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Year of publication
- 2012 (105) (remove)
An analytical molecular mechanics model for the elastic properties of crystalline polyethylene
(2012)
We present an analytical model to relate the elastic properties of crystalline polyethylene based on a molecular mechanics approach. Along the polymer chains direction, the united-atom (UA) CH2-CH2 bond stretching, angle bending potentials are replaced with equivalent Euler-Bernoulli beams. Between any two polymer chains, the explicit formulae are derived for the van der Waals interaction represented by the linear springs of different stiffness. Then, the nine independent elastic constants are evaluated systematically using the formulae. The analytical model is finally validated by present united-atom molecular dynamics (MD) simulations and against available all-atom molecular dynamics results in the literature. The established analytical model provides an efficient route for mechanical characterization of crystalline polymers and related materials.
The analysis of the response of complex structural systems requires the description of the material constitutive relations by means of an appropriate material model. The level of abstraction of such model may strongly affect the quality of the prognosis of the whole structure. In context to this fact, it is necessary to describe the material in a convenient sense as exact but as simple as possible. All material phenomena of crystalline materials e.g. steel, affecting the behavior of the structure, rely on physical effects which are interacting over spatial scales from subatomic to macroscopic range. Nevertheless, if the material is microscopically heterogenic, it might be appropriate to use phenomenological models for the purpose of civil engineering. Although constantly applied, these models are insufficient for steel materials with microscopic characteristics such as texture, typically occurring in hot rolled steel members or heat affected zones of welded joints. Hence, texture is manifested in crystalline materials as a regular crystallographic structure and crystallite orientation, influencing macroscopic material properties. The analysis of structural response of material with texture (e.g. rolled steel or heat affected zone of a welded joint) obliges the extension of the phenomenological material description of macroscopic scale by means of microscopic information. This paper introduces an enrichment approach for material models based on a hierarchical multiscale methodology. This has been done by describing the grain texture on a mesoscopic scale and coupling it with macroscopic constitutive relations by means of homogenization. Due to a variety of available homogenization methods, the question of an assessment of coupling quality arises. The applicability of the method and the effect of the coupling method on the reliability of the response are presented on an example.
Die Qualität von Beplankungselementen wirkt sich deutlich auf den Feuerwiderstand von Metallständer-Wandkonstruktionen aus. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit der Einfluss von Zusätzen in Gipsplatten bezüglich einer möglichen Verbesserung dieser Eigenschaft untersucht.
Zu diesem Zweck wurden spezielle, den jeweiligen Untersuchungsbedingungen angepasste Probekörper unter Verwendung verschiedenster Zusätze gefertigt. Die Beurteilung deren Auswirkungen erfolgte insbesondere mittels nachfolgender fünf Kriterien:
1) dem Zeitpunkt der Temperaturerhöhung nach der Probekörperentwässerung,
2) dem Maximalwert der Plattenrückseitentemperatur,
3) der Größe und der Anzahl der Risse,
4) der Plattenstabilität nach der Wärmebeanspruchung,
5) der Verkürzung von prismatischen Probekörpern.
Besonders wichtig war hierbei die Charakterisierung der Auswirkungen einer simulierten Brandbeanspruchung von 970 °C über 90 Minuten auf Labor-Gipsplatten. Dabei wurde die Temperaturänderung auf der Plattenrückseite über den gesamten Prüfzeitraum kontinuierlich erfasst. Die Bewertung des Zusammenhalts der Platten nach der thermischen Beanspruchung erfolgte erstmals quantitativ über Anzahl und Größe der an den Proben entstandenen Risse. Ursächlich für die Rissbildung ist die Verringerung des Probekörpervolumens infolge des ausgetriebenen Kristallwassers. Da dieser Parameter im Plattenversuch nicht bestimmt werden kann, wurde ergänzend das Längenänderungsverhalten von Prismen im Ergebnis einer 90minütigen Temperung bei 1000 °C im Muffelofen ermittelt.
Besonders vorteilhaft hat sich die Zugabe von 80 g/m2 Glasfasern und 7,75 % Kalksteinmehl auf das Verhalten von Gipsplatten bei Brandbeanspruchung ausgewirkt. Diese Verbesserung ist insbesondere auf höhere Stabilität und geringere Schrumpfung der Gipsplatte zurückzuführen.
Basierend auf den im Labormaßstab erhaltenen Ergebnissen wurden Rezepturvorschläge zur Verbesserung des Feuerwiderstandsverhaltens von Gipsplatten unter Praxisbedingungen entwickelt. Die Herstellung der erforderlichen großformatigen Platten erfolgte auf der Bandstraße der Knauf Gips KG. Diese Platten wurden als Wandkonstruktion mit zweilagiger Beplankung einer großtechnischen Prüfung erfolgreich unterzogen. Eine geringere Durchbiegung der Wandkonstruktion, eine verminderte Volumenreduzierung der Platten sowie eine erhöhte Plattenstabilität belegen die verbesserten Eigenschaften dieser modifizierten Feuerschutzplatte.
Weitere durchgeführte Untersuchungen ergaben, dass es unerheblich ist, ob die Platten auf Basis von Natur- oder REA-Gips bzw. mit hohem oder niedrigem Flächengewicht gefertigt wurden. Das eindeutig beste Ergebnis mit einer Feuerwiderstandsdauer von 118 Minuten hat eine Wandkonstruktion aus Feuerschutzplatten auf Basis eines Stuckgipses aus 100 % REA-Gips mit einem Anteil von 83,9 g/m2 Glasfasern und 1 % Vermiculit und einem Flächengewicht von 10,77 kg/m2, bei einer Plattenstärke von 12,5 mm.
Die als Ziel vorgebende Feuerwiderstandsdauer von 120 Minuten bei zweilagiger Beplankung ohne Dämmstoff könnte künftig erreicht werden, wenn es gelingt, die Volumenreduzierung noch besser zu kompensieren und die Plattenstabilität zu steigern. Eine Möglichkeit hierzu ist die Substitution der beidseitigen Kartonlagen durch eine Glasfaser-Vliesummantelung. Die Wandkonstruktion W112 ohne Dämmstoff erreicht dabei eine Feuerwiderstandsdauer von weit über 120 Minuten, wobei der Gipskern mit Glasfasern armiert ist.
Die Arbeit »Anachronismen: Historiografie und Kino« geht von einer zunächst einfachen Beobachtung aus: beinahe immer, wenn Historiker_innen sich mit Geschichtsfilmen auseinander setzen, findet sich die lautstark geführte Beschwerde über die zahlreichen und vermeidbaren Anachronismen der Filme, die sie als ernst zu nehmende historiografische Beiträge desavouieren.
Von hier ausgehend verfolgt die Arbeit ein dreifaches Projekt: zunächst in einer kritischen Analyse geschichtstheoretischer Texte einige Hinweise für den Status von Anachronismen für die moderne westliche Historiografie zu gewinnen. Zweitens zu untersuchen, welche Rolle Anachronismen für den Geschichtsfilm spielen. Und drittens von dort aus das epistemische Potential anachronistischen Geschichtskinos zu untersuchen.
Eine der Hauptthesen, welche den Blick sowohl auf die Filme wie auf die theoretischen Texte leitet, besagt, dass Anachronismen genau jene Punkte sind, an denen die Medien einer jeden Geschichtsschreibung beobachtbar werden. Die Beobachtung und Beschreibung dieser Medien der kinematografischen Geschichtsschreibung unternimmt die Arbeit unter Zuhilfenahme einiger theoretischer Überlegungen der Actor Network Theory (ANT).
Die Arbeit ist in vier Kapitel gegliedert, in deren Zentrum jeweils die Diskussion eines ANT-Begriffs sowie die Analyse eines Geschichtsfilmes steht. Zu den untersuchten Filmen gehören Shutter Island (Martin Scorsese, 2010), Chronik der Anna Magdalena Bach (Jean-Marie Straub/Danièle Huillet, 1968), Cleopatra (Joseph L. Mankiewicz, 1963) und Caravaggio (Derek Jarman, 1986). Die Arbeit kommentiert außerdem theoretische Texte zur Historiografie und zu Anachronismen von Walter Benjamin, Leo Bersani, Georges Didi-Huberman, Siegfried Kracauer, Friedrich Meinecke, Friedrich Nietzsche, Jacques Rancière, Leopold Ranke, Paul Ricœur, Georg Simmel, Hayden White u. a.
Gaze based human-computer-interaction has been a research topic for over a quarter century. Since then, the main scenario for gaze interaction has been helping handicapped people to communicate an interact with their environment. With the rapid development of mobile and wearable display technologies, a new application field for gaze interaction has appeared, opening new research questions.
This thesis investigates the feasibility of mobile gaze based interaction, studying deeply the use of pie menus as a generic and robust widget for gaze interaction as well as visual and perceptual issues on head mounted (wearable) optical see-through displays.
It reviews conventional gaze-based selection methods and investigates in detail the use of pie menus for gaze control. It studies and discusses layout issues, selection methods and applications. Results show that pie menus can allocate up to six items in width and multiple depth layers, allowing a fast and accurate navigation through hierarchical levels by using or combining multiple selection methods. Based on these results, several text entry methods based on pie menus are proposed. Character-by-character text entry, text entry with bigrams and with text entry with bigrams derived by word prediction, as well as possible selection methods, are examined in a longitudinal study. Data showed large advantages of the bigram entry methods over single character text entry in speed and accuracy. Participants preferred the novel selection method based on saccades (selecting by borders) over the conventional and well established dwell time method.
On the one hand, pie menus showed to be a feasible and robust widget, which may enable the efficient use of mobile eye tracking systems that may not be accurate enough for controlling elements on conventional interface. On the other hand, visual perception on mobile displays technologies need to be examined in order to deduce if the mentioned results can be transported to mobile devices.
Optical see-through devices enable observers to see additional information embedded in real environments. There is already some evidence of increasing visual load on the respective systems. We investigated visual performance on participants with a visual search tasks and dual tasks presenting visual stimuli on the optical see-through device, only on a computer screen, and simultaneously on both devices. Results showed that switching between the presentation devices (i.e. perceiving information simultaneously from both devices) produced costs in visual performance. The implications of these costs and of further perceptual and technical factors for mobile gaze-based interaction are discussed and solutions are proposed.
Volumerendering ist eine Darstellungstechnik, um verschiedene räumliche Mess- und Simulationsdaten anschaulich, interaktiv grafisch darzustellen. Im folgenden Beitrag wird ein Verfahren vorgestellt, mehrere Volumendaten mit einem Architekturflächenmodell zu überlagern. Diese komplexe Darstellungsberechnung findet mit hardwarebeschleunigten Shadern auf der Grafikkarte statt. Im Beitrag wird hierzu der implementierte Softwareprototyp "VolumeRendering" vorgestellt. Neben dem interaktiven Berechnungsverfahren wurde ebenso Wert auf eine nutzerfreundliche Bedienung gelegt. Das Ziel bestand darin, eine einfache Bewertung der Volumendaten durch Fachplaner zu ermöglichen. Durch die Überlagerung, z. B. verschiedener Messverfahren mit einem Flächenmodell, ergeben sich Synergien und neue Auswertungsmöglichkeiten. Abschließend wird anhand von Beispielen aus einem interdisziplinären Forschungsprojekt die Anwendung des Softwareprototyps illustriert.
This paper presents a novel numerical procedure based on the framework of isogeometric analysis for static, free vibration, and buckling analysis of laminated composite plates using the first-order shear deformation theory. The isogeometric approach utilizes non-uniform rational B-splines to implement for the quadratic, cubic, and quartic elements. Shear locking problem still exists in the stiffness formulation, and hence, it can be significantly alleviated by a stabilization technique. Several numerical examples are presented to show the performance of the method, and the results obtained are compared with other available ones.