges of implementing any node base nonlocal methods while max- imizing the software flexibility to further development and modification will be discussed and addressed. A software named Relation-Based Sim- ulator (RBS) is developed for examining the proposed architecture. The exceptional capabilities of RBS will be explored by simulating three distinguished models. RBS is available publicly and open to further develop- ment. The industrial acceptance of the RBS will be tested by targeting its performance on one Mac and two Linux distributions.
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.
The goal of architecture is changing in response to the expanding role of cities, rapid urbanization, and transformation under changing economic, environmental, social, and demographic factors. As cities increased in the early modern era, overcrowding, urbanization, and pollution conditions led reformers to consider the future shape of the cities. One of the most critical topics in contemporary architecture is the subject of the future concepts of living. In most cases, domed cities, as a future concept of living, are rarely considered, and they are used chiefly as “utopian” visions in the discourse of future ways of living. This paper highlights the reviews of domed cities to deepen the understanding of the idea in practice, like its approach in terms of architecture. The main aim of this paper is to provide a broad overview for domed cities in the face of pollution as one of the main concerns in many European cities. As a result, the significance of the reviews of the existing projects is focused on their conceptual quality. This review will pave the way for further studies in terms of future developments in the realm of domed cities. In this paper, the city of Celje, one of the most polluted cities in Slovenia, is taken as a case study for considering the concept of Dome incorporated due to the lack of accessible literature on the topic. This review’s primary contribution is to allow architects to explore a broad spectrum of innovation by comparing today’s achievable statuses against the possibilities generated by domed cities. As a result of this study, the concept of living under the Dome remains to be developed in theory and practice. The current challenging climatic situation will accelerate the evolution of these concepts, resulting in the formation of new typologies, which are a requirement for humanity.
Design-related reassessment of structures integrating Bayesian updating of model safety factors
(2022)
In the semi-probabilistic approach of structural design, the partial safety factors are defined by considering some degree of uncertainties to actions and resistance, associated with the parameters’ stochastic nature. However, uncertainties for individual structures can be better examined by incorporating measurement data provided by sensors from an installed health monitoring scheme. In this context, the current study proposes an approach to revise the partial safety factor for existing structures on the action side, γE by integrating Bayesian model updating. A simple numerical example of a beam-like structure with artificially generated measurement data is used such that the influence of different sensor setups and data uncertainties on revising the safety factors can be investigated. It is revealed that the health monitoring system can reassess the current capacity reserve of the structure by updating the design safety factors, resulting in a better life cycle assessment of structures. The outcome is furthermore verified by analysing a real life small railway steel bridge ensuring the applicability of the proposed method to practical applications.
Bolted connections are widely employed in structures like transmission poles, wind turbines, and television (TV) towers. The behaviour of bolted connections is often complex and plays a significant role in the overall dynamic characteristics of the structure. The goal of this work is to conduct a fatigue lifecycle assessment of such a bolted connection block of a 193 m tall TV tower, for which 205 days of real measurement data have been obtained from the installed monitoring devices. Based on the recorded data, the best-fit stochastic wind distribution for 50 years, the decisive wind action, and the locations to carry out the fatigue analysis have been decided. A 3D beam model of the entire tower is developed to extract the nodal forces corresponding to the connection block location under various mean wind speeds, which is later coupled with a detailed complex finite element model of the connection block, with over three million degrees of freedom, for acquiring stress histories on some pre-selected bolts. The random stress histories are analysed using the rainflow counting algorithm (RCA) and the damage is estimated using Palmgren-Miner's damage accumulation law. A modification is proposed to integrate the loading sequence effect into the RCA, which otherwise is ignored, and the differences between the two RCAs are investigated in terms of the accumulated damage.
Determining the earthquake hazard of any settlement is one of the primary studies for reducing earthquake damage. Therefore, earthquake hazard maps used for this purpose must be renewed over time. Turkey Earthquake Hazard Map has been used instead of Turkey Earthquake Zones Map since 2019. A probabilistic seismic hazard was performed by using these last two maps and different attenuation relationships for Bitlis Province (Eastern Turkey) were located in the Lake Van Basin, which has a high seismic risk. The earthquake parameters were determined by considering all districts and neighborhoods in the province. Probabilistic seismic hazard analyses were carried out for these settlements using seismic sources and four different attenuation relationships. The obtained values are compared with the design spectrum stated in the last two earthquake maps. Significant differences exist between the design spectrum obtained according to the different exceedance probabilities. In this study, adaptive pushover analyses of sample-reinforced concrete buildings were performed using the design ground motion level. Structural analyses were carried out using three different design spectra, as given in the last two seismic design codes and the mean spectrum obtained from attenuation relationships. Different design spectra significantly change the target displacements predicted for the performance levels of the buildings.
Material failure can be tackled by so-called nonlocal models, which introduce an intrinsic length scale into the formulation and, in the case of material failure, restore the well-posedness of the underlying boundary value problem or initial boundary value problem. Among nonlocal models, peridynamics (PD) has attracted a lot of attention as it allows the natural transition from continuum to discontinue and thus allows modeling of discrete cracks without the need to describe and track the crack topology, which has been a major obstacle in traditional discrete crack approaches. This is achieved by replacing the divergence of the Cauchy stress tensor through an integral over so-called bond forces, which account for the interaction of particles. A quasi-continuum approach is then used to calibrate the material parameters of the bond forces, i.e., equating the PD energy with the energy of a continuum. One major issue for the application of PD to general complex problems is that they are limited to fairly simple material behavior and pure mechanical problems based on explicit time integration. PD has been extended to other applications but losing simultaneously its simplicity and ease in modeling material failure. Furthermore, conventional PD suffers from instability and hourglass modes that require stabilization. It also requires the use of constant horizon sizes, which drastically reduces its computational efficiency. The latter issue was resolved by the so-called dual-horizon peridynamics (DH-PD) formulation and the introduction of the duality of horizons.
Within the nonlocal operator method (NOM), the concept of nonlocality is further extended and can be considered a generalization of DH-PD. Combined with the energy functionals of various physical models, the nonlocal forms based on the dual-support concept can be derived. In addition, the variation of the energy functional allows implicit formulations of the nonlocal theory. While traditional integral equations are formulated in an integral domain, the dual-support approaches are based on dual integral domains. One prominent feature of NOM is its compatibility with variational and weighted residual methods. The NOM yields a direct numerical implementation based on the weighted residual method for many physical problems without the need for shape functions. Only the definition of the energy or boundary value problem is needed to drastically facilitate the implementation. The nonlocal operator plays an equivalent role to the derivatives of the shape functions in meshless methods and finite element methods (FEM). Based on the variational principle, the residual and the tangent stiffness matrix can be obtained with ease by a series of matrix multiplications. In addition, NOM can be used to derive many nonlocal models in strong form.
The principal contributions of this dissertation are the implementation and application of NOM, and also the development of approaches for dealing with fractures within the NOM, mostly for dynamic fractures. The primary coverage and results of the dissertation are as follows:
-The first/higher-order implicit NOM and explicit NOM, including a detailed description of the implementation, are presented. The NOM is based on so-called support, dual-support, nonlocal operators, and an operate energy functional ensuring stability. The nonlocal operator is a generalization of the conventional differential operators. Combining with the method of weighted residuals and variational principles, NOM establishes the residual and tangent stiffness matrix of operate energy functional through some simple matrix without the need of shape functions as in other classical computational methods such as FEM. NOM only requires the definition of the energy drastically simplifying its implementation. For the sake of conciseness, the implementation in this chapter is focused on linear elastic solids only, though the NOM can handle more complex nonlinear problems. An explicit nonlocal operator method for the dynamic analysis of elasticity solid problems is also presented. The explicit NOM avoids the calculation of the tangent stiffness matrix as in the implicit NOM model. The explicit scheme comprises the Verlet-velocity algorithm. The NOM can be very flexible and efficient for solving partial differential equations (PDEs). It's also quite easy for readers to use the NOM and extend it to solve other complicated physical phenomena described by one or a set of PDEs. Several numerical examples are presented to show the capabilities of this method.
-A nonlocal operator method for the dynamic analysis of (thin) Kirchhoff plates is proposed. The nonlocal Hessian operator is derived from a second-order Taylor series expansion. NOM is higher-order continuous, which is exploited for thin plate analysis that requires $C^1$ continuity. The nonlocal dynamic governing formulation and operator energy functional for Kirchhoff plates are derived from a variational principle. The Verlet-velocity algorithm is used for time discretization. After confirming the accuracy of the nonlocal Hessian operator, several numerical examples are simulated by the nonlocal dynamic Kirchhoff plate formulation.
-A nonlocal fracture modeling is developed and applied to the simulation of quasi-static and dynamic fractures using the NOM. The phase field's nonlocal weak and associated strong forms are derived from a variational principle. The NOM requires only the definition of energy. We present both a nonlocal implicit phase field model and a nonlocal explicit phase field model for fracture; the first approach is better suited for quasi-static fracture problems, while the key application of the latter one is dynamic fracture. To demonstrate the performance of the underlying approach, several benchmark examples for quasi-static and dynamic fracture are solved.
Der vorliegende Handlungsleitfaden hilft zivilgesellschaftlichen Organisationen und staatlichen Einrichtungen bei der Installation eines anonymen Behandlungs- oder Krankenschein für Menschen ohne Krankenversicherung. Dabei bündelt sich hier der Erfahrungsschatz verschiedener Initiativen aus dem gesamten Bundesgebiet.
The floods in 2002 and 2013, as well as the recent flood of 2021, caused billions Euros worth of property damage in Germany. The aim of the project Innovative Vulnerability and Risk Assessment of Urban Areas against Flood Events (INNOVARU) involved the development of a practicable flood damage model that enables realistic damage statements for the residential building stock. In addition to the determination of local flood risks, it also takes into account the vulnerability of individual buildings and allows for the prognosis of structural damage. In this paper, we discuss an improved method for the prognosis of structural damage due to flood impact. Detailed correlations between inundation level and flow velocities depending on the vulnerability of the building types, as well as the number of storeys, are considered. Because reliable damage data from events with high flow velocities were not available, an innovative approach was adopted to cover a wide range of flow velocities. The proposed approach combines comprehensive damage data collected after the 2002 flood in Germany with damage data of the 2011 Tohoku earthquake tsunami in Japan. The application of the developed methods enables a reliable reinterpretation of the structural damage caused by the August flood of 2002 in six study areas in the Free State of Saxony.
The Gated Community (GC) phenomenon in Latin American cities has become an inherent element of their urban development, despite academical debate, their approach thrives within the housing market; not surprisingly, as some of the premises on which GCs are based, namely safety, control and supervision intersperse seamlessly with the insecure conditions of the contexts from which they arise. The current security crisis in Mexico, triggered in 2006 by the so-called war on drugs, has reached its peak with the highest insecurity rates in decades, representing a unique chance to study these interactions. Although the leading term of this research, Urban Agoraphobia, implies a causal dichotomy between the rise in the sense of fear amongst citizens and housing confinement as lineal consequence, I acknowledge that GCs represent a complex phenomenon, a hub of diverse factors and multidimensional processes held on four fundamental levels: global, social, individual and state-related. The focus of this dissertation is set on the individual plane and contributes, from the analysis of the GC’s resident’s perspective, experiences and perceptions, to a debate that has usually been limited to the scrutiny of other drivers, disregarding the role of dweller’s underlying fears, motivations and concerns. Assuming that the current ruling security model in Mexico tends to empower its commodification rather than its collective quality, this research draws upon the use of a methodological triangulation, along conceptual and contextual analyses, to test the hypothesis that insecurity plays an increasingly major role, leading citizens into the belief that acquiring a household in a controlled and surveilled community represents a counterweight against the feared environment of the open city. The focus of the analysis lies on the internal hatch of community ties as potential palliative for the provision of a sense of security, aiming to transcend the unidimensional discourse of GCs as defined mainly by their defensive apparatus. Residents’ perspectives acquired through ethnographical analyses may provide the chance to gain an essential view into a phenomenon that further consolidates without a critical study of its actual implications, not only for Mexican cities, but also for the Latin American and global contexts.
This report details the development of Horoskopos, a virtual planetarium for astrology. This project was an attempt to develop a learning tool for studying astrological concepts as connected to observational astronomy. The premise that astrology and observational astronomy were once inseparable from each other in ancient times guided the conceptualization of this tool as an interactive planetarium. The main references were existing software and applications for visualization in astrology and astronomy. Professional astrology teachers were consulted in order to understand better the state of astrological teaching and learning, as well as existing tools and practice. Horoskopos was built using the Unity3D development interface, which is based on the C# programming language. It also relied on the Swiss Ephemeris coding interface from Astrodienst. The development process was experimental and many of the needed skills were developed as needed. Usability tests were performed as new features were added to the interface. The final version of Horoskopos is fully usable, with many interactive visualization features and a defined visual identity. It was validated together with professional astrologers for its effectiveness in concept and visualization.
The aim of this study is controlling of spurious oscillations developing around discontinuous solutions of both linear and non-linear wave equations or hyperbolic partial differential equations (PDEs). The equations include both first-order and second-order (wave) hyperbolic systems. In these systems even smooth initial conditions, or smoothly varying source (load) terms could lead to discontinuous propagating solutions (fronts). For the first order hyperbolic PDEs, the concept of central high resolution schemes is integrated with the multiresolution-based adaptation to capture properly both discontinuous propagating fronts and effects of fine-scale responses on those of larger scales in the multiscale manner. This integration leads to using central high resolution schemes on non-uniform grids; however, such simulation is unstable, as the central schemes are originally developed to work properly on uniform cells/grids. Hence, the main concern is stable collaboration of central schemes and multiresoltion-based cell adapters. Regarding central schemes, the considered approaches are: 1) Second order central and central-upwind schemes; 2) Third order central schemes; 3) Third and fourth order central weighted non-oscillatory schemes (central-WENO or CWENO); 4) Piece-wise parabolic methods (PPMs) obtained with two different local stencils. For these methods, corresponding (nonlinear) stability conditions are studied and modified, as well. Based on these stability conditions several limiters are modified/developed as follows: 1) Several second-order limiters with total variation diminishing (TVD) feature, 2) Second-order uniformly high order accurate non-oscillatory (UNO) limiters, 3) Two third-order nonlinear scaling limiters, 4) Two new limiters for PPMs. Numerical results show that adaptive solvers lead to cost-effective computations (e.g., in some 1-D problems, number of adapted grid points are less than 200 points during simulations, while in the uniform-grid case, to have the same accuracy, using of 2049 points is essential). Also, in some cases, it is confirmed that fine scale responses have considerable effects on higher scales.
In numerical simulation of nonlinear first order hyperbolic systems, the two main concerns are: convergence and uniqueness. The former is important due to developing of the spurious oscillations, the numerical dispersion and the numerical dissipation. Convergence in a numerical solution does not guarantee that it is the physical/real one (the uniqueness feature). Indeed, a nonlinear systems can converge to several numerical results (which mathematically all of them are true). In this work, the convergence and uniqueness are directly studied on non-uniform grids/cells by the concepts of local numerical truncation error and numerical entropy production, respectively. Also, both of these concepts have been used for cell/grid adaptations. So, the performance of these concepts is also compared by the multiresolution-based method. Several 1-D and 2-D numerical examples are examined to confirm the efficiency of the adaptive solver. Examples involve problems with convex and non-convex fluxes. In the latter case, due to developing of complex waves, proper capturing of real answers needs more attention. For this purpose, using of method-adaptation seems to be essential (in parallel to the cell/grid adaptation). This new type of adaptation is also performed in the framework of the multiresolution analysis.
Regarding second order hyperbolic PDEs (mechanical waves), the regularization concept is used to cure artificial (numerical) oscillation effects, especially for high-gradient or discontinuous solutions. There, oscillations are removed by the regularization concept acting as a post-processor. Simulations will be performed directly on the second-order form of wave equations. It should be mentioned that it is possible to rewrite second order wave equations as a system of first-order waves, and then simulated the new system by high resolution schemes. However, this approach ends to increasing of variable numbers (especially for 3D problems).
The numerical discretization is performed by the compact finite difference (FD) formulation with desire feature; e.g., methods with spectral-like or optimized-error properties. These FD methods are developed to handle high frequency waves (such as waves near earthquake sources). The performance of several regularization approaches is studied (both theoretically and numerically); at last, a proper regularization approach controlling the Gibbs phenomenon is recommended.
At the end, some numerical results are provided to confirm efficiency of numerical solvers enhanced by the regularization concept. In this part, shock-like responses due to local and abrupt changing of physical properties, and also stress wave propagation in stochastic-like domains are studied.
In this work, the degradation performance for the photocatalytic oxidation of eight micropollutants (amisulpride, benzotriazole, candesartan, carbamazepine, diclofenac, gabapentin, methlybenzotriazole, and metoprolol) within real secondary effluent was investigated using three different reactor designs. For all reactor types, the influence of irradiation power on its reaction rate and energetic efficiency was investigated. Flat cell and batch reactor showed almost similar substance specific degradation behavior. Within the immersion rotary body reactor, benzotriazole and methylbenzotriazole showed a significantly lower degradation affinity. The flat cell reactor achieved the highest mean degradation rate, with half time values ranging from 5 to 64 min with a mean of 18 min, due to its high catalysts surface to hydraulic volume ratio. The EE/O values were calculated for all micro-pollutants as well as the mean degradation rate constant of each experimental step. The lowest substance specific energy per order (EE/O) values of 5 kWh/m3 were measured for benzotriazole within the batch reactor. The batch reactor also reached the lowest mean values (11.8–15.9 kWh/m3) followed by the flat cell reactor (21.0–37.0 kWh/m3) and immersion rotary body reactor (23.9–41.0 kWh/m3). Catalyst arrangement and irradiation power were identified as major influences on the energetic performance of the reactors. Low radiation intensities as well as the use of submerged catalyst arrangement allowed a reduction in energy demand by a factor of 3–4. A treatment according to existing treatment goals of wastewater treatment plants (80% total degradation) was achieved using the batch reactor with a calculated energy demand of 7000 Wh/m3.
The current thesis presents research about new methods of citizen participation based on digital technologies. The focus on the research lies on decentralized methods of participation where citizens take the role of co-creators. The research project first conducted a review of the literature on citizen participation, its origins and the different paradigms that have emerged over the years. The literature review also looked at the influence of technologies on participation processes and the theoretical frameworks that have emerged to understand the introduction of technologies in the context of urban development. The literature review generated the conceptual basis for the further development of the thesis.
The research begins with a survey of technology enabled participation applications that examined the roles and structures emerging due to the introduction of technology. The results showed that cities use technology mostly to control and monitor urban infrastructure and are rather reluctant to give citizens the role of co-creators. Based on these findings, three case studies were developed. Digital tools for citizen participation were conceived and introduced for each case study. The adoption and reaction of the citizens were observed using three data collection methods.
The results of the case studies showed consistently that previous participation and engagement with informal citizen participation are a determinining factor in the potential adoption of digital tools for decentralized engagement. Based on these results, the case studies proposed methods and frameworks that can be used for the conception and introduction of technologies for decentralized citizen participation.
The Finite Element Method (FEM) is widely used in engineering for solving Partial Differential Equations (PDEs) over complex geometries. To this end, it is required to provide the FEM software with a geometric model that is typically constructed in a Computer-Aided Design (CAD) software. However, FEM and CAD use different approaches for the mathematical description of the geometry. Thus, it is required to generate a mesh, which is suitable for FEM, based on the CAD model. Nonetheless, this procedure is not a trivial task and it can be time consuming. This issue becomes more significant for solving shape and topology optimization problems, which consist in evolving the geometry iteratively. Therefore, the computational cost associated to the mesh generation process is increased exponentially for this type of applications.
The main goal of this work is to investigate the integration of CAD and CAE in shape and topology optimization. To this end, numerical tools that close the gap between design and analysis are presented. The specific objectives of this work are listed below:
• Automatize the sensitivity analysis in an isogeometric framework for applications in shape optimization. Applications for linear elasticity are considered.
• A methodology is developed for providing a direct link between the CAD model and the analysis mesh. In consequence, the sensitivity analysis can be performed in terms of the design variables located in the design model.
• The last objective is to develop an isogeometric method for shape and topological optimization. This method should take advantage of using Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) with higher continuity as basis functions.
Isogeometric Analysis (IGA) is a framework designed to integrate the design and analysis in engineering problems. The fundamental idea of IGA is to use the same basis functions for modeling the geometry, usually NURBS, for the approximation of the solution fields. The advantage of integrating design and analysis is two-fold. First, the analysis stage is more accurate since the system of PDEs is not solved using an approximated geometry, but the exact CAD model. Moreover, providing a direct link between the design and analysis discretizations makes possible the implementation of efficient sensitivity analysis methods. Second, the computational time is significantly reduced because the mesh generation process can be avoided.
Sensitivity analysis is essential for solving optimization problems when gradient-based optimization algorithms are employed. Automatic differentiation can compute exact gradients, automatically by tracking the algebraic operations performed on the design variables. For the automation of the sensitivity analysis, an isogeometric framework is used. Here, the analysis mesh is obtained after carrying out successive refinements, while retaining the coarse geometry for the domain design. An automatic differentiation (AD) toolbox is used to perform the sensitivity analysis. The AD toolbox takes the code for computing the objective and constraint functions as input. Then, using a source code transformation approach, it outputs a code for computing the objective and constraint functions, and their sensitivities as well. The sensitivities obtained from the sensitivity propagation method are compared with analytical sensitivities, which are computed using a full isogeometric approach.
The computational efficiency of AD is comparable to that of analytical sensitivities. However, the memory requirements are larger for AD. Therefore, AD is preferable if the memory requirements are satisfied. Automatic sensitivity analysis demonstrates its practicality since it simplifies the work of engineers and designers.
Complex geometries with sharp edges and/or holes cannot easily be described with NURBS. One solution is the use of unstructured meshes. Simplex-elements (triangles and tetrahedra for two and three dimensions respectively) are particularly useful since they can automatically parameterize a wide variety of domains. In this regard, unstructured Bézier elements, commonly used in CAD, can be employed for the exact modelling of CAD boundary representations. In two dimensions, the domain enclosed by NURBS curves is parameterized with Bézier triangles. To describe exactly the boundary of a two-dimensional CAD model, the continuity of a NURBS boundary representation is reduced to C^0. Then, the control points are used to generate a triangulation such that the boundary of the domain is identical to the initial CAD boundary representation. Thus, a direct link between the design and analysis discretizations is provided and the sensitivities can be propagated to the design domain.
In three dimensions, the initial CAD boundary representation is given as a collection of NURBS surfaces that enclose a volume. Using a mesh generator (Gmsh), a tetrahedral mesh is obtained. The original surface is reconstructed by modifying the location of the control points of the tetrahedral mesh using Bézier tetrahedral elements and a point inversion algorithm. This method offers the possibility of computing the sensitivity analysis using the analysis mesh. Then, the sensitivities can be propagated into the design discretization. To reuse the mesh originally generated, a moving Bézier tetrahedral mesh approach was implemented.
A gradient-based optimization algorithm is employed together with a sensitivity propagation procedure for the shape optimization cases. The proposed shape optimization approaches are used to solve some standard benchmark problems in structural mechanics. The results obtained show that the proposed approach can compute accurate gradients and evolve the geometry towards optimal solutions. In three dimensions, the moving mesh approach results in faster convergence in terms of computational time and avoids remeshing at each optimization step.
For considering topological changes in a CAD-based framework, an isogeometric phase-field based shape and topology optimization is developed. In this case, the diffuse interface of a phase-field variable over a design domain implicitly describes the boundaries of the geometry. The design variables are the local values of the phase-field variable. The descent direction to minimize the objective function is found by using the sensitivities of the objective function with respect to the design variables. The evolution of the phase-field is determined by solving the time dependent Allen-Cahn equation.
Especially for topology optimization problems that require C^1 continuity, such as for flexoelectric structures, the isogeometric phase field method is of great advantage. NURBS can achieve the desired continuity more efficiently than the traditional employed functions. The robustness of the method is demonstrated when applied to different geometries, boundary conditions, and material configurations. The applications illustrate that compared to piezoelectricity, the electrical performance of flexoelectric microbeams is larger under bending. In contrast, the electrical power for a structure under compression becomes larger with piezoelectricity.
One of the most important renewable energy technologies used nowadays are wind power turbines. In this paper, we are interested in identifying the operating status of wind turbines, especially rotor blades, by means of multiphysical models. It is a state-of-the-art technology to test mechanical structures with ultrasonic-based methods. However, due to the density and the required high resolution, the testing is performed with high-frequency waves, which cannot penetrate the structure in depth. Therefore, there is a need to adopt techniques in the fields of multiphysical model-based inversion schemes or data-driven structural health monitoring. Before investing effort in the development of such approaches, further insights and approaches are necessary to make the techniques applicable to structures such as wind power plants (blades). Among the expected developments, further accelerations of the so-called “forward codes” for a more efficient implementation of the wave equation could be envisaged. Here, we employ electromagnetic waves for the early detection of cracks. Because in many practical situations, it is not possible to apply techniques from tomography (characterized by multiple sources and sensor pairs), we focus here on the question of whether the existence of cracks can be determined by using only one source for the sent waves.
Object-Oriented Damage Information Modeling Concepts and Implementation for Bridge Inspection
(2022)
Bridges are designed to last for more than 50 years and consume up to 50% of their life-cycle costs during their operation phase. Several inspections and assessment actions are executed during this period. Bridge and damage information must be gathered, digitized, and exchanged between different stakeholders. Currently, the inspection and assessment practices rely on paper-based data collection and exchange, which is time-consuming and error-prone, and leads to loss of information. Storing and exchanging damage and building information in a digital format may lower costs and errors during inspection and assessment and support future needs, for example, immediate simulations regarding performance assessment, automated maintenance planning, and mixed reality inspections. This study focused on the concept for modeling damage information to support bridge reviews and structural analysis. Starting from the definition of multiple use cases and related requirements, the data model for damage information is defined independently from the subsequent implementation. In the next step, the implementation via an established standard is explained. Functional tests aim to identify problems in the concept and implementation. To show the capability of the final model, two example use cases are illustrated: the inspection review of the entire bridge and a finite-element analysis of a single component. Main results are the definition of necessary damage data, an object-oriented damage model, which supports multiple use cases, and the implementation of the model in a standard. Furthermore, the tests have shown that the standard is suitable to deliver damage information; however, several software programs lack proper implementation of the standard.
Reine Calciumsulfatbindemittel weisen eine hohe Löslichkeit auf. Feuchteinwirkung führt zudem zu starken Festigkeitsverlusten. Aus diesem Grund werden diese Bindemittel ausschließlich für Baustoffe und -produkte im Innenbereich ohne permanenten Feuchtebeanspruchung eingesetzt. Eine Möglichkeit, die Feuchtebeständigkeit zu erhöhen, ist die Beimischung puzzolanischer und zementärer Komponenten. Diese Mischsysteme werden Gips-Zement-Puzzolan-Bindemittel (kurz: GZPB) genannt.
Mischungen aus Calciumsulfaten und Portlandzementen allein sind aufgrund der treibenden Ettringitbildung nicht raumbeständig. Durch die Zugabe von puzzolanischen Stoffen können aber Bedingungen im hydratisierenden System geschaffen werden, welche eine rissfreie Erhärtung ermöglichen. Hierfür ist eine exakte Rezeptierung der GZPB notwendig, um die GZPB-typischen, ettringitbedingten Dehnungen zeitlich zu begrenzen. Insbesondere bei alumosilikatischen Puzzolanen treten während der Hydratation gegenüber rein silikatischen Puzzolanen deutlich höhere Expansionen auf, wodurch die Gefahr einer potenziellen Rissbildung steigt. Für die Erstellung geeigneter GZPB-Zusammensetzungen bedarf es daher einer Methodik, um raumbeständig erhärtende Systeme sicher von destruktiven Mischungen unterscheiden zu können.
Sowohl für die Rezeptierung als auch für die Anwendung der GZPB existieren in Deutschland keinerlei Normen. Darüber hinaus sind die Hydratationsvorgänge sowie die entstehenden Produkte nicht konsistent beschrieben. Auch auf die Besonderheiten der GZPB mit alumosilikatischen Puzzolanen wird in der Literatur nur unzureichend eingegangen.
Ziel war es daher, ein grundlegendes Verständnis der Hydratation sowie eine sichere Methodik zur Rezeptierung raumbeständig und rissfrei erhärtender GZPB, insbesondere in Hinblick auf die Verwendung alumosilikatischer Puzzolane, zu erarbeiten. Darüber hinaus sollte systematisch der Einfluss der Einzelkomponenten auf Hydratation und Eigenschaften dieser Bindemittelsysteme untersucht werden. Dies soll ermöglichen, die GZPB für ein breites Anwendungsspektrum als Bindemittel zu etablieren, und somit vorteilhafte Eigenschaften der Calciumsulfate (geringe Schwindneigung, geringe CO2-Emission etc.) mit der Leistungs-fähigkeit von Zementen (Wasserbeständigkeit, Festigkeit, Dauerhaftigkeit etc.) zu verbinden.
Als Ausgangsstoffe der Untersuchungen zu den GZPB wurden Stuckgips und Alpha-Halbhydrat als Calciumsulfatbindemittel in unterschiedlichen Anteilen im GZPB verwendet. Die Puzzolan-Zement-Verhältnisse wurden ebenfalls variiert. Als Puzzolan kam für den Großteil der Untersuchungen ein alumosilikatisches Metakaolin zum Einsatz. Als kalkspendende Komponente diente ein reiner Portlandzement.
Das Untersuchungsprogramm gliederte sich in 4 Teile. Zuerst wurde anhand von CaO- und pH-Wert-Messungen in Suspensionen sowie dem Längenänderungsverhalten von Bindemittelleimen verschiedener Zusammensetzungen eine Vorauswahl geeigneter GZPB-Rezepturen ermittelt. Danach erfolgten, ebenfalls an Bindemittelleimen, Untersuchungen zu den Eigenschaften der als geeignet eingeschätzten GZPB-Mischungen. Hierzu zählten Langzeitbetrachtungen zur rissfreien Erhärtung bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen sowie die Festigkeitsentwicklung im trockenen und feuchten Zustand. Im nächsten Schritt wurde anhand zweier exemplarischer GZPB-Zusammensetzungen (mit silikatischen und alumosilikatischen Puzzolan) die prinzipiell mögliche Phasenzusammensetzung unter Variation des Puzzolan-Zement-Verhältnisses (P/Z-Verhältnis) und des Calciumsulfatanteils im thermodynamischen Gleichgewichtszustand berechnet. Hier wurde im Besonderen auf Unterschiede der silikatischen und alumosilikatischen Puzzolane eingegangen. Im letzten Teil der Untersuchungen wurden die Hydratationskinetik der GZPB sowie die Gefügeentwicklung näher betrachtet. Hierfür wurden die Porenlösungen chemisch analysiert und Sättigungsindizes berechnet, sowie elektronenmikropische, porosimetrische und röntgenografische Untersuchungen durchgeführt. Abschließend wurden die Ergebnisse gesamtheitlich interpretiert, da die Ergebnisse der einzelnen Untersuchungsprogramme miteinander in Wechselwirkung stehen.
Als hauptsächliche Hydratationsprodukte wurden Calciumsulfat-Dihydrat, Ettringit und
C-(A)-S-H-Phasen ermittelt, deren Anteile im GZPB neben dem Calciumsulfatanteil und dem Puzzolan-Zement-Verhältnis auch deutlich vom Wasserangebot und der Gefügeentwicklung abhängen. Bei Verwendung von alumosilikatischen Puzzolans kommt es wahrscheinlich zur teilweisen Substitution des Siliciums durch Aluminium in den C-S-H-Phasen. Dies erscheint aufgrund des Nachweises der für diese Phasen typischen, folienartigen Morphologie wahrscheinlich. Portlandit wurde in raumbeständigen GZPB-Systemen nur zu sehr frühen Zeitpunkten in geringen Mengen gefunden.
In den Untersuchungen konnte ein Teil der in der Literatur beschriebenen, prinzipiellen Hydratationsabläufe bestätigt werden. Bei Verwendung von Halbhydrat als Calciumsulfatkomponente entsteht zuerst Dihydrat und bildet die Primärstruktur der GZPB. In dieses existierende Grundgefüge kristallisieren dann das Ettringit und die C-(A)-S-H-Phasen. In den GZPB sorgen entgegen der Beschreibungen in der Literatur nicht ausschließlich die
C-(A)-S-H-Phasen zur Verbesserung der Feuchtebeständigkeit und der Erhöhung des Festigkeitsniveaus, sondern auch das Ettringit. Beide Phasen überwachsen im zeitlichen Verlauf der Hydratation die Dihydratkristalle in der Matrix und hüllen diese – je nach Calciumsulfatanteil im GZPB – teilweise oder vollständig ein. Diese Umhüllung sowie die starke Gefügeverdichtung durch die C-(A)-S-H-Phasen und das Ettringit bedingen, dass ein lösender Angriff durch Wasser erschwert oder gar verhindert wird. Gleichzeitig wird die Gleitfähigkeit an den Kontaktstellen der Dihydratkristalle verringert.
Eine rissfreie und raumbeständige Erhärtung ist für die gefahrlose Anwendung eines GZPB-Systems essentiell. Hierfür ist die Kinetik der Ettringitbildung von elementarer Bedeutung. Die gebildete Ettringitmenge spielt nur eine untergeordnete Rolle. Selbst ausgeprägte, ettringitbedingte Dehnungen und hohe sich bildende Mengen führen zu frühen Zeitpunkten, wenn die Dihydratkristalle noch leicht gegeneinander verschiebbar sind, zu keinen Schäden. Bleibt die Übersättigung bezüglich Ettringit und somit auch der Kristallisationsdruck allerdings über einen langen Zeitraum hoch, genügen bereits geringe Ettringitmengen, um das sich stetig verfestigende Gefüge stark zu schädigen.
Die für die raumbeständige Erhärtung der GZPB notwendige, schnelle Abnahme der Ettringitübersättigung wird hauptsächlich durch die Reaktivität des Puzzolans beeinflusst. Die puzzolanische Reaktion führt zur Bindung des aus dem Zement stammenden Calciumhydroxid durch die Bildung von C-(A)-S-H-Phasen und Ettringit. Hierdurch sinkt die Calcium- und Hydroxidionenkonzentration in der Porenlösung im Verlauf der Hydratation, wodurch auch die Übersättigung bezüglich Ettringit abnimmt. Je höher die Reaktivität des Puzzolans ist, desto schneller sinkt der Sättigungsindex des Ettringits und somit auch der Kristallisationsdruck. Nach Unterschreiten eines noch näher zu klärendem Grenzwert der Übersättigung stagnieren die Dehnungen. Das Ettringit kristallisiert bzw. wächst nun bevorzugt in den Poren ohne eine weitere, äußere Volumenzunahme zu verursachen.
Um eine schadensfreie Erhärtung des GZPB zu gewährleisten, muss gerade in der frühen Phase der Hydratation ein ausreichendes Wasserangebot gewährleistet werden, so dass die Ettringitbildung möglichst vollständig ablaufen kann. Andernfalls kann es bei einer Wiederbefeuchtung zur Reaktivierung der Ettringitbildung kommen, was im eingebauten Zustand Schäden verursachen kann. Die Gewährleistung eines ausreichenden Wasserangebots ist im GZPB-System nicht unproblematisch. In Abhängigkeit der GZPB-Zusammensetzung können sich große Ettringitmengen bilden, die einen sehr hohen Wasserbedarf aufweisen. Deshalb kann es, je nach verwendeten Wasser-Bindemittel-Wert, im Bindemittelleim zu einem Wassermangel kommen, welcher die weitere Hydratation verlangsamt bzw. komplett verhindert. Zudem können GZPB-Systeme teils sehr dichte Gefüge ausbilden, wodurch der Wassertransport zum Reaktionsort des Ettringits zusätzlich behindert wird.
Die Konzeption raumbeständiger GZPB-Systeme muss anhand mehrerer aufeinander aufbauender Untersuchungen erfolgen. Zur Vorauswahl geeigneter Puzzolan-Zementverhältnisse eignen sich die Messungen der CaO-Konzentration und des pH-Wertes in Suspensionen. Als alleinige Beurteilungsgrundlage reicht dies allerdings nicht aus. Zusätzlich muss das Längenänderungs-verhalten beurteilt werden. Raumbeständige Mischungen mit alumosilikatischen Puzzolanen zeigen zu frühen Zeitpunkten starke Dehnungen, welche dann abrupt stagnieren. Stetige – auch geringe – Dehnungen weisen auf eine destruktive Zusammensetzung hin.
Mit diesem mehrstufigen Vorgehen können raumbeständige, stabile GZPB-Systeme konzipiert werden, so dass die Zielstellung der Arbeit erreicht wurde und ein sicherer praktischer Einsatz dieser Bindemittelart gewährleistet werden kann.
Die Europatournee des Indischen Menaka-Balletts von 1936-38 ist der Ausgangspunkt dieser archivologischen Navigation entlang der Spuren indischer KünstlerInnen in Europa. In einer breit angelegten Archivrecherche wurden dazu Dokumente, Fundstücke, orale Erinnerungen und ethnografische Beobachtungen aus dem Kontext der Menaka-Tournee durch das nationalsozialistische Deutschland zusammengetragen.
Das Buch beschreibt den Rekonstruktionsprozess eines bedeutsamen Projekts der indischen Tanzmoderne. Es verfolgt dabei eine Methode, mit der sich die fragmentierten Dokumente des Medienereignisses als Spur lesen lassen und nutzt eine künstlerisch-forschende Involvierung in gegenwärtige Erinnerungspolitiken, in welche die verflochtenen Strukturen der künstlerischen Avantgarde zwischen Kolkata, Mumbai und Berlin hineinreichen. Die Spur des Menaka-Ballett erweist sich dabei als Teil weitreichender ideologischer, tänzerischer, musikalischer, filmischer und literarischer Strömungen, die auch in gegenwärtigen kulturellen Bestimmungen fortwirken.
Fotografien, Zeitungsberichte, Film- und Tonaufnahmen, Briefe und persönliche Erinnerungstücke erzählen davon, wie sich, vor dem Hintergrund der im antikolonialen Aufbruch befindlichen Kulturreform in Indien, und der nationsozialistisch-völkischen Kulturpolitik in Deutschland, die Tänzerinnen und Musiker der indischen Ballettgruppe und die deutsche Öffentlichkeit im gegenseitigen Spiegel betrachteten, während die Vorzeichen des kommenden Krieges immer deutlicher wurden.
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.
Quantification of cracks in concrete thin sections considering current methods of image analysis
(2022)
Image analysis is used in this work to quantify cracks in concrete thin sections via modern image processing. Thin sections were impregnated with a yellow epoxy resin, to increase the contrast between voids and other phases of the concrete. By the means of different steps of pre-processing, machine learning and python scripts, cracks can be quantified in an area of up to 40 cm2. As a result, the crack area, lengths and widths were estimated automatically within a single workflow. Crack patterns caused by freeze-thaw damages were investigated. To compare the inner degradation of the investigated thin sections, the crack density was used. Cracks in the thin sections were measured manually in two different ways for validation of the automatic determined results. On the one hand, the presented work shows that the width of cracks can be determined pixelwise, thus providing the plot of a width distribution. On the other hand, the automatically measured crack length differs in comparison to the manually measured ones.
In this work, we present a deep collocation method (DCM) for three-dimensional potential problems in non-homogeneous media. This approach utilizes a physics-informed neural network with material transfer learning reducing the solution of the non-homogeneous partial differential equations to an optimization problem. We tested different configurations of the physics-informed neural network including smooth activation functions, sampling methods for collocation points generation and combined optimizers. A material transfer learning technique is utilized for non-homogeneous media with different material gradations and parameters, which enhance the generality and robustness of the proposed method. In order to identify the most influential parameters of the network configuration, we carried out a global sensitivity analysis. Finally, we provide a convergence proof of our DCM. The approach is validated through several benchmark problems, also testing different material variations.
In machine learning, if the training data is independently and identically distributed as the test data then a trained model can make an accurate predictions for new samples of data. Conventional machine learning has a strong dependence on massive amounts of training data which are domain specific to understand their latent patterns. In contrast, Domain adaptation and Transfer learning methods are sub-fields within machine learning that are concerned with solving the inescapable problem of insufficient training data by relaxing the domain dependence hypothesis. In this contribution, this issue has been addressed and by making a novel combination of both the methods we develop a computationally efficient and practical algorithm to solve boundary value problems based on nonlinear partial differential equations. We adopt a meshfree analysis framework to integrate the prevailing geometric modelling techniques based on NURBS and present an enhanced deep collocation approach that also plays an important role in the accuracy of solutions. We start with a brief introduction on how these methods expand upon this framework. We observe an excellent agreement between these methods and have shown that how fine-tuning a pre-trained network to a specialized domain may lead to an outstanding performance compare to the existing ones. As proof of concept, we illustrate the performance of our proposed model on several benchmark problems.
Im Heft zum zehnjährigen Jubiläum von sub\urban mit dem Themenschwerpunkt „sub\x: Verortungen, Entortungen" veröffentlichen wir eine Debatte, die von den bisherigen in unserer Zeitschrift in dieser Rubrik geführten textlichen Diskussionen abweicht. Im Vorfeld der Planungen für unsere Jubiläumsausgabe haben wir die aktuellen Mitglieder unseres wissenschaftlichen Beirats darum gebeten, zwei grundlegende Fragen von kritischer Stadtforschung in kurzen Beiträgen zu diskutieren: Was ist Stadt? Was ist Kritik?
Der Aufruf, die Begriffe Stadt und Kritik in das Zentrum einer Debatte zu stellen, bietet die große Chance, uns weit über begriffliche Klärungen unseres gemeinsamen Arbeitsgegenstands hinaus – die ja auch für sich selbst sehr fruchtbar sein können – über die Funktion zu verständigen, die wir in der Gesellschaft ausüben, wenn wir räumliche Planung praktizieren, erforschen und lehren. Da in der Bundesrepublik nicht nur ein großer Bedarf, sondern auch eine beträchtliche Nachfrage nach öffentlicher Planung besteht und die planungsbezogenen Wissenschaften sich eines insgesamt stabilen institutionellen Standes erfreuen, laufen wir Gefahr, die gesellschaftspolitische Legitimation von Berufsfeld und Wissenschaft zu vernachlässigen, sie als gegeben zu behandeln. Wir müssen uns ja kaum rechtfertigen.
This article focuses on further developments of the background-oriented schlieren (BOS) technique to visualize convective indoor air flow, which is usually defined by very small density gradients. Since the light rays deflect when passing through fluids with different densities, BOS can detect the resulting refractive index gradients as integration along a line of sight. In this paper, the BOS technique is used to yield a two-dimensional visualization of small density gradients. The novelty of the described method is the implementation of a highly sensitive BOS setup to visualize the ascending thermal plume from a heated thermal manikin with temperature differences of minimum 1 K. To guarantee steady boundary conditions, the thermal manikin was seated in a climate laboratory. For the experimental investigations, a high-resolution DLSR camera was used capturing a large field of view with sufficient detail accuracy. Several parameters such as various backgrounds, focal lengths, room air temperatures, and distances between the object of investigation, camera, and structured background were tested to find the most suitable parameters to visualize convective indoor air flow. Besides these measurements, this paper presents the analyzing method using cross-correlation algorithms and finally the results of visualizing the convective indoor air flow with BOS. The highly sensitive BOS setup presented in this article complements the commonly used invasive methods that highly influence weak air flows.
Das Fahrrad ist ein Medium sozialer Veränderung. Seine vielfältigen utopischen Potenziale ergeben sich nicht zuletzt aus seinen ebenso vielfältigen und häufig übersehenen medialen Qualitäten: Es vermittelt, es verbindet, es übersetzt; es modifiziert Wahrnehmung und Organisation von Raum und Zeit, von Körpern und von Sozialität. Umgekehrt kann auch das medienwissenschaftliche Denken fahrradmedial verändert werden. Das Fahrrad ist nicht nur Medium des sozialen und ökologischen Wandels: Radfahren eröffnet Perspektiven, verändert Räume, lässt neue Relationen entstehen und teilt Handlungsmacht neu auf.
Fahrradutopien denkt vom Fahrrad aus und ergänzt dabei bestehende Ansätze zur Mobilitätsforschung um medienkulturwissenschaftliche Perspektiven. Die Beiträge verbinden Medienwissenschaften und Forschungen zu Fahrradaktivismus mit der Liebe zum Radfahren. Fokussiert werden Fahrradfilme und -vlogs, Verkehr und Infrastrukturen, Virtuelle Realität und Fahrrad, Fahrradkollektive und Fahrradfeminismus.
The thesis addresses journalistic, administrative and judicial historical documentation to analyze the links between aridity and geographical imaginaries in the province of Catamarca (Argentina), from a historical point of view. The research aims to contribute to the understanding of the "non-hegemonic" versions of Modernity, its territoriality and the productions of geographic imaginaries that they involve. To provide a broad purpose, it raises as an object of study the ways in which "modern" practices, actors, links, discourses and expectations about the territory are mobilized when they are located in a space in "other" water conditions. those that are intended to "civilize" it.
The general objective of the research is to analyze time-space controversies around water in the city and valley of Catamarca towards 19th and 20th centuries. The specific objectives derived are a) analyzing how various actors are related to waters behavior - in other words, the local water regime – in Catamarca and the meanings built around it. b) to analyze the controversies about the place of Catamarca and its water regime in the local and national geographic imaginary. c) analyze controversies in which the relationships between actors and materialities involved in modernization projects are put into discussion.
These concerns by the experience of the actors and by the historical-spatial imagination of the territory, combined, led to the construction of an interdisciplinary methodology based on tools from anthropology, sociology, geography and history.
El paisaje de la Cuenca Lechera Central Argentina: la huella de la producción sobre el territorio
(2022)
In recent times, the study of landscape heritage acquires value by virtue of becoming an alternative to rethink regional development, especially from the point of view of territorial planning. In this sense, the Central Argentine Dairy Basin (CADB) is presented as a space where the traces of different human projects have accumulated over centuries of occupation, which can be read as heritage. The impact of dairy farming and other productive activities has shaped the configuration of its landscape. The main hypothesis assumed that a cultural landscape would have been formed in the CADB, whose configuration would have depended to a great extent on the history of productive activities and their deployment over the territory, and this same history would hide the keys to its alternative.
The thesis approached the object of study from descriptive and cartographic methods that placed the narration of the history of territory and the resources of the landscape as a discursive axis. A series of intentional readings of the territory and its constituent parts pondered the layers of data that have accumulated on it in the form of landscape traces, with the help of an approach from complementary dimensions (natural, sociocultural, productive, planning). Furthermore, the intersection of historical sources was used in order to allow the construction of the territorial story and the detection of the origin of the landscape components. A meticulous cartographic work also helped to spatialise the set of phenomena and elements studied, and was reflected in a multiscalar scanning.
Revisiting vernacular technique: Engineering a low environmental impact earth stabilisation method
(2022)
The major drawbacks of earth as a construction material — such as its low water stability and moderate strength — have led mankind to stabilize earth. Different civilizations developed vernacular techniques mainly focussing on lime, pozzolan or gypsum stabilization. Recently, cement has become the most commonly used additive in earth stabilization as it improves the strength and durability of plain earth. Also, it is a familiar and globally available construction material. However, using cement as an additive reduces the environmental advantages of earth and run counter to global targets regarding the reduction of CO2 emissions. Alternatives to cement stabilization are currently neither efficient enough to reduce its environmental impact nor allow the possibility of obtaining better results than those of cement. As such, this thesis deals with the rediscovery of a reverse engineering approach for a low environmental impact earth stabilization technique, aiming to replace cement in earth stabilization.
The first step in the method consists in a comprehensive review of earth stabilization with regards to earthen building standards and soil classification, which allows us to identify the research gap. The review showed that there is great potential in using other additives which result in similar improvements as those achieved by cement. However, the studies that have been conducted so far either use expansive soils, which are not suitable for earth constructions or artificial pozzolans that indirectly contribute to CO2 emissions. This is the main research gap.
The key concept for the development in the second step of the method is to combine vernacular additives to both improve the strength and durability of plain earth and to reduce the CO2 emissions. Various earth-mixtures were prepared and both development and performance tests were done to investigate the performance of this technique. The laboratory analyses on mix-design have proven a high durability and the results show a remarkable increase in strength performance. Furthermore, a significant reduction in CO2 emissions in comparison to cement stabilization could be shown.
The third step of the method discusses the results drawn from the experimental programme. In addition, the potential of the new earth mixture with regards to its usability in the field of building construction and architectural design is further elaborated on.
The method used in this study is the first of its kind that allows investors to avoid the very time-consuming processes such as finding a suitable source for soil excavation and soil classification. The developed mixture has significant workability and suitability for production of stabilized earthen panels — the very first of its kind. Such a panel is practically feasible, reasonable, and could be integrated into earthen building standards in general and in particular to DIN 18948, which is related to earthen boards and published in 2018.
In ten chapters, this thesis presents information retrieval technology which is tailored to the research activities that arise in the context of corpus-based digital humanities projects.
The presentation is structured by a conceptual research process that is introduced in Chapter 1. The process distinguishes a set of five research activities: research question generation, corpus acquisition, research question modeling, corpus annotation, and result dissemination. Each of these research activities elicits different information retrieval tasks with special challenges, for which algorithmic approaches are presented after an introduction of the core information retrieval concepts in Chapter 2.
A vital concept in many of the presented approaches is the keyquery paradigm introduced in Chapter 3, which represents an operation that returns relevant search queries in response to a given set of input documents. Keyqueries are proposed in Chapter 4 for the recommendation of related work, and in Chapter 5 for improving access to aspects hidden in the long tail of search result lists.
With pseudo-descriptions, a document expansion approach is presented in Chapter 6. The approach improves the retrieval performance for corpora where only bibliographic meta-data is originally available. In Chapter 7, the keyquery paradigm is employed to generate dynamic taxonomies for corpora in an unsupervised fashion.
Chapter 8 turns to the exploration of annotated corpora, and presents scoped facets as a conceptual extension to faceted search systems, which is particularly useful in exploratory search settings. For the purpose of highlighting the major topical differences in a sequence of sub-corpora, an algorithm called topical sequence profiling is presented in Chapter 9.
The thesis concludes with two pilot studies regarding the visualization of (re)search results for the means of successful result dissemination: a metaphoric interpretation of the information nutrition label, as well as the philosophical bodies, which are 3D-printed search results.
The fracture of microcapsules is an important issue to release the healing agent for healing the cracks in encapsulation-based self-healing concrete. The capsular clustering generated from the concrete mixing process is considered one of the critical factors in the fracture mechanism. Since there is a lack of studies in the literature regarding this issue, the design of self-healing concrete cannot be made without an appropriate modelling strategy. In this paper, the effects of microcapsule size and clustering on the fractured microcapsules are studied computationally. A simple 2D computational modelling approach is developed based on the eXtended Finite Element Method (XFEM) and cohesive surface technique. The proposed model shows that the microcapsule size and clustering have significant roles in governing the load-carrying capacity and the crack propagation pattern and determines whether the microcapsule will be fractured or debonded from the concrete matrix. The higher the microcapsule circumferential contact length, the higher the load-carrying capacity. When it is lower than 25% of the microcapsule circumference, it will result in a greater possibility for the debonding of the microcapsule from the concrete. The greater the core/shell ratio (smaller shell thickness), the greater the likelihood of microcapsules being fractured.
Operator Calculus Approach to Comparison of Elasticity Models for Modelling of Masonry Structures
(2022)
The solution of any engineering problem starts with a modelling process aimed at formulating a mathematical model, which must describe the problem under consideration with sufficient precision. Because of heterogeneity of modern engineering applications, mathematical modelling scatters nowadays from incredibly precise micro- and even nano-modelling of materials to macro-modelling, which is more appropriate for practical engineering computations. In the field of masonry structures, a macro-model of the material can be constructed based on various elasticity theories, such as classical elasticity, micropolar elasticity and Cosserat elasticity. Evidently, a different macro-behaviour is expected depending on the specific theory used in the background. Although there have been several theoretical studies of different elasticity theories in recent years, there is still a lack of understanding of how modelling assumptions of different elasticity theories influence the modelling results of masonry structures. Therefore, a rigorous approach to comparison of different three-dimensional elasticity models based on quaternionic operator calculus is proposed in this paper. In this way, three elasticity models are described and spatial boundary value problems for these models are discussed. In particular, explicit representation formulae for their solutions are constructed. After that, by using these representation formulae, explicit estimates for the solutions obtained by different elasticity theories are obtained. Finally, several numerical examples are presented, which indicate a practical difference in the solutions.
Warum werden in aktuellen Diskussionen Wohnungsgenossenschaften immer wieder als zentrale Akteure einer gemeinwohlorientierten Wohnraumversorgung benannt – obwohl sie kaum zur Schaffung neuen bezahlbaren Wohnraums beitragen? Warum wehrt sich die Mehrzahl der Wohnungsgenossenschaften mit Händen und Füßen gegen die Wiedereinführung eines Gesetzes zur Wohnungsgemeinnützigkeit, obwohl es doch gerade dieses Gesetz war, dass sie im 20. Jahrhundert zu im internationalen Vergleich großen Unternehmen wachsen ließ? Sind Wohnungsgenossenschaften nun klientilistische, wenig demokratische und nur halb dekommodifizierte Marktteilnehmer oder wichtiger Teil der Wohnungsversorgung der unteren Mittelschicht? Wer Antworten auf diese und andere Fragen sucht und Differenziertheit in ihrer Beantwortung aushält, lese Joscha Metzers Dissertation „Genossenschaften und die Wohnungsfrage.
Die Auswirkungen einer Fassadenbegrünung auf den Wärmeinseleffekt in Stuttgart wurde für eine Hitzeperiode numerisch simuliert und bewertet. Die Ergebnisse zeigten positive Auswirkungen innerhalb des Simulationsgebiets sowie eine geringe Fernwirkung auf benachbarte Stadtquartiere. Diese Änderungen können zur Verbesserung des thermischen Komforts im Außenraum beitragen. Eine reduzierte Temperatur der Außenoberfläche führt darüber hinaus auch zu einer geringeren Oberflächentemperatur der Wandinnenseite, welche die Innenraumtemperatur beeinflusst. Folglich kann die thermische Behaglichkeit auch im Innenraum erhöht werden.
Multi-criteria decision analysis (MCDA) is an established methodology to support the decision-making of multi-objective problems. For conducting an MCDA, in most cases, a set of objectives (SOO) is required, which consists of a hierarchical structure comprised of objectives, criteria, and indicators. The development of an SOO is usually based on moderated development processes requiring high organizational and cognitive effort from all stakeholders involved. This article proposes elementary interactions as a key paradigm of an algorithm-driven development process for an SOO that requires little moderation efforts. Elementary interactions are self-contained information requests that may be answered with little cognitive effort. The pairwise comparison of elements in the well-known analytical hierarchical process (AHP) is an example of an elementary interaction. Each elementary interaction in the development process presented contributes to the stepwise development of an SOO. Based on the hypothesis that an SOO may be developed exclusively using elementary interactions (EIs), a concept for a multi-user platform is proposed. Essential components of the platform are a Model Aggregator, an Elementary Interaction Stream Generator, a Participant Manager, and a Discussion Forum. While the latter component serves the professional exchange of the participants, the first three components are intended to be automatable by algorithms. The platform concept proposed has been evaluated partly in an explorative validation study demonstrating the general functionality of the algorithms outlined. In summary, the platform concept suggested demonstrates the potential to ease SOO development processes as the platform concept does not restrict the application domain; it is intended to work with little administration moderation efforts, and it supports the further development of an existing SOO in the event of changes in external conditions. The algorithm-driven development of SOOs proposed in this article may ease the development of MCDA applications and, thus, may have a positive effect on the spread of MCDA applications.
Compactly, this thesis encompasses two major parts to examine mechanical responses of polymer compounds and two dimensional materials:
1- Molecular dynamics approach is investigated to study transverse impact behavior of polymers, polymer compounds and two dimensional materials.
2- Large deflection of circular and rectangular membranes is examined by employing continuum mechanics approach.
Two dimensional materials (2D), including, Graphene and molybdenum disulfide (MoS2), exhibited new and promising physical and chemical properties, opening new opportunities to be utilized alone or to enhance the performance of conventional materials. These 2D materials have attracted tremendous attention owing to their outstanding physical properties, especially concerning transverse impact loading.
Polymers, with the backbone of carbon (organic polymers) or do not include carbon atoms in the backbone (inorganic polymers) like polydimethylsiloxane (PDMS), have extraordinary characteristics particularly their flexibility leads to various easy ways of forming and casting. These simple shape processing label polymers as an excellent material often used as a matrix in composites (polymer compounds).
In this PhD work, Classical Molecular Dynamics (MD) is implemented to calculate transverse impact loading of 2D materials as well as polymer compounds reinforced with graphene sheets. In particular, MD was adopted to investigate perforation of the target and impact resistance force . By employing MD approach, the minimum velocity of the projectile that could create perforation and passes through the target is obtained. The largest investigation was focused on how graphene could enhance the impact properties of the compound. Also the purpose of this work was to discover the effect of the atomic arrangement of 2D materials on the impact problem. To this aim, the impact properties of two different 2D materials, graphene and MoS2, are studied. The simulation of chemical functionalization was carried out systematically, either with covalently bonded molecules or with non-bonded ones, focusing the following efforts on the covalently bounded species, revealed as the most efficient linkers.
To study transverse impact behavior by using classical MD approach , Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS) software, that is well-known among most researchers, is employed. The simulation is done through predefined commands in LAMMPS. Generally these commands (atom style, pair style, angle style, dihedral style, improper style, kspace style, read data, fix, run, compute and so on) are used to simulate and run the model for the desired outputs. Depends on the particles and model types, suitable inter-atomic potentials (force fields) are considered. The ensembles, constraints and boundary conditions are applied depends upon the problem definition. To do so, atomic creation is needed. Python codes are developed to generate particles which explain atomic arrangement of each model. Each atomic arrangement introduced separately to LAMMPS for simulation. After applying constraints and boundary conditions, LAMMPS also include integrators like velocity-Verlet integrator or Brownian dynamics or other types of integrator to run the simulation and finally the outputs are emerged. The outputs are inspected carefully to appreciate the natural behavior of the problem. Appreciation of natural properties of the materials assist us to design new applicable materials.
In investigation on the large deflection of circular and rectangular membranes, which is related to the second part of this thesis, continuum mechanics approach is implemented. Nonlinear Föppl membrane theory, which carefully release nonlinear governing equations of motion, is considered to establish the non-linear partial differential equilibrium equations of the membranes under distributed and centric point loads. The Galerkin and energy methods are utilized to solve non-linear partial differential equilibrium equations of circular and rectangular plates respectively. Maximum deflection as well as stress through the film region, which are kinds of issue in many industrial applications, are obtained.
BIM-basierte Digitalisierung von Bestandsgebäuden aus Sicht des FM am Beispiel von Heizungsanlagen
(2022)
Das Ziel der Arbeit ist, für das Facility Management relevante Informationen für die mit Building Information Modeling basierende Erstellung von Bestandsgebäuden am Beispiel einer Hei- zungsanlage zu definieren. Darauf basierend sind die notwendigen Arbeitsschritte der Objek- taufnahme abgeleitet. Für die Definition der Arbeitsschritte wurden das grundlegende Vorge- hen bei einer Objektaufnahme sowie die gesetzlichen Gegebenheiten für den Betrieb einer Heizungsanlage dargelegt. Darüber hinaus sind in der vorliegenden Ausarbeitung die Vorteile und Herausforderungen hinsichtlich des Zusammenspiels von Building Information Modeling und Facility Management analysiert. Die definierten Arbeitsschritte sind anhand eines Beispiel- projektes angewendet worden. Im Rahmen des Beispielprojekts sind die entscheidenden Be- triebsdaten je Anlagenteil in Form von Informationsanforderungen nach DIN 17412 definiert. Das Gebäudemodell ist durch Parameter mit den für das Facility Management relevanten In- formationen ergänzt. Die Resultate des Beispielprojektes sind mit aussagekräftigen Schnitten, Plänen sowie 3-D-Visualisierungen dargestellt. Abschließend sind die Ergebnisse in Bezug auf das FM validiert. Aus den Arbeitsschritten und Ergebnissen ist eine Leitlinie erstellt worden für den Digitalisierungsprozess von Bestandsgebäuden für das Facility Management.
Reconstruction of the indoor air temperature distribution using acoustic travel-time tomography
(2021)
Acoustic travel-time tomography (ATOM) is being increasingly considered recently as a remote sensing methodology to determine the indoor air temperatures distribution. It employs the relationship between the sound velocities along sound-paths and their related travel-times through measured room-impulse-response (RIR). Thus, the precise travel-time estimation is of critical importance which can be performed by applying an analysis time-window method. In this study, multiple analysis time-windows with different lengths are proposed to overcome the challenge of accurate detection of the travel-times at RIR. Hence, the ATOM-temperatures distribution has been measured at the climate chamber lab of the Bauhaus-University Weimar. As a benchmark, the temperatures of NTC thermistors are compared to the reconstructed temperatures derived from the ATOM technique illustrating this technique can be a reliable substitute for traditional thermal sensors. The numerical results indicate that the selection of an appropriate analysis time-window significantly enhances the accuracy of the reconstructed temperatures distribution.
The technique of Acoustic travel-time TOMography (ATOM) allows for measuring the distribution of air temperatures throughout the entire room based on the determined sound-travel-times of early reflections, currently up to second order reflections. The number of detected early reflections in the room impulse response (RIR) which stands for the desired sound paths inside the room, has a significant impact on the resolution of reconstructed temperatures. This study investigates the possibility of utilizing an array of directional sound sources for ATOM measurements instead of a single omnidirectional loudspeaker used in the previous studies [1–3]. The developed measurement setup consists of two directional sound sources placed near the edge of the floor in the climate chamber of the Bauhaus-University Weimar and one omnidirectional receiver at center of the room near the ceiling. In order to compensate for the reduced number of sound paths when using directional sound sources, it is proposed to take high-energy early reflections up to third order into account. For this purpose, the simulated travel times up to third-order image sources were implemented in the image source model (ISM) algorithm, by which these early reflections can be detected effectively for air temperature reconstructions. To minimize the uncertainties of travel-times estimation due to the positioning of the sound transducers inside the room, measurements were conducted to determine the exact emitting point of the utilized sound source i.e. its acoustic center (AC). For these measurements, three types of excitation signals (MLS, linear and logarithmic chirp signals) with various frequency ranges were used considering that the acoustic center of a sound source is a frequency dependent parameter [4]. Furthermore, measurements were conducted to determine an optimum excitation signal based on the given condition of the ATOM measurement set-up which defines an optimum method for the RIR estimation correspondingly. Finally, the uncertainty of the measuring system utilizing an array of directional sound sources was analyzed.
With the growing importance of the World Wide Web, the major challenges our society faces are also increasingly affecting the digital areas of our lives. Some of the associated problems can be addressed by computer science, and some of these specifically by data-driven research. To do so, however, requires to solve open issues related to archive quality and the large volume and variety of the data contained.
This dissertation contributes data, algorithms, and concepts towards leveraging the big data and temporal provenance capabilities of web archives to tackle societal challenges. We selected three such challenges that highlight the central issues of archive quality, data volume, and data variety, respectively:
(1) For the preservation of digital culture, this thesis investigates and improves the automatic quality assurance of the web page archiving process, as well as the further processing of the resulting archive data for automatic analysis.
(2) For the critical assessment of information, this thesis examines large datasets of Wikipedia and news articles and presents new methods for automatically determining quality and bias.
(3) For digital security and privacy, this thesis exploits the variety of content on the web to quantify the security of mnemonic passwords and analyzes the privacy-aware re-finding of the various seen content through private web archives.
This study investigates the flow supplied by personalized ventilation (PV) by means of anemometer measurements and schlieren visualization. The study was conducted using a thermal manikin to simulate a seated occupant facing a PV outlet. Air velocity was measured at multiple points in the flow field; the collected velocity values were used to calculate the turbulence intensity. Results indicated that PV was supplying air with low turbulence intensity that was able to penetrate the convective boundary layer of the manikin to supply clean air for inhalation. The convective boundary layer, however, obstructed the supplied flow and reduced its velocity by a total of 0.26 m/s. The PV flow preserved its value until about 10 cm from the face where velocity started to drop. Further investigations were conducted to test a PV diffuser with a relatively large outlet diameter (18 cm). This diffuser was developed using 3d-modelling and 3d-printing. The diffuser successfully distributed the flow over the larger outlet area. However, the supplied velocity and turbulence fields were not uniform across the section.
Kleine Kommunen im ländlichen Raum sind aufgrund ihrer oft eingeschränkten personellen und finanziellen Kapazitäten bisher eher sporadisch in den Themenfeldern Energieeffizienz und Erneuerbare Energien aktiv. Immer wieder stellt sich daher Frage, wie die Klimaschutzstrategien des Bundes und der Länder dort mit dem verfügbaren Personal kostengünstig realisierbar sind. Vor diesem Hintergrund wird ein Werkzeug entwickelt, mit dessen Hilfe der aktive Einstieg in diese Thematik mit geringen Aufwand und überwiegend barrierefrei möglich ist.
Der Aufbau eines prozessorientierten Entwicklungs- und Moderationsmodells zur Erprobung und Umsetzung bezahlbarer Handlungsoptionen für Energieeinsparungen und effizienten Energieeinsatz im überwiegend ländlichen geprägten Raum ist der Schwerpunkt der Softwarelösung.
Kommunen werden mit deren Hilfe in die Lage versetzt, in die notwendigen Prozesse der Energie- und Wärmewende einzusteigen. Dabei soll der modulare Aufbau die regulären Schritte notwendiger (integrierter) Planungsprozesse nicht vollständig ersetzen. Vielmehr können innerhalb der Online-Anwendung - überwiegend automatisiert - konkrete Maßnahmenvorschläge erstellt werden, die ein solides Fundament der künftigen energetischen Entwicklung der Kommunen darstellen.
Für eine gezielte Validierung der Ergebnisse und der Ableitung potentieller Maßnahmen werden für die Erprobung Modellkommunen in Thüringen, Bayern und Hessen als Reallabore einbezogen.
Das Tool steht bisher zunächst nur den beteiligten Modellkommunen zur Verfügung. Die entwickelte Softwarelösung soll künftig Schritt für Schritt allen interessierten Kommunen mit diversen Hilfsmitteln und einer Vielzahl anderer praktischer Bestandteile zur Verfügung gestellt werden.
Bei Analysen des Gebäudebestands im Quartierskontext werden zu Dokumentationszwecken viele Bilddaten erzeugt. Diese Daten sind im Nachhinein häufig keinen eindeutig genauen Standorten und Blickwinkeln auf das Bauwerk zuzuordnen. Insbesondere gilt dies für Ortsunkundige oder für Detailaufnahmen. Eine zusätzliche Herausforderung stellt die Aufnahme von Wärmebrücken- oder andersartigen Gebäudedetails durch Thermogramme dar. In der Praxis kommen hier oftmals analoge, fehleranfällige Lösungen zum Einsatz.
Durch die Nutzung von Georeferenzierung kann diese Lücke geschlossen und eine eindeutige Kommunikation und Auswertung gewährleistet werden. Im Gegensatz zu den üblichen Kameras sind Smartphones nach Stand der Technik ausreichend ausgestattet, um neben Daten zu Standort auch die Orientierungswinkel einer Bildaufnahme zu dokumentieren. Die georefenzierten Bilder können auf Grundlage der in den sogenannten Exif-Daten mitgeschriebenen Informationen händisch in ein bestehendes Quartiersmodell integriert werden.
Anhand eines universitären Musterquartiers wird die nutzerfreundliche Realisierung beispielhaft erprobt und auf ihre Potentiale zur Automatisierung in Python untersucht. Hierfür wurde ein bestehendes Quartiersmodell als geometrische Grundlage genutzt und um RGB-Bilder sowie Thermogramme erweitert. Das beschriebene Vorgehen wird im Rahmen der Anwendung auf seinen möglichen Einsatz im Rahmen einer energetischen Quartierserfassung sowie einer Bauschadensdokumentation untersucht.
Mit dem vorliegenden Beitrag wird dem Nutzenden ein Werkzeug bereitgestellt, das die hochwertige Dokumentation einer Bestandserfassung, auch im Quartierskontext, ermöglicht.
Acoustic travel-time TOMography (ATOM) allows the measurement and reconstruction of air temperature distributions. Due to limiting factors, such as the challenge of travel-time estimation of the early reflections in the room impulse response, which heavily depends on the position of transducers inside the measurement area, ATOM is applied mainly outdoors. To apply ATOM in buildings, this paper presents a numerical solution to optimize the positions of transducers. This optimization avoids reflection overlaps, leading to distinguishable travel-times in the impulse response reflectogram. To increase the accuracy of the measured temperature within tomographic voxels, an additional function is employed to the proposed numerical method to minimize the number of sound-path-free voxels, ensuring the best sound-ray coverage of the room. Subsequently, an experimental set-up has been performed to verify the proposed numerical method. The results indicate the positive impact of the optimal positions of transducers on the distribution of ATOM-temperatures.
Multi-criteria decision analysis (MCDA) is an established methodology to support the decision-making of multi-objective problems. For conducting an MCDA, in most cases, a set of objectives (SOO) is required, which consists of a hierarchical structure comprised of objectives, criteria, and indicators. The development of an SOO is usually based on moderated development processes requiring high organizational and cognitive effort from all stakeholders involved. This article proposes elementary interactions as a key paradigm of an algorithm-driven development process for an SOO that requires little moderation efforts. Elementary interactions are self-contained information requests that may be answered with little cognitive effort. The pairwise comparison of elements in the well-known analytical hierarchical process (AHP) is an example of an elementary interaction. Each elementary interaction in the development process presented contributes to the stepwise development of an SOO. Based on the hypothesis that an SOO may be developed exclusively using elementary interactions (EIs), a concept for a multi-user platform is proposed. Essential components of the platform are a Model Aggregator, an Elementary Interaction Stream Generator, a Participant Manager, and a Discussion Forum. While the latter component serves the professional exchange of the participants, the first three components are intended to be automatable by algorithms. The platform concept proposed has been evaluated partly in an explorative validation study demonstrating the general functionality of the algorithms outlined. In summary, the platform concept suggested demonstrates the potential to ease SOO development processes as the platform concept does not restrict the application domain; it is intended to work with little administration moderation efforts, and it supports the further development of an existing SOO in the event of changes in external conditions. The algorithm-driven development of SOOs proposed in this article may ease the development of MCDA applications and, thus, may have a positive effect on the spread of MCDA applications.
El presente trabajo se inscribe en el campo de los estudios urbanos y plantea como ejes estructurantes la intersección entre las políticas públicas, el barrio y las prácticas del habitar (de Certeau, 1996, 1999; Gravano, 2003) en el marco de las transformaciones del espacio urbano en los barrios pericentrales, también denominados tradicionales de la ciudad de Córdoba, particularmente lo acontecido en Barrio Güemes, durante el periodo 2010-2016.
El propósito del abordaje se inscribe en conocer y realizar aportes generalizables a la comprensión de las prácticas del habitar como unidad de análisis. En ese marco, el problema de investigación se formula en el siguiente interrogante: ¿cómo se modifican las prácticas del habitar en el marco de las transformaciones urbanas, en un modo de producción capitalista? Se entiende a las prácticas como acciones elementales de las “artes de hacer” que las personas ordinarias ponen en marcha en su vida cotidiana: para circular, cocinar, trabajar, vincularse. También, a través de las mismas resignifican los espacios, les otorgan una valoración (positiva o negativa), se identifican como parte de la identidad y a su vez se reconocen lugares de (des)encuentro y vías de circulación.
Para su abordaje se toma como unidad de estudio el caso de barrio Güemes. El recorte espacial (o físico) del trabajo empírico está localizado en la ciudad de Córdoba, y se sitúa en la periferia del área central. Esta localización permite comprender el surgimiento de las primeras expansiones urbanas como consecuencia del crecimiento demográfico y cómo estas, se transformaron en los primeros barrios. El recorte temporal se encuentra delimitado entre los años 2000 y 2016, respaldado intencionalmente por dos acontecimientos significativos: el censo de población (2001) y la celebración del Bicentenario de la Independencia en Argentina.
Los cambios materializados en ciertos espacios urbanos, tanto en ciudades latinoamericanas (Buenos Aires, Salvador de Bahía en Brasil, México Distrito Federal, etc.) como en otras partes del mundo (New Orleans en los Estados Unidos, el distrito de Kreuzberg- Friedrichshain en Berlín, el puerto de Hamburgo en Alemania, etc.) demuestran cómo estos espacios se van transformado acorde al modo de reproducción capitalista. Pues, se trataba de espacios que en algún momento cumplieron funciones económicas-sociales jerarquizadas y luego por la dinámica misma del capitalismo, la sobreacumulación, dejan de ser rentables y pasan a ser espacios “obsoletos”. En ese sentido, la omisión de acciones públicas y/o privadas, la desatención y el crecimiento de situaciones sociales conflictivas (delitos, inseguridad, degradación) en estos espacios, funciona como argumento para que los gobiernos locales comiencen a planear el futuro y modernizarlos.
De esta manera, se plantean políticas urbanas con el objetivo de impulsar acciones de renovación o rehabilitación para dinamizar económicamente determinados sectores. Dos elementos discursivos aparecen como posibilitadores del proceso de renovación urbana: el turismo y el patrimonio. En ese sentido, bajo la recuperación patrimonial de ciertos lugares se dinamizan los territorios, por lo que el turismo se vuelve una herramienta económica que produce un excedente de plusvalía. La puesta en valor de bienes tangibles e intangibles atrae la afluencia de visitantes y, a la vez, es rentable económicamente. Ahora bien, muchas veces los proyectos tienen en cuenta las variables morfológicas y físicas, dejando en un segundo plano el impacto en el espacio próximo y las relaciones entre los habitantes con su territorio. Actualmente los espacios elegidos por los municipios para la intervención pública y/o privada son los barrios, puesto que son espacios cercanos al centro y considerados estratégicos. Por lo general, el argumento es la necesidad de rehabilitar/renovar zonas poco aprovechadas o degradadas con el objetivo de mejorar la calidad de vida de la población y dinamizar el sector (Brites, 2017; Guevara, 2012). Desde los 2000 el barrio Güemes asiste a un proceso de crecimiento inusitado. La cantidad de artesanos se disparó y variedad de productos ofrecidos, emergieron los comercios que forman parte de la oferta comercial, gastronómica y cultural del barrio. Hace varios años, presenta nuevos actores económicos que se pueden observar en la apertura de galerías comerciales; ubicadas sobre el eje de las calles Belgrano, Achával Rodríguez, Fructuoso Rivera y la creciente aparición de edificaciones alrededor de la feria artesanal histórica; con la venta y exposición de piezas del arte plástico, gastronomía, negocios de diseñadores cordobeses y hasta la inclusión de la idea del del “desarrollo sustentable” en los techos de las galerías.
La modificación del corpus normativo, la aparición de edificación en altura y el boom económico tuvieron como resultado, la valorización del suelo urbano, la retroalimentación en el espacio con el emplazamiento de nuevas actividades comerciales y servicios culturales. A la par, en el espacio barrial se presentan nuevos residentes con otros hábitos y prácticas que ponen en disputa los modos de habitar en el espacio.
A riesgo de simplificar, estas transformaciones fueron producto de los cambios políticoideológicos, de los modelos e instrumentos de gestión urbana puestos en juego en los diversos momentos históricos y de las propias prácticas sociales y culturales de los habitantes. De esta manera, se centrará la mirada analítica en las transformaciones de las prácticas del habitar de los pobladores de los Barrios Güemes, en el marco de la metamorfosis del espacio urbano (atravesado por tendencias de mediatización y mercantilización de la experiencia) que conjugó un proceso de intersección y asociatividad entre políticas públicas y expansión inmobiliaria.
Data acquisition systems and methods to capture high-resolution images or reconstruct 3D point clouds of existing structures are an effective way to document their as-is condition. These methods enable a detailed analysis of building surfaces, providing precise 3D representations. However, for the condition assessment and documentation, damages are mainly annotated in 2D representations, such as images, orthophotos, or technical drawings, which do not allow for the application of a 3D workflow or automated comparisons of multitemporal datasets. In the available software for building heritage data management and analysis, a wide range of annotation and evaluation functions are available, but they also lack integrated post-processing methods and systematic workflows. The article presents novel methods developed to facilitate such automated 3D workflows and validates them on a small historic church building in Thuringia, Germany. Post-processing steps using photogrammetric 3D reconstruction data along with imagery were implemented, which show the possibilities of integrating 2D annotations into 3D documentations. Further, the application of voxel-based methods on the dataset enables the evaluation of geometrical changes of multitemporal annotations in different states and the assignment to elements of scans or building models. The proposed workflow also highlights the potential of these methods for condition assessment and planning of restoration work, as well as the possibility to represent the analysis results in standardised building model formats.
This dataset consists mainly of two subsets. The first subset includes measurements and simulation data conducted to validate the simulation tool ENVI-met. The measurements were conducted at the campus of the Bauhaus-University Weimar in Weimar, Germany and consisted of recording exterior air temperature, globe temperature, relative humidity, and wind velocity at 1.5 m at four points on four different days. After the measurements, the geometry of the campus was modelled and meshed; the simulations were conducted using the weather data of the measurements days with the aim of investigating the accuracy of the model.
The second data subset consists of ENVI-met simulation data of the potential of facade greening in improving the outdoor environment and the indoor air temperature during heatwaves in Central European cities. The data consist of the boundary conditions and the simulation output of two simulation models: with and without facade greening. The geometry of the models corresponded to a residential buildings district in Stuttgart, Germany. The simulation output consisted of exterior air temperature, mean radiant temperature, relative humidity, and wind velocity at 12 different probe points in the model in addition to the indoor air temperature of an exemplary building. The dataset presents both vertical profiles of the probed parameters as well as the time series output of the five-day simulation duration. Both data subsets correspond to the investigations presented in the co-submitted article [1].
It is widely accepted that most people spend the majority of their lives indoors. Most individuals do not realize that while indoors, roughly half of heat exchange affecting their thermal comfort is in the form of thermal infrared radiation. We show that while researchers have been aware of its thermal comfort significance over the past century, systemic error has crept into the most common evaluation techniques, preventing adequate characterization of the radiant environment. Measuring and characterizing radiant heat transfer is a critical component of both building energy efficiency and occupant thermal comfort and productivity. Globe thermometers are typically used to measure mean radiant temperature (MRT), a commonly used metric for accounting for the radiant effects of an environment at a point in space. In this paper we extend previous field work to a controlled laboratory setting to (1) rigorously demonstrate that existing correction factors used in the American Society of Heating Ventilation and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) Standard 55 or ISO7726 for using globe thermometers to quantify MRT are not sufficient; (2) develop a correction to improve the use of globe thermometers to address problems in the current standards; and (3) show that mean radiant temperature measured with ping-pong ball-sized globe thermometers is not reliable due to a stochastic convective bias. We also provide an analysis of the maximum precision of globe sensors themselves, a piece missing from the domain in contemporary literature.
The seismic vulnerability assessment of existing reinforced concrete (RC) buildings is a significant source of disaster mitigation plans and rescue services. Different countries evolved various Rapid Visual Screening (RVS) techniques and methodologies to deal with the devastating consequences of earthquakes on the structural characteristics of buildings and human casualties. Artificial intelligence (AI) methods, such as machine learning (ML) algorithm-based methods, are increasingly used in various scientific and technical applications. The investigation toward using these techniques in civil engineering applications has shown encouraging results and reduced human intervention, including uncertainties and biased judgment. In this study, several known non-parametric algorithms are investigated toward RVS using a dataset employing different earthquakes. Moreover, the methodology encourages the possibility of examining the buildings’ vulnerability based on the factors related to the buildings’ importance and exposure. In addition, a web-based application built on Django is introduced. The interface is designed with the idea to ease the seismic vulnerability investigation in real-time. The concept was validated using two case studies, and the achieved results showed the proposed approach’s potential efficiency
In Germany, bridges have an average age of 40 years. A bridge consumes between 0.4% and 2% of its construction cost per year over its entire life cycle. This means that up to 80% of the construction cost are additionally needed for operation, inspection, maintenance, and destruction. Current practices rely either on paperbased inspections or on abstract specialist software. Every application in the inspection and maintenance sector uses its own data model for structures, inspections, defects, and maintenance. Due to this, data and properties have to be transferred manually, otherwise a converter is necessary for every data exchange between two applications. To overcome this issue, an adequate model standard for inspections, damage, and maintenance is necessary. Modern 3D models may serve as a single source of truth, which has been suggested in the Building Information Modeling (BIM) concept. Further, these models offer a clear visualization of the built infrastructure, and improve not only the planning and construction phases, but also the operation phase of construction projects. BIM is established mostly in the Architecture, Engineering, and Construction (AEC) sector to plan and construct new buildings. Currently, BIM does not cover the whole life cycle of a building, especially not inspection and maintenance. Creating damage models needs the building model first, because a defect is dependent on the building component, its properties and material. Hence, a building information model is necessary to obtain meaningful conclusions from damage information. This paper analyzes the requirements, which arise from practice, and the research that has been done in modeling damage and related information for bridges. With a look at damage categories and use cases related to inspection and maintenance, scientific literature is discussed and synthesized. Finally, research gaps and needs are identified and discussed.
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.
Diese Dissertation untersucht Handlungsressourcen von zivilgesellschaftlichen Akteuren in Planungsprozessen um innerstädtische Planungsverfahren. Den theoretischen Rahmen bilden die Kapitalarten von Pierre Bourdieu, die zusammen mit dem Matrixraum von Dieter Läpple zu einem neuen Feldbegriff des ‚Raumfeldes‘ zusammengeführt und operationalisiert wurden. Es handelt sich um eine qualitative Arbeit, die zwischen Stadtsoziologie und Urbanistik zu verorten ist. Als Fallbeispiele wurde die Erweiterung des Berliner Mauerparks sowie das Baugebiet „So! Berlin“ in Berlin gewählt.
Die Arbeit »B+cher. Zwischen Lesen und Schauen – Über die narrative Eigenschaft von Typografie« beschreibt ein Spannungsfeld in der Arbeit von Typografinnen und Typografen, das sich zwischen den beiden Gegensätzen verdeutlicht, »Diener des Textes« (Jan Tschichold) zu sein oder aber sein (künstlerischer) Souverän. Es sind Facetten beschreibbar, die sich nicht nur anhand der fertigen Buchobjekte ablesen lassen, sondern den Arbeitsprozess von Kooperationen zwischen Autor*in und Gestalter*in in den Fokus nimmt, welche der Rezeption eines Textes durch seine besondere Gestaltung einen Mehrwert (»+«) verschaffen wollen.
»B+cher« bietet eine nicht nur für Gestalter*innen relevante Übersicht über Möglichkeiten und Chancen der Buchgestaltung, sondern liefert darüber hinaus der Literatur- und Kulturwissenschaft einen Beitrag zum Verständnis von künstlerischen Prozessen beim Schreiben und beim Gestalten von Büchern.
In recent years, lightweight materials, such as polymer composite materials (PNCs) have been studied and developed due to their excellent physical and chemical properties. Structures composed of these composite materials are widely used in aerospace engineering structures, automotive components, and electrical devices. The excellent and outstanding mechanical, thermal, and electrical properties of Carbon nanotube (CNT) make it an ideal filler to strengthen polymer materials’ comparable properties. The heat transfer of composite materials has very promising engineering applications in many fields, especially in electronic devices and energy storage equipment. It is essential in high-energy density systems since electronic components need heat dissipation functionality. Or in other words, in electronic devices the generated heat should ideally be dissipated by light and small heat sinks.
Polymeric composites consist of fillers embedded in a polymer matrix, the first ones will significantly affect the overall (macroscopic) performance of the material. There are many common carbon-based fillers such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT), multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), carbon nanobuds (CNB), fullerene, and graphene. Additives inside the matrix have become a popular subject for researchers. Some extraordinary characters, such as high-performance load, lightweight design, excellent chemical resistance, easy processing, and heat transfer, make the design of polymeric nanotube composites (PNCs) flexible. Due to the reinforcing effects with different fillers on composite materials, it has a higher degree of freedom and can be designed for the structure according to specific applications’ needs. As already stated, our research focus will be on SWCNT enhanced PNCs. Since experiments are timeconsuming, sometimes expensive and cannot shed light into phenomena taking place for instance at the interfaces/interphases of composites, they are often complemented through theoretical and computational analysis.
While most studies are based on deterministic approaches, there is a comparatively lower number of stochastic methods accounting for uncertainties in the input parameters. In deterministic models, the output of the model is fully determined by the parameter values and the initial conditions. However, uncertainties in the input parameters such as aspect ratio, volume fraction, thermal properties of fiber and matrix need to be taken into account for reliable predictions. In this research, a stochastic multiscale method is provided to study the influence of numerous uncertain input parameters on the thermal conductivity of the composite. Therefore, a hierarchical multi-scale method based on computational homogenization is presented in to predict the macroscopic thermal conductivity based on the fine-scale structure. In order to study the inner mechanism, we use the finite element method and employ surrogate models to conduct a Global Sensitivity Analysis (GSA). The SA is performed in order to quantify the influence of the conductivity of the fiber, matrix, Kapitza resistance, volume fraction and aspect ratio on the macroscopic conductivity. Therefore, we compute first-order and total-effect sensitivity indices with different surrogate models.
As stochastic multiscale models are computational expensive, surrogate approaches are commonly exploited. With the emergence of high performance computing and artificial intelligence, machine learning has become a popular modeling tool for numerous applications. Machine learning (ML) is commonly used in regression and maps data through specific rules with algorithms to build input and output models. They are particularly useful for nonlinear input-output relationships when sufficient data is available. ML has also been used in the design of new materials and multiscale analysis. For instance, Artificial neural networks and integrated learning seem to be ideally for such a task. They can theoretically simulate any non-linear relationship through the connection of neurons. Mapping relationships are employed to carry out data-driven simulations of inputs and outputs in stochastic modeling.
This research aims to develop a stochastic multi-scale computational models of PNCs in heat transfer. Multi-scale stochastic modeling with uncertainty analysis and machine learning methods consist of the following components:
-Uncertainty Analysis. A surrogate based global sensitivity analysis is coupled with a hierarchical multi-scale method employing computational homogenization. The effect of the conductivity of the fibers and the matrix, the Kapitza resistance, volume fraction and aspect ratio on the ’macroscopic’ conductivity of the composite is systematically studied. All selected surrogate models yield consistently the conclusions that the most influential input parameters are the aspect ratio followed by the volume fraction. The Kapitza Resistance has no significant effect on the thermal conductivity of the PNCs. The most accurate surrogate model in terms of the R2 value is the moving least square (MLS).
-Hybrid Machine Learning Algorithms. A combination of artificial neural network (ANN) and particle swarm optimization (PSO) is applied to estimate the relationship between variable input and output parameters. The ANN is used for modeling the composite while PSO improves the prediction performance through an optimized global minimum search. The thermal conductivity of the fibers and the matrix, the kapitza resistance, volume fraction and aspect ratio are selected as input parameters. The output is the macroscopic (homogenized) thermal conductivity of the composite. The results show that the PSO significantly improves the predictive ability of this hybrid intelligent algorithm, which outperforms traditional neural networks.
-Stochastic Integrated Machine Learning. A stochastic integrated machine learning based multiscale approach for the prediction of the macroscopic thermal conductivity in PNCs is developed. Seven types of machine learning models are exploited in this research, namely Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS), Support Vector Machine (SVM), Regression Tree (RT), Bagging Tree (Bag), Random Forest (RF), Gradient Boosting Machine (GBM) and Cubist. They are used as components of stochastic modeling to construct the relationship between the variable of the inputs’ uncertainty and the macroscopic thermal conductivity of PNCs. Particle Swarm Optimization (PSO) is used for hyper-parameter tuning to find the global optimal values leading to a significant reduction in the computational cost. The advantages and disadvantages of various methods are also analyzed in terms of computing time and model complexity to finally give a recommendation for the applicability of different models.
Hitze in der Stadt Jena
(2022)
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den spezifischen Faktoren und Wechselwirkungen des städtischen Klimas und Strategien zur Prävention und Kompensation lokaler Klimaveränderungen. Problematische Merkmale des Stadtklimas werden sich infolge des Klimawandels stärker ausprägen. Insbesondere die Hitzebelastung wird zunehmen und die Lebensbedingungen in der Stadt negativ beeinflussen. Infolge höherer Temperaturen in Städten und einer höheren Temperaturdifferenz zum Umland verändern sich Windströme und die Wasserbilanz. Es sind Strategien notwendig, um den Schadstoffausstoß, die Flächeninanspruchnahme, die Abfallproduktion und den Wasser-, Energie- und Ressourcenverbrauch zu verringern, um sowohl langfristig den Klimawandel als auch dessen bereits unvermeidbaren Auswirkungen auf Städte zu begrenzen.
Beispielhaft untersucht die Arbeit das Stadtklima, dessen zukünftige Veränderungen infolge des Klimawandels, bauliche Maßnahmen und Anpassungsstrategien der Stadt Jena. Jena ist die zweitgrößte Stadt im Bundesland Thüringen und gehört heute zu den wärmsten und trockensten Großstädten Deutschlands.
Die Ergebnisse der Arbeit werden anschließend anhand eines städtebaulichen Konzepts und Entwurfs angewendet. Das Bachstraßenareal liegt in der Innenstadt, dem am stärksten von Hitze betroffenen Stadtteil. Als ehemaliger Hauptstandort des Jenaer Universitätsklinikums, soll es zu einem nachhaltigen Wissenschaftscampus der Lebenswissenschaften umgebaut werden, wobei ein Großteil der denkmalgeschützten, ehemaligen Klinikgebäude erhalten bleibt. Der Fokus liegt dabei auf der Umsetzung der zuvor formulierten, nachhaltigen Strategien zur Verbesserung des lokalen Stadtklimas und einer Abschwächung der Auswirkungen des Klimawandels auf den besonders stark betroffenen Innenstadtbereich Jenas.
Atlas der Datenkörper. Körperbilder in Kunst, Design und Wissenschaft im Zeitalter digitaler Medien
(2022)
Digitale Technologien und soziale Medien verändern die Selbst- und Körperwahrnehmung und verzerren, verstärken oder produzieren dabei spezifische Körperbilder. Die Beiträger*innen kartographieren diese Phänomene, fragen nach ihrer medialen Existenzweise sowie nach den Möglichkeiten ihrer Kritik. Dabei begegnen sie ihrer Neuartigkeit mit einer transdisziplinären Herangehensweise. Aus sowohl der Perspektive künstlerischer und gestalterischer Forschung als auch der Kunst-, Kultur- und Medienwissenschaft sowie der Psychologie und Neurowissenschaft wird die Landschaft rezenter Körperbilder und Techniken einer digitalen Körperlichkeit untersucht.
The modern industries of the 19th and 20th centuries had multiple effects on the spatial transformation of cities and regions. The past decade has witnessed increasing scholarly and governmental attempts toward conserving modern industrial heritage in the so-called Global North, with the goal, among others, of leveraging this heritage as a driver for urban economic development. In Egypt, the process continues to lag behind; on the one hand, this is due to the perplexing official recognition of the (in)tangible witnesses of modern industries. On the other hand, the official recognition and previous publications focus predominantly on weighing the significance of industrial structures based on their monumental architectural aesthetics. Their historical urban role and spatial attributes as part of urban heritage have yet to be seriously acknowledged. Accordingly, this hinders the integration of the extant industrial sites into the broader debate surrounding urban conservation, leaving them vulnerable to decay and destruction.
This dissertation steers away from the singular investigation of selective modern industrial sites to recall their historical spatial development on a city scale. This is effected by investigating a case study - the Egyptian port city of Alexandria. With the limited secondary data available on modern industries in Alexandria, this dissertation relied predominantly on primary sources. The author collected and leveraged both quantitative and qualitative data to recontextualize modern industries in terms of their spatial dynamics, order, and rationale within cities’ transformation.
By recalling historical spatial development in Alexandria, the contribution of this dissertation lies in highlighting what the author refers to as the Omitted Heritage. This is defined by the modern industries in Egypt that are intentionally, unintentionally, and forgetfully excluded in terms of physical documentation, evaluation, appreciation, and integration within urban development plans. The method used excavated the richness of the established modern industries in Alexandria in terms of their quantity and diversity, which would have otherwise remained largely forgotten. The contextualization of modern industries unveiled spatial periodization, spatial dynamics, and conceptual development. The study draws on important analytical aspects that transcend the sites’ boundaries, elevating their significance to the municipal, regional, national, and even global levels. Its recommendations for further research are also divided into those levels.
Numerical simulation of physical phenomena, like electro-magnetics, structural and fluid mechanics is essential for the cost- and time-efficient development of mechanical products at high quality. It allows to investigate the behavior of a product or a system far before the first prototype of a product is manufactured.
This thesis addresses the simulation of contact mechanics. Mechanical contacts appear in nearly every product of mechanical engineering. Gearboxes, roller bearings, valves and pumps are only some examples. Simulating these systems not only for the maximal/minimal stresses and strains but for the stress-distribution in case of tribo-contacts is a challenging task from a numerical point of view.
Classical procedures like the Finite Element Method suffer from the nonsmooth representation of contact surfaces with discrete Lagrange elements. On the one hand, an error due to the approximate description of the surface is introduced. On the other hand it is difficult to attain a robust contact search because surface normals can not be described in a unique form at element edges.
This thesis introduces therefore a novel approach, the adaptive isogeometric contact formulation based on polynomial Splines over hierarchical T-meshes (PHT-Splines), for the approximate solution of the non-linear contact problem. It provides a more accurate, robust and efficient solution compared to conventional methods. During the development of this method the focus was laid on the solution of static contact problems without friction in 2D and 3D in which the structures undergo small deformations.
The mathematical description of the problem entails a system of partial differential equations and boundary conditions which model the linear elastic behaviour of continua. Additionally, it comprises side conditions, the Karush-Kuhn-Tuckerconditions, to prevent the contacting structures from non-physical penetration. The mathematical model must be transformed into its integral form for approximation of the solution. Employing a penalty method, contact constraints are incorporated by adding the resulting equations in weak form to the overall set of equations. For an efficient space discretization of the bulk and especially the contact boundary of the structures, the principle of Isogeometric Analysis (IGA) is applied. Isogeometric Finite Element Methods provide several advantages over conventional Finite Element discretization. Surface approximation with Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) allow a robust numerical solution of the contact problem with high accuracy in terms of an exact geometry description including the surface smoothness.
The numerical evaluation of the contact integral is challenging due to generally non-conforming meshes of the contacting structures. In this work the highly accurate Mortar Method is applied in the isogeometric setting for the evaluation of contact contributions. This leads to an algebraic system of equations that is linearized and solved in sequential steps. This procedure is known as the Newton Raphson Method. Based on numerical examples, the advantages of the isogeometric approach
with classical refinement strategies, like the p- and h-refinement, are shown and the influence of relevant algorithmic parameters on the approximate solution of the contact problem is verified. One drawback of the Spline approximations of stresses though is that they lack accuracy at the contact edge where the structures change their boundary from contact to no contact and where the solution features a kink. The approximation with smooth Spline functions yields numerical artefacts in the form of non-physical oscillations.
This property of the numerical solution is not only a drawback for the
simulation of e.g. tribological contacts, it also influences the convergence properties of iterative solution procedures negatively. Hence, the NURBS discretized geometries are transformed to Polynomial Splines over Hierarchical T-meshes (PHT-Splines), for the local refinement along contact edges to reduce the artefact of pressure oscillations. NURBS have a tensor product structure which does not allow to refine only certain parts of the geometrical domain while leaving other parts unchanged. Due to the Bézier Extraction, lying behind the transformation from NURBS to PHT-Splines, the connected mesh structure is broken up into separate elements. This allows an efficient local refinement along the contact edge.
Before single elements are refined in a hierarchical form with cross-insertion, existing basis functions must be modified or eliminated. This process of truncation assures local and global linear independence of the refined basis which is needed for a unique approximate solution. The contact boundary is a priori unknown. Local refinement along the contact edge, especially for 3D problems, is for this reason not straight forward. In this work the use of an a posteriori error estimation procedure, the Super Convergent Recovery Solution Based Error Estimation Scheme, together with the Dörfler Marking Method is suggested for the spatial search of the contact edge.
Numerical examples show that the developed method improves the quality of solutions along the contact edge significantly compared to NURBS based approximate solutions. Also, the error in maximum contact pressures, which correlates with the pressure artefacts, is minimized by the adaptive local refinement.
In a final step the practicability of the developed solution algorithm is verified by an industrial application: The highly loaded mechanical contact between roller and cam in the drive train of a high-pressure fuel pump is considered.
Tropical coral reefs, one of the world’s oldest ecosystems which support some of the highest levels of biodiversity on the planet, are currently facing an unprecedented ecological crisis during this massive human-activity-induced period of extinction. Hence, tropical reefs symbolically stand for the destructive effects of human activities on nature [4], [5]. Artificial reefs are excellent examples of how architectural design can be combined with ecosystem regeneration [6], [7], [8]. However, to work at the interface between the artificial and the complex and temporal nature of natural systems presents a challenge, i.a. in respect to the B-rep modelling legacy of computational modelling.
The presented doctorate investigates strategies on how to apply digital practice to realise what is an essential bulwark to retain reefs in impossibly challenging times. Beyond the main question of integrating computational modelling and high precision monitoring strategies in artificial coral reef design, this doctorate explores techniques, methods, and linking frameworks to support future research and practice in ecology led design contexts.
Considering the many existing approaches for artificial coral reefs design, one finds they often fall short in precisely understanding the relationships between architectural and ecological aspects (e.g. how a surface design and material composition can foster coral larvae settlement, or structural three-dimensionality enhance biodiversity) and lack an integrated underwater (UW) monitoring process. Such a process is necessary in order to gather knowledge about the ecosystem and make it available for design, and to learn whether artificial structures contribute to reef regeneration or rather harm the coral reef ecosystem.
For the research, empirical experimental methods were applied: Algorithmic coral reef design, high precision UW monitoring, computational modelling and simulation, and validated through parallel real-world physical experimentation – two Artificial Reef Prototypes (ARPs) in Gili Trawangan, Indonesia (2012–today). Multiple discrete methods and sub techniques were developed in seventeen computational experiments and applied in a way in which many are cross valid and integrated in an overall framework that is offered as a significant contribution to the field. Other main contributions include the Ecosystem-aware design approach, Key Performance Indicators (KPIs) for coral reef design, algorithmic design and fabrication of Biorock cathodes, new high precision UW monitoring strategies, long-term real-world constructed experiments, new digital analysis methods and two new front-end web-based tools for reef design and monitoring reefs. The methodological framework is a finding of the research that has many technical components that were tested and combined in this way for the very first time.
In summary, the thesis responds to the urgency and relevance in preserving marine species in tropical reefs during this massive extinction period by offering a differentiated approach towards artificial coral reefs – demonstrating the feasibility of digitally designing such ‘living architecture’ according to multiple context and performance parameters. It also provides an in-depth critical discussion of computational design and architecture in the context of ecosystem regeneration and Planetary Thinking. In that respect, the thesis functions as both theoretical and practical background for computational design, ecology and marine conservation – not only to foster the design of artificial coral reefs technically but also to provide essential criteria and techniques for conceiving them.
Keywords: Artificial coral reefs, computational modelling, high precision underwater monitoring, ecology in design.
Paper-based data acquisition and manual transfer between incompatible software or data formats during inspections of bridges, as done currently, are time-consuming, error-prone, cumbersome, and lead to information loss. A fully digitized workflow using open data formats would reduce data loss, efforts, and the costs of future inspections. On the one hand, existing studies proposed methods to automatize data acquisition and visualization for inspections. These studies lack an open standard to make the gathered data available for other processes. On the other hand, several studies discuss data structures for exchanging damage information among different stakeholders. However, those studies do not cover the process of automatic data acquisition and transfer. This study focuses on a framework that incorporates automatic damage data acquisition, transfer, and a damage information model for data exchange. This enables inspectors to use damage data for subsequent analyses and simulations. The proposed framework shows the potentials for a comprehensive damage information model and related (semi-)automatic data acquisition and processing.
Ob MP3-Player, Elektro-Jet oder Hochgeschwindigkeits-Röntgendetektor – hinter erfolgreichen Produkten stehen wissenschaftliche Erfindungen und Wissenschaftler*innen, die ihre Technologien kommerzialisiert haben.
Auch Ihre Forschungsergebnisse könnten Potenzial für eine Ausgründung bieten. Doch vor dem Wechsel aus der Universität in die Selbstständigkeit stehen viele Fragen: Welche Marktchancen ergeben sich für meine Technologie? Welche Kompetenzen benötige ich in meinem Gründungsteam? Wie entwickle ich ein tragfähiges Geschäftsmodell? Und nicht zuletzt: Welche Förderprogramme und Finanzierungsoptionen gibt es für forschungsbasierte Ausgründungen? Das Workbook der Gründerwerkstatt neudeli möchte Ihnen als Wissenschaftler*in Unterstützung bei der Beantwortung dieser und vieler weiterer Fragen geben.
Liebevoll gestaltet durch die parzelle34 bietet das Workbook den geeigneten Einstieg zum Thema »Ausgründung aus der Wissenschaft«, gibt Ihnen erste Informationen sowie weiterführende Beratungsangebote an die Hand und animiert mit interaktiven Elementen dazu, direkt durchzustarten!
In recent years, the discussion of digitalization has arrived in the media, at conferences, and in committees of the construction and real estate industry. While some areas are producing innovations and some contributors can be described as pioneers, other topics still show deficits with regard to digital transformation. The building permit process can also be counted in this category. Regardless of how architects and engineers in planning offices rely on innovative methods, building documents have so far remained in paper form in too many cases, or are printed out after electronic submission to the authority. Existing resources – for example in the form of a building information model, which could provide support in the building permit process – are not being taken advantage of. In order to use digital tools to support decision-making by the building permit authorities, it is necessary to understand the current situation and to question conditions before pursuing the overall automation of internal authority processes as the sole solution.
With a substantive-organizational consideration of the relevant areas that influence building permit determination, an improvement of the building permit procedure within authorities is proposed. Complex areas – such as legal situations, the use of technology, as well as the subjective alternative action – are determined and structured. With the development of a model for the determination of building permitability, both an understanding of influencing factors is conveyed and an increase in transparency for all parties involved is created.
In addition to an international literature review, an empirical study served as the research method. The empirical study was conducted in the form of qualitative expert interviews in order to determine the current state in the field of building permit procedures. The collected data material was processed and subsequently subjected to a software-supported content analysis. The results were processed, in combination with findings from the literature review, in various analyses to form the basis for a proposed model.
The result of the study is a decision model that closes the gap between the current processes within the building authorities and an overall automation of the building permit review process. The model offers support to examiners and applicants in determining building permit eligibility, through its process-oriented structuring of decision-relevant facts. The theoretical model could be transferred into practice in the form of a web application.
Im Rahmen dieser Arbeit wird das Charakterisieren struktureller Veränderungen zementgebundener Baustoffe durch zwei auf dem Ultraschall-Transmissionsverfahren beruhenden Methoden der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) mit mechanischen Wellen vorgenommen.
Zur kontinuierlichen Charakterisierung der Erstarrung und Erhärtung frischer zementgebundener Systeme wird ein auf Ultraschallsensoren für Longitudinal- und Scherwellen basierendes Messsystem in Kombination mit zugehörigen Verfahrensweisen zur Datenauswertung konzipiert, charakterisiert und angewandt. Gegenüber der bislang üblichen alleinigen Bewertung der Verfestigung anhand indirekter Ultraschallparameter wie Ausbreitungsgeschwindigkeit, Signalenergie oder Frequenzgehalt der Longitudinalwelle lässt sich damit eine direkte, sensible Erfassung der sich während der Strukturbildung entwickelnden dynamischen elastischen Eigenschaften auf der Basis primärer physikalischer Werkstoffparameter erreichen. Insbesondere Scherwellen und der dynamische Schubmodul sind geeignet, den graduellen Übergang zum Festkörper mit Überschreiten der Perkolationsschwelle sensibel und unabhängig vom Luftgehalt zu erfassen. Die zeitliche Entwicklung der dynamischen elastischen Eigenschaften, die Strukturbildungsraten sowie die daraus extrahierten diskreten Ergebnisparameter ermöglichen eine vergleichende quantitative Charakterisierung der Strukturbildung zementgebundener Baustoffe aus mechanischer Sicht. Dabei lassen sich typische, oft unvermeidbare Unterschiede in der Zusammensetzung der Versuchsmischungen berücksichtigen.
Der Einsatz laserbasierter Methoden zur Anregung und Erfassung von mechanischen Wellen und deren Kombination zu Laser-Ultraschall zielt darauf ab, die mit der Anwendung des konventionellen Ultraschall-Transmissionsverfahrens verbundenen Nachteile zu eliminieren. Diese resultieren aus der Sensorgeometrie, der mechanischen Ankopplung und bei einer Vielzahl von Oberflächenpunkten aus einem hohen prüftechnischen Aufwand. Die laserbasierte, interferometrische Erfassung mechanischer Wellen ist gegenüber Ultraschallsensoren rauschbehaftet und vergleichsweise unsensibel. Als wesentliche Voraussetzung der scannenden Anwendung von Laser-Ultraschall auf zementgebundene Baustoffe erfolgen systematische experimentelle Untersuchungen zur laserinduzierten ablativen Anregung. Diese sollen zum Verständnis des Anregungsmechanismus unmittelbar auf den Oberflächen von zementgebundenen Baustoffen, Gesteinskörnungen und metallischen Werkstoffen beitragen, relevante Einflussfaktoren aus den charakteristischen Materialeigenschaften identifizieren, geeignete Prozessparameter gewinnen und die Verfahrensgrenzen aufzeigen. Unter Einsatz von Longitudinalwellen erfolgt die Anwendung von Laser-Ultraschall zur zeit- und ortsaufgelösten Charakterisierung der Strukturbildung und Homogenität frischer sowie erhärteter Proben zementgebundener Baustoffe. Während der Strukturbildung wird erstmals eine simultane berührungslose Erfassung von Longitudinal- und Scherwellen vorgenommen. Unter Anwendung von tomographischen Methoden (2D-Laufzeit¬tomo¬graphie) werden überlagerungsfreie Informationen zur räumlichen Verteilung struktureller Gefügeveränderungen anhand der longitudinalen Ausbreitungsgeschwindigkeit bzw. des relativen dynamischen Elastizitätsmoduls innerhalb von virtuellen Schnittebenen geschädigter Probekörper gewonnen. Als beton-schädigende Mechanismen werden exemplarisch der kombinierte Frost-Tausalz-Angriff sowie die Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) herangezogen.
Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung bieten erweiterte Möglichkeiten zur Charakterisierung zementgebundener Baustoffe und deren strukturellen Veränderungen und lassen sich zielgerichtet in der Werkstoffentwicklung, bei der Qualitätssicherung sowie zur Analyse von Schadensprozessen und -ursachen einsetzen.
The evolution of urbanism under dictatorship forms the core of the current research. This thesis is part of a research network at Bauhaus-Universität Weimar, which studies the 20th century's urbanism under different dictatorships. The network has provided a cross-cultural and cross-border environment and has enabled the author to communicate with other like-minded researchers. The 2015 published book of this group 'Urbanism and Dictatorship: A European Perspective' strengthens the foundation of this research's theoretical and methodological framework.
This thesis investigates urban policies and plans leading to the advancement of urbanization and the transformation of urban space in Iran during the second Pahlavi (1941-1979) when the country faced a milestone in its history: Nationalization of the Iranian oil industry. By reflecting the influence of economic and socio‐political determinants of the time on urbanism and the urbanization process, this work intends to critically trace the effect of dictatorship on evolved urbanism before and after the oil nationalization in 1951.
The research on the second Pahlavi's urbanism has been limitedly addressed and has only recently expanded. Most of the conducted studies date back to less than a decade ago and could not incorporate all the episodes of the second Pahlavi urbanism. These works have often investigated urbanism and architecture by focusing merely on the physical features and urban products in different years regardless of the importance of urbanism as a tool in the service of hegemony. In other words, the majority of the available literature does not intend to address the socio-economic and political roots of urban transformations and by questioning 'what has been built?' investigates the individual urban projects and plans designed by individual designers without interlinking these projects to the state's urban planning program and tracing the beneficiaries of those projects or questioning 'built for whom?'
Moreover, some chapters of this modern urbanism have rarely been investigated. For instance, scant research has looked into the works of foreign designers and consultants involved in the projects such as Peter Georg Ahrens or Constantinos A. Doxiadis. Similarly, the urbanism of the first decade of the second Pahlavi, including the government of Mossadegh, has mainly been overlooked.
Therefore, by critically analyzing the state's urban planning program and the process of urbanization in Iran during the second Pahlavi, this research aims to bridge the literature gap and to unravel the effect of the power structure on urban planning and products while seeking to find a pattern behind the regime's policies.
The main body of this work is concentrated on studying the history of urbanism in Iran, of which collecting data and descriptions played a crucial role. To prevent the limitations associated with singular methods, this research's methodology is based on methodological triangulation (Denzin, 2017). With the triangulation scheme, the data is gathered by combining different qualitative and quantitative methods such as the library, archival and media research, online resources, non-participatory observation, and photography. For the empirical part, the city of Tehran is selected as the case study. Moreover, individual non-structured interviews with the locals were conducted to gain more insights regarding urban projects.
In this paper, we present an open-source code for the first-order and higher-order nonlocal operator method (NOM) including a detailed description of the implementation. The NOM is based on so-called support, dual-support, nonlocal operators, and an operate energy functional ensuring stability. The nonlocal operator is a generalization of the conventional differential operators. Combined with the method of weighed residuals and variational principles, NOM establishes the residual and tangent stiffness matrix of operate energy functional through some simple matrix without the need of shape functions as in other classical computational methods such as FEM. NOM only requires the definition of the energy drastically simplifying its implementation. The implementation in this paper is focused on linear elastic solids for sake of conciseness through the NOM can handle more complex nonlinear problems. The NOM can be very flexible and efficient to solve partial differential equations (PDEs), it’s also quite easy for readers to use the NOM and extend it to solve other complicated physical phenomena described by one or a set of PDEs. Finally, we present some classical benchmark problems including the classical cantilever beam and plate-with-a-hole problem, and we also make an extension of this method to solve complicated problems including phase-field fracture modeling and gradient elasticity material.
Carrier-bound titanium dioxide catalysts were used in a photocatalytic ozonation reactor for the degradation of micro-pollutants in real wastewater. A photocatalytic immersion rotary body reactor with a 36-cm disk diameter was used, and was irradiated using UV-A light-emitting diodes. The rotating disks were covered with catalysts based on stainless steel grids coated with titanium dioxide. The dosing of ozone was carried out through the liquid phase via an external enrichment and a supply system transverse to the flow direction. The influence of irradiation power and ozone dose on the degradation rate for photocatalytic ozonation was investigated. In addition, the performance of the individual processes photocatalysis and ozonation were studied. The degradation kinetics of the parent compounds were determined using liquid chromatography tandem mass spectrometry. First-order kinetics were determined for photocatalysis and photocatalytic ozonation. A maximum reaction rate of the reactor was determined, which could be achieved by both photocatalysis and photocatalytic ozonation. At a dosage of 0.4 mg /mg DOC, the maximum reaction rate could be achieved using 75% of the irradiation power used for sole photocatalysis, allowing increases in the energetic efficiency of photocatalytic wastewater treatment processes. The process of photocatalytic ozonation is suitable to remove a wide spectrum of micro-pollutants from wastewater.
In this study, we propose a nonlocal operator method (NOM) for the dynamic analysis of (thin) Kirchhoff plates. The nonlocal Hessian operator is derived based on a second-order Taylor series expansion. The NOM does not require any shape functions and associated derivatives as ’classical’ approaches such as FEM, drastically facilitating the implementation. Furthermore, NOM is higher order continuous, which is exploited for thin plate analysis that requires C1 continuity. The nonlocal dynamic governing formulation and operator energy functional for Kirchhoff plates are derived from a variational principle. The Verlet-velocity algorithm is used for the time discretization. After confirming the accuracy of the nonlocal Hessian operator, several numerical examples are simulated by the nonlocal dynamic Kirchhoff plate formulation.